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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zur Bildung einer Riemenscheibe aus Blech, die durch Drehwalzen
geformt wird.
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Bei
einigen Riemenscheibenausbildungen werden maschinell bearbeitete
Naben an Radscheiben und Ränder
aus Blech angebracht. Ein Blechsteg (oder eine Scheibe) und ein
Rand können
an einer maschinell bearbeiteten Nabe beispielsweise durch Bolzen
an einer Spinne angebracht werden, wie im General Motors Technical
Bulletin TC01-007 (02/14/96) offenbart, oder sie können an
der Nabe durch Schweißen
oder Löten angebracht
werden. Eine maschinell bearbeitete Nabe kann komplizierte Formen
und Dicken aufweisen, die das Anbringen der Riemenscheibe an mehr
als einer Komponente ermöglichen.
Das genannte General Motors Technical Bulletin offenbart beispielsweise
eine Nabe mit einer Spinne auf, welche durch Bolzen und Sicherungsscheiben
an einer becherförmigen
Blech-Riemenscheibe angebracht ist. Die Nabe weist eine Bohrung auf,
welche mit einer Welle einer Wasserpumpenriemenscheibe verbindbar
ist. Die Nabe ist ausreichend dick, um ein Außengewinde aufzuweisen, die
eine Befestigungseinrichtung zum Anbringen der Riemenscheibe an eine
Kupplung für
ein Gebläse
bildet. Die Nabe zum Anbringen der Kupplung ist von dem Rand der
Riemenscheibe mit der Riemeneingriffsfläche abgewandt. Zwar kann eine
maschinell bearbeitete Nabe komplizierte Formen für die Anbringung
an Wellen, Riemenscheiben und Kupplungen aufweisen, jedoch bringt
sie die einhergehenden Probleme des Gewichts, der Kosten und der
Herstellung sowie einen aufwendigen Vorgang des genauen Anbringens
und Ausrichtens der Radscheibe und des Rands zur Fertigstellung
der Riemenscheibe mit sich.
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Naben
oder Riemenscheiben aus Blech können
durch Pressformen unter Verwendung einer Reihe von Formwerkzeugen
zur Bildung eines gezogenen Bechers oder durch Drehformen unter
Verwendung eines Dorns und mehrerer Rollen oder durch eine Kombination
aus diesen gebildet werden. Beispielsweise ist eine pressgeformte
Riemenscheibe mit einstückig
angefomter Nabe in dem US-Patent 5 441 456 offenbart, wobei die
Nabe eine gestufte Bohrung, wie in 5 dargestellt,
und eine Bohrung mit Keilaufnahmenuten aufweist, wie in 8 dargestellt. Ein anderes
Beispiel einer Riemenscheibe mit einstückig angeformter Nabe ist in
dem US-Patent 4 824 422 offenbart. Eine Einschränkung des Pressform- und des Drehformvorgangs
ist, daß die Nabe
eine begrenzte Dicke hat, die stets geringer ist als die Dicke des
Blechs, aus dem sie hergestellt ist. Daher haben derartige Naben
eine begrenzte Festigkeit und sind nicht leicht an das Verbinden
mit anderen Teilen am Außendurchmesser
der Nabe anpaßbar.
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Das
Deutsche Patent 4444526 offenbart ein Verfahren zu Formen einer
Nabe durch Drehformen, wobei eine Formrolle gegen eine Seite einer
sich drehenden ringförmigen
Scheibe aus Blech gedrückt
wird, die auf der gegenüberliegenden
Seite durch einen Spindelstockdorn gestützt ist. Die Formrolle wird
zunehmend radial nach innen gegen die Seite der drehenden Scheibe
bewegt, wodurch ein Teil des Metalls verdrängt und ein Teil der Scheibe
dünner
gemacht wird, so daß ein
Seitenwandsteg mit einer Dicke gebildet wird, die geringer als die
Ausgangsblechdicke ist. Eine ringförmige Welle wird beim Verdrängen des
Metalls gebildet, die sich progressiv axial erstreckt. Die Formrolle
wird axial bewegt und ihr folgt eine Formrolle, welche das derart
ringförmige
verdrängte
Metall gegen einen Dorn drückt,
während
gleichzeitig eine einstückig
mit der Scheibe ausgebildete Nabe geformt wird, deren Dicke ungefähr gleich
derjenigen der Scheibe zu sein scheint. Die US-Patentanmeldung 08/68898
offenbart ähnlich
einen Drehwalzformvorgang, bei dem die Dicke der Nabe ungefähr gleich
derjenigen der Scheibe ist. Keiner dieser Vorgänge offenbart eine Nabe mit
einer ausreichenden Dicke, um eine Einrichtung zum Anbringen derselben
zu schaffen, welche mit dem Außendurchmesser
an andere Teile, beispielsweise eine Gewindemutter einer Gebläsekupplung,
anbringbar ist.
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WO
94/20235 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Formen einer Nabe.
Die Offenbarung derselben bildet die Grundlage für den Oberbegriff des beigefügten Anspruchs
1.
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Überblick über die
Erfindung
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Ein
efindungsgemäßes Verfahren
zur Bildung einer Riemenscheibe mit einer einstückig ausgebildeten Nabe ist
in Anspruch 1 definiert. Die Riemenscheibe wird durch Drehwalzen
geformt, wobei ein Teil des Blechs radial und axial von einer Seite
einer Scheibe unter Belassung einer Radscheibe verdrängt wird.
Die derart geformte Nabe hat eine radiale Dicke, die größer als
diejenige der Radscheibe und vorzugsweise größer als die Dicke der Scheibe
ist, aus der sie geformt wurde. Ein Rand mit im allgemeinen rohrförmiger Ausgestaltung erstreckt
sich von der Radscheibe in zu der Nabe axial entgegengesetzter Richtung
und ist aus einem äußeren ringförmigen Teil
der Scheibe gebildet und einstückig
mit der Radscheibe ausgebildet.
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Während des
Vorgangs wird eine Formrolle gegen eine Seite der ringförmigen Scheibe
aus Blech gedrückt.
Die Formrolle wird zunehmend radial nach innen gegen die Seite der
drehenden Scheibe gedrückt,
wodurch ein Teil des Metalls in Form einer sich axial erstreckenden
ringförmigen
Welle verdrängt
wird. Das derart verdrängte
Metall wird von einer sich axial bewegenden Formrolle gegen einen
Dorn gedrückt,
um eine Nabe zu bilden, die einstückig mit der Radscheibe ausgebildet
ist. Optional kann die Radscheibe zum Bilden eines Bechers gepreßt werden,
der von der derart geformten Nabe abgewandt ist. Eine Formrolle
wird gegen einen radial äußersten
Bereich der Scheibe gedrückt,
während
ein Teil des Metalls gleichzeitig axial gegen einen drehenden Spindelstockdorn
verschoben wird. Die Scheibe wird dünner gemacht und der radial äußerste Bereich derselben
bildet einen Rand von im allgemeinen rohrförmiger Ausgestaltung, der sich
ausschließlich
von der Radscheibe in zur Nabe axial entgegengesetzter Richtung
erstreckt und eine Riemenaufnahmefläche bildet.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Drehformen einer
Nabe zu schaffen, deren Dicke ausreicht, ein anderes Teil beispielsweise
durch eine Befe stigungseinrichtung mit Gewinde daran anzubringen. Dies
wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 erreicht.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Riemenscheibe für eine Wasserpumpe
zu schaffen, die im Vergleich mit einer bekannten zehnteiligen Wasserpumperiemenscheibe
einstückig
aufgebaut ist.
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Diese
und andere Aufgaben oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
dem Studium der Beschreibung und der Zeichnungen, welche zeigen:
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1 einen diametralen Querschnitt
durch eine bekannte zehnteilige Wasserpumpenriemenscheibe des im
General Motors Technical Bulletin TC01-007 offenbarten Typs;
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2 einen diametralen Querschnitt
durch eine einstückige
Riemenscheibe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist;
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3 einen schematischen Querschnitt,
der wesentliche Elemente einer Drehwalzformmaschine und eine zur
Drehwalzformung in der Maschine angeordnete ringförmige Scheibe
darstellt;
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4 eine Ansicht ähnlich der 3, wobei die Maschine jedoch
in einem späteren
Arbeitsschritt dargestellt ist;
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5 eine Ansicht ähnlich der 3, wobei die Maschine jedoch
in einem späteren
Arbeitsschritt dargestellt ist;
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6 eine Ansicht ähnlich der 2, wobei die Maschine jedoch
in einem späteren
Arbeitsschritt dargestellt ist;
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7 eine Darstellung ähnlich der 1, wobei die teilweise fertiggestellte
Riemenscheibe von 6 mit
der einstückigen
Nabe in der mit anderem Werkzeug bestückten Drehwaizmaschine dargestellt
ist;
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8 eine Ansicht ähnlich der 7, wobei jedoch ein späterer Arbeitsschritt
dargestellt ist;
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9 eine Ansicht ähnlich der 8, wobei jedoch ein späterer Arbeitsschritt
dargestellt ist;
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10 eine Ansicht ähnlich der 8, wobei jedoch ein abschließender Drehwalzvorgang
dargestellt ist, bei dem die erfindungsgemäße Riemenscheibe weiterhin
in der Drehwalzmaschine angeordnet ist.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine bekannte zehnteilige
Wasserpumpenriemenscheibe 10. Die Riemenscheibe weist eine
maschinell bearbeitete Nabe 12 auf, die mittels einer einstückigen Spinne 14 und
Bolzen 16 (von denen zwei von vier dargestellt sind) mit
Sicherungsscheiben 18 (von denen zwei von vier dargestellt
sind) an einer Radscheibe 20 angebracht ist. Ein im wesentlichen
rohrförmiger
Rand 22 erstreckt sich von der Radscheibe axial entgegengesetzt
zur Nabe und bildet eine Riemenaufnahmefläche 24. Die Radscheibe
und der Rand werden üblicherweise
durch einen Pressvorgang aus Blech gebildet, wobei eine Scheibe
aus Blech zu einem dünneren
zylindrischen Becher gezogen wird. Der Press- oder Ziehvorgang macht
die Blechseitenwand des Bechers dünner.
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Die
Nabe derartiger Riemenscheiben weist eine Bohrung 25 zum Anbringen
an einer Welle wie derjenigen einer (nicht dargestellten) Wasserpumpenriemenscheibe
auf. Die Nabe hat eine erforderliche Dicke, die das Ausbilden eines
Gewindes 26 auf ihrer zylindrischen Außenfläche als Einrichtung zum Anbringen
der Riemenscheibe an einem zweiten Teil, beispielsweise dem Innengewinde
einer Gebläsekupplung
ermöglicht.
Eine Riemenscheibe mit zehn montierten Teilen und einem Durchmesser
von 149 mm wiegt ungefähr
1,566 Kilogramm (3,45 pounds).
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Wie
in 2 dargestellt, weist
eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte einteilige Riemenscheibe 28 mit einer einstückig ausgebildeten
Nabe 30 auf, die aus einer Scheibe drehgewalzt ist. Die Nabe
weist eine Bohrung 32 und eine im wesentlichen zylindrische
Oberfläche 34 auf,
die maschinell oder anderweitig bearbeitet und als Befestigungsvorrichtung,
beispielsweise als Gewindeansatz 36, ausgebildet sein kann.
Vor der maschinellen Bearbeitung weist die Nabe eine radiale Dicke
T1 auf. Nach dem maschinellen Bearbeiten weist die Nabe eine radiale
Dicke T2 auf, da ein (in gestrichelten Linien dargestellter) Teil
T3 durch den maschinellen Bearbeitungsvorgang entfernt werden kann.
Selbstverständlich
kann das Gewinde durch einen Walzvorgang ausgebildet werden, bei
dem kein Nabenmaterial entfernt wird. Eine (nur teilweise dargestellte)
ringförmige
radiale Fläche 38 ist
vorgesehen und kann bei der Bildung des Gewindes hergestellt werden.
Die Fläche
bildet einen Anschlag, beispielsweise für eine (nicht dargestellte)
Mutter mit Innengewinde. Die Dicke der Nabe T1 ist vorzugsweise
größer als
diejenige der Blechmetallscheibe, aus der sie gebildet ist, und
beträgt
das 1,1 – 2-fache
der Radscheibendicke. Die maschinell bearbeitete Dicke der Nabe
T2 ist optional 1,4-1,5-mal größer als
die Dicke W1 des Stegs nahe dem Rand und die Dicke W2 nahe dem Rand.
Der Steg 40 kann optional Löcher 42, 44 aufweisen,
die zum Aufnehmen von Stiften eines (nicht dargestellten) Spannschlüssels bemessen
sind, um das Drehen der Riemenscheibe zu verhindern, wenn diese
am Drehen gehindert werden soll. Optional kann der Steg von der
Nabe weg gerichtet becherförmig 46 geformt
werden. Ein im wesentlichen rohrförmiger Rand 48 erstreckt
sich vom Steg ausschließlich
in zur Nabe axial entgegengesetzter Richtung. Der Rand 48 weist
wie dargestellt einen im wesentlichen zylindrische Riemenaufnahmefläche 50 auf.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist der Rand eine Dicke R1 auf, die geringer als die Stegdicke
W1, W2 ist.
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Verfahren
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Wie
in den 3 – 6 dargestellt, ist eine ringförmige Ronde 52 mit
einer Dicke 54 zur Bearbeitung durch eine Drehwalzformmaschine 56 angeordnet,
die einen Spindelstockdorn 58, einen hin und her verfahrbaren
Dorn 60, eine erste Formrolle 64, eine Halterolle 66 und
eine zweite Form- oder Endbearbeitungsrolle 68 aufweist.
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In 3 ist die ringförmige Ronde 52 über einem
Führungsstift 70 des
Spindelstockdorns 58 angeordnet, wobei der Außendurchmesser
des Führungsstifts
für einen
Innendurchmesser der herzustellenden Nabe bemessen ist. Der Spindelstockdorn 58 weist
eine zylindrische Ausnehmung 72 auf, die zum Aufnehmen
des Außendurchmessers 74 der
Ronde bemessen ist, und die Ausnehmung hat eine Tiefe 76,
die geringer als die Dicke 54 der Scheibe ist.
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Der
Dorn 60 weist eine Führungsstiftaufnahmebohrung 78,
die zum Aufnehmen des Führungsstifts
bemessen ist, einen Außendurchmesser 80 und
eine radiale Stufe 82 auf, die für eine gewünschte Dicke der zu formenden
Nabe bemessen ist. Der Dorn 60, die erste Formrolle 64,
die Halterolle 66 und die zweite Formrolle 68 sind
in einer Startposition von dem Spindelstockdorn 58 weg
angeordnet, um das Bestücken
und Positionieren der ringförmigen
Ronde 52 über
den Führungsstift
und gegen den Spindelstockdorn zu vereinfachen.
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4 zeigt die Drehwalzformmaschine 56 in
einer Zwischenbetriebsstellung, in der die ringförmige Ronde 52 zu
einer Form geformt wird, die im fertigen Zustand eine einstückig angeformte
Nabe aufweist. Der Dorn 60 wird in axialer Richtung M bewegt,
so daß der
Führungsstift 70 in
die Führungsstiftaufnahmebohrung 78 eingreift.
Die Halterolle 66 ist in ihrer Arbeitsposition dargestellt,
in der sie in der Richtung H derart bewegt wird, daß eine zylindrische
Fläche 84 gegen
einen freiliegenden ringförmigen
Bereich 86 der Ronde drückt,
um diese somit in einer sandwichartigen Position gegen den Spindelstockdorn
zu halten.
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Die
Formrolle 64 wird in ihre Formposition verbracht, indem
sie zuerst in die Richtung SA bewegt wird, so daß ein gerundeter Rand 88 der
Formrolle gegen die Ronde gedrückt
wird. Der Dorn und der Spindelstock werden gedreht, wodurch die
Ronde gedreht wird. Die Halterolle 66 und die Formrolle 64 drehen
frei, um die Ronde zu drehen. Die Formrolle mit dem gerundeten Rand 88 verschiebt
einen Teil des Metalls von der Ronde, die auf der gegenüberliegenden
Seite durch den Spindelstockdorn gestützt ist. Die Formrolle wird
in Richtung SR progressiv radial nach innen gegen die Seite der
Ronde bewegt, wodurch Metall von der Seite der Ronde verdrängt und
die Ronde dünner
wird, während
eine Radscheibe 92 mit einer dünneren Seitenwand 90 aus verdrängtem Metall
gebildet wird.
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Wie
in 5 dargestellt bewegt
sich die Formrolle weiter progressiv radial nach innen in Richtung
SR2 und das verdrängte
Metall streckt sich axial und berührt eine Schrägfläche 96 der
Formrolle. Die Schrägfläche ist
derart ausgerichtet, daß sie
im wesentlichen parallel zu den Achsen des Spindelstockdorns 58 und
des Dorns 60 verläuft.
Die Berührung
mit der Schrägfläche läßt die Welle
eine anfängliche
Nabenform 98 annehmen.
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Die
radial nach innen gerichtete Bewegung der ersten Formrolle stoppt
an einer vorbestimmten Position bei der Annäherung an den Dorn 60 wie
in 6 dargestellt, wird
die zweite Form- oder Nabenfertigstellungsrolle 68 aktiviert
und mit einer Schrägfläche 100 gegen
das die Nabe bildende verdrängte
Metall positioniert. Die Schrägfläche 100 ist
im wesentlichen parallel mit den Achsen des drehenden Spindelstockdorns 58 und
des Dorns 60 angeordnet, wenn sie das die Nabe formende
verdrängte
Metall berührt.
Die Formrolle wird progressiv radial nach innen in der Richtung
SR3 bewegt, wodurch das verdrängte
Metall gegen den Dorn 60 gepresst und eine Nabe 102 geformt
wird, die mit der Scheibe einstückig
ist. Das verdrängte
Metall läßt eine dünnere Seitenwand
oder eine Radscheibe 92 mit einer Dicke W1, W2 zurück. Die
derart geformte Ronde 104 mit der einstückigen Nabe 102 nach 6 wird von der Maschine
genommen, so daß das
Werkzeug für
nachfolgende Bearbeitungsschritte gewechselt werden kann. Die vorgeformte
Ronde 104 weist einen äußeren ringförmigen Bereich 106 mit
einer Dicke 108 auf, welche der ursprünglichen Dicke der Ronde entspricht.
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Wie
in 7 dargestellt, weist
das gewechselte Werkzeug einen Spindelstockdorn 110 mit
einem Führungsstift 70,
eine radiale Fläche 112,
die sich zu einer konvexen zulaufenden Fläche 114 erstreckt,
und eine zylindrische Fläche 116 auf.
Die zylindrische Fläche 116 weist
eine radiale Stufe 118 auf, die der gewünschten Dicke eines zu bildenden
Randes entspricht. Der hin und her bewegbare Dorn 120 weist
eine Führungsstiftaufnahmebohrung 122,
eine Nabenaufnahmebohrung 24, eine radiale Fläche 126,
die sich in eine konkave zulaufende Fläche 128 erstreckt.
Die konkave zulaufende Fläche
ist im wesentlichen parallel zur konvexen zulaufenden Fläche 114 angeordnet.
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Die
vorgeformte Ronde 104 wird über den Führungsstift 70 und
gegen die radiale Fläche 112 des
Spindelstockdorns angeordnet. Der äußere radiale Bereich 106 der
vorgeformten Ronde 104 erstreckt sich radial über den
bewegbaren Dorn 120 und die zylindrische Fläche 116 hinaus.
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Wie
in 8 dargestellt, wird
der bewegbare Dorn 120 axial M2 in Richtung des Spindelstockdorns 110 bewegt,
wodurch ein Teil der Radscheibe 92 zu einer Becherform
gebogen 130 und geformt wird, welche den zulaufenden Flächen 114, 128 folgt.
Die Formrolle 64 mit ihrem gerundeten Rand 88 wird
axial SA2 bewegt und gegen den äußeren ringförmigen Bereich 106 der
Ronde gedrückt,
wodurch der äußere ringförmige Bereich 106 unter
Zurücklassung
einer vorübergehenden
Bearbeitungsnut 132 verdrängt wird.
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Wie
in 9 dargestellt, wird
die Formrolle 64 axial SA2 bewegt, wobei die Schrägfläche 96 gegen
die Ronde drückt,
wodurch der Rand 48 vorgeformt wird.
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Die
Formrolle 64 kann hin und her bewegt SA3 werden, um den
Rand in die gewünschte
Form zu "bügeln" und dünner zu
machen.
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Wie
in 10 dargestellt, wird
die zweite Formrolle mit ihrer Schrägfläche 100 danach gegen
den radial äußersten
Bereich der Ronde gedrückt,
wodurch die Ronde dünner
gemacht und ein im wesentlichen rohrförmiger Rand 48 mit
einer Dicke R1 und eine Riemenaufnahmefläche 50 gebildet wird,
womit der Drehformvorgang abgeschlossen ist.
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Um
die Effektivität
des erfindungsgemäßen Verfahrens
darzustellen, wurde eine Blechscheibe unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zu einer Riemenscheibe umgeformt, welche die folgenden Abmessungen
aufwies:
| Ronde,
Außendurchmesser,
mm | 166,0 |
| Ronde,
Innendurchmesser, mm | 18,80 |
| Ronde,
Dicke, mm | 5,03 |
| Rand,
Durchmesser, mm | 148,00 |
| Rand,
Dicke, mm | 2,87 |
| Radscheibe,
Dicke nahe Rand, mm | 4,62 |
| Radscheibe,
Dicke nahe Nabe, mm | 4,27 |
| Nabe,
Außendurchmesser,
mm | 33,40 |
| Nabe,
Innendurchmesser, mm | 18,80 |
| Nabe,
Gewindedurchmesser, mm | 30,00 |
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Die
derart aufgebaute Riemenscheibe wog 0,885 kg (1,95 Ibs) im Vergleich
mit der bekannten zehnteiligen Riemenscheibe, die 1,566 kg (3,45
Ibs) wog. Somit wog die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte
Riemenscheibe 43,5% weniger als die bekannte Riemenscheibe.
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Die
vorangehende detaillierte Beschreibung dient lediglich Illustrationszwecken
und schränkt
nicht den Rahmen der Erfindung ein, der sich aus den zugehörigen Ansprüchen ergibt.