"Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Profilkörpern"

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrische Werkstücke, insbesondere für Längsnuten mit ungleichförmigem Profil, wobei die Umformung mittels SegmentScheiben, ähnlich einem Rollverfahren erfolgt.

Stand der Technik

Bei der Fertigung von Profilkörpern, wie beispielsweise Lamellenträger von Kupplungen, Zahnriemenscheiben oder ähnlichen Werkstücken mit einer zylindrischen Grundstruktur, werden häufig hohe Genauigkeiten und Präzision gefordert. Insbesondere kommt es auf Genauigkeit und die Oberflächenqualität an.

In der DE 20 17 709 wird ein Verfahren beschrieben, welches zur Herstellung der oben genannten Bauteile eingesetzt wird. Ein spezielles Rollwerkzeug ermöglicht es, das Werkstück aus einem Rohling mit glatter Außenkontur mittels einer Presse herzustellen, wobei jeder Pressenhub aus einem Rohling ein Werkstück ausformt. Bei jedem Pressenhub läuft ein Walzvorgang ab, bei dem die Profilrollen das gewünschte Außenprofil in die Mantelfläche des Werkstückes eindrücken. Die Profilrollen sind

dabei in einem Unterwerkzeug entlang des Umfanges des zu bearbeitenden Werkstückes angeordnet. Wird das Werkstück mittels eines am Stößel der Presse befestigten Oberwerkzeuges zwischen die Rollen gepresst, stützen sich diese an Stützrollen mit entsprechender Lagerung ab. Das Unterwerkzeug lässt sich rotationssymmetrisch aufbauen, wobei die das Profil des Werkstückes erzeugenden einzelnen Profilrollen regelmäßig und mit einheitlichem Winkel zueinander entlang des Umfanges des Werkstückes verteilt sind. Infolge dessen und infolge der sich ergebenden rotationssymmetrischen Kräfteaufteilung während eines Umformvorganges sind die einzelnen von den jeweiligen Profilrollen hergestellten Nuten untereinander praktisch gleich. Es wird insbesondere eine absatzfreie Außenkontur erreicht.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Drehung und somit das Abrollen der Profilrollen nur durch die bei der Umformung wirkenden Kräfte zwischen Werkstück und Profilrolle erzeugt wird. Dadurch entsteht ein nicht definierbarer Schlupf der Profilrolle gegenüber dem Werkstück. Bei durchgängigen, in

Längsrichtung gleichförmigen Profilen führt dieser Schlupf in der Regel nicht zu Problemen. Ist das Profil in Längsrichtung jedoch unregelmäßig, beispielsweise mit einem quer zur Längsnut verlaufenden Steg in der Mitte der Profillänge, führt der Schlupf zu Maßungenauigkeiten und somit zu Qualitätsmängeln.

In der DE 195 06 391 Al ist ein Verfahren offenbart, bei dem die Profilrollen derart angetrieben werden, dass die Umfanggeschwindigkeit im Umformbereich mit der Geschwindigkeit des Werkstückes übereinstimmt. Der Antrieb erfolgt durch übertragung der Stößelbewegung über Getriebemittel, wie Zahnstangen und Zahnräder auf die Profilrollen. Durch dieses

Verfahren bzw. durch die Anordnung der oben genannten Getriebemittel wird der Schlupf zwischen den Profilrollen und Werkstück sicher vermieden.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist der sehr aufwendige konstruktive Aufbau und die daraus resultierenden hohen Kosten der Vorrichtung. Weiterhin nachteilig ist, dass durch die Vielzahl der Getriebemittel eine große Bauhöhe der Vorrichtung erforderlich ist.

In der EP 0 006 137 Al ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Herstellung von Längsnuten in ein zylindrisches Werkstück beschrieben. Bei dieser Lösung erfolgt die Umformung nicht durch Profilrollen sondern durch Segmentscheiben. Die Segmentscheiben werden nicht angetrieben. Die Außenkonturen der Segmentscheiben wälzen sich an der Oberfläche des sich nach unten bewegenden Werkstückes ab. Dadurch bewegen sich die Segmentscheiben auf einer kreisförmigen Bahnkurve. Die Positionen der Segmentscheiben zu Beginn des Eingriffes werden durch federbetätigte Haltestifte definiert. Die

Segmentscheiben sind mittels einer kugelförmigen Gleitlagerung mit einem Gehäuse verbunden. Dadurch, dass die Segmentscheiben ausschließlich durch die während der Umformung wirkenden Kräfte bewegt werden und keinen mit der Stößelbewegung synchronisierten Antrieb haben, ist ein geringfügiger Schlupf zwischen Segmentscheibenoberfläche und Werkstück nicht zu vermeiden. Außerdem ist eine genau definierte Anfangsposition der Segmentscheiben für den Umformvorgang nicht zu realisieren. Insbesondere für Werkstücke mit in Längsrichtung unregelmäßigen Nutprofilen ist dies ein entscheidender ^• Nachteil.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Profilen in zylindrischen Werkstücken zu entwickeln, mittels einem konstruktiv einfachem und somit kostengünstigen und funktionssicheren Werkzeug, wobei ein Schlupf zwischen der Werkstückoberfläche und den Umformwerkzeugelementen sicher vermieden wird, und wobei durch einen genau definierten Startpunkt des Umformeingriffes eine hohe Präzision des herzustellenden Profils erreicht wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 und ausgehend von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch X, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch Y gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Umformvorgang ähnlich einem Rollumformverfahren auszuführen, jedoch nicht mit Profilrollen als Umformwerkzeugelement, sondern mit angetriebenen SegmentScheiben. Die SegmentScheiben werden an Gleitflächen geführt und werden durch eine Zwangskopplung mit dem Stempel bzw. Werkzeugunterteil mit der Bewegung des Werkstückes synchronisiert., Das bedeutet, dass die Segmentscheiben nicht durch die während der Umformung wirkenden Kräfte bewegt werden, sondern durch die Bewegung des Stempels. Dadurch wird ein Schlupf zwischen den Segmentscheiben und dem Werkstück während der Umformung ausgeschlossen. Wie bereits erwähnt, werden die

SegmentScheiben an Gleitflächen geführt. Diese Gleitflächen sind derart gekrümmt, dass ein Abwälzen der profilierten Segmentscheibenoberflächen am Werkstück ermöglicht wird. Damit sich die Segmentscheiben entlang der gekrümmten Gleitflächen bewegen können, werden diese von unten durch das

Werkzeugunterteil und von oben durch das Werkzeugoberteil bzw. den Stempel gehalten und geführt. Vorzugsweise wird die Haltekraft auf die SegmentScheiben von Gasfedern aufgebracht, welche wiederum mit dem Werkzeugoberteil verbunden sind. Auch andere Kraftübertragungsmittel, wie zum Beispiel Federn sind denkbar.

Die SegmentScheiben werden zu jedem Zeitpunkt der Umformung zwischen Werkzeugoberteil bzw. daran befestigten Bauteilen und dem Werkzeugunterteil gehalten und führen somit exakt die gleiche Vertikalbewegung aus wie das Werkstück, welches ebenfalls mit dem Werkzeugoberteil bzw. mit daran befestigten Bauteilen, verbunden ist. Die Kontaktflächen der Bauteile, welche mit den Segmentscheiben in Verbindung stehen, sind so ausgeführt, dass der horizontale Anteil der

Segmentscheibenbewegung aufgenommen wird. Vorzugsweise sind die Oberflächen so gestaltet, dass eine im Wesentlichen horizontale Gleitbewegung zwischen den Segmentscheiben und dem in Kontakt stehenden Bauteilen ermöglicht wird. Diese beschriebene Vorrichtung, stellt eine konstruktiv einfache und somit auch robuste und kostengünstige, aber auch eine sehr präzise und qualitativ hochwertige Lösung dar.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ist in der Möglichkeit zu sehen, das Werkstück nach der Umformung aus der Vorrichtung auszuheben und für ein Werkstücktransportsystem freizugeben. Dieses Ausheben erfolgt vorzugsweise mittels einer Gasfeder. Auch andere

Betätigungsmechanismen sind denkbar, beispielsweise kann das Ausheben des umgeformten Werkstücks auch mittels Hydraulikoder Pneumatikzylinder erfolgen.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ist, dass das Werkzeugunterteil während des Umformvorganges durch das Werkzeugoberteil über den Stempel, den Rolldorn und das Werkstück nach unten gegen eine Kraft verdrängt wird. Diese der Umformbewegung entgegengesetzte Kraft kann beispielsweise aus dem Aushebemechanismus resultieren.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem, anhand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

Figur 1 Vorrichtung nach dem Einlegen eines Rohlings

Figur 2 Vorrichtung bei Umformbeginn Figur 3 Vorrichtung bei Umformende

Figur 4 Vorrichtung nach Ausheben des Werkstückes

Figur 5 Vergrößerte Darstellung des Umformeingriffes während der Umformung

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung. Die Vorrichtung 1 besteht aus einem Werkzeugoberteil 2 und einem Werkzeugunterteil 3. Mit dem Werkzeugoberteil 2 fest verbunden ist der Stempel 4 mit dem

Rolldorn 5. Das Werkzeugunterteil 3 ist in einem Gussgehäuse 6

vertikal beweglich gelagert. über eine Gasfeder 7 ist das Werkzeugunterteil 3 mit einer Werkstückaufnahme 8 verbunden. In der dargestellten Position wurde das Werkstück 9 als Rohling bereits von den Greifern 10 eines hier nicht näher dargestellten Werkstücktransportsystems auf der

Werkstückaufnahme 8 abgelegt. Der Stempel 4 mit dem Rolldorn 5 befindet sich im oberen Umkehrpunkt. Beginnt nun der Umformvorgang, so bewegt sich der Stempel 4 mit dem Rolldorn 5 nach unten, während das Werkstück 9 ebenfalls eine nach unten gerichtete Vertikalbewegung ausführt. Die Bewegung des

Werkstückes 9 wird dadurch erzeugt, dass die Werkstückaufnahme 8 mit dem Werkstück 9 gegen die Kraft der Gasfeder 7 nach unten verdrängt wird.

In Figur 2 hat die Vorrichtung 1 eine Position erreicht, in der ein Mitnehmer 11, welcher über Gasfedern 12 mit dem Werkzeugoberteil 2 verbunden ist, die oberen Kontaktflächen der Segmentscheiben 13 erreicht hat. Die unteren Kontaktflächen der Segmentscheiben 13 liegen auf dem Werkzeugunterteil 3 auf. Dadurch, dass der Mitnehmer 11 auf den Segmentscheiben 13 aufliegt, fahren die Gasfedern 12 bei einer Fortsetzung der Abwärtsbewegung des Stempels 4 mit dem Rolldorn 5 bzw. des Werkzeugoberteils 2, soweit ein bis die Position erreicht ist, die in Figur 3 dargestellt ist. Die Gasfedern 12 sind nun eingefahren, der Rolldorn 5 befindet sich im Werkstück 9 und die Segmentscheiben 13 werden von oben durch den Mitnehmer 11 und von unten durch das Werkzeugunterteil 3 in einer genau definierten Lage gehalten. Von dieser Position ausgehend bei einer weiteren Abwärtsbewegung des Stempels 4 beginnt die Umformung des Werkstückes 9 durch die Segmentscheiben 13.

Durch die formschlüssigen Verbindungen aller bewegten Bauteile, werden die Segmentscheiben 13, bezogen auf deren vertikalen Bewegungsanteil, synchron mit dem Werkstück 9 nach unten bewegt. Das für den Umformvorgang notwendige Abwälzen der Segmentscheiben 13 auf dem Werkstück 9 wird dadurch erreicht, dass sich die Segmentscheiben 13 an einer gekrümmten Gleitfläche 14 entlang bewegen. Durch diese Gleitführung und den vertikalen Antrieb durch den Mitnehmer 11 bzw. durch das Werkzeugunterteil 3, bewegen sich die SegmentScheiben 13 auf einer kreisförmigen Bahn und können so exakt auf dem Werkstück 3 abwälzen. Die dem Werkstück 9 zugewandten Seiten der Segmentscheiben 13 sind mit der negativen Form des am Werkstück 9 zu erzeugenden Profils ausgestattet. In diesem Ausführungsbeispiel ist es ein Profil mit Längsnuten, welche in der Mitte des Profils einen Steg 15 haben. In Figur 5 ist dieses Profil deutlich zu ^' erkennen. In der dargestellten Position ist die Umformung bereits erfolgt. In der Mitte des Profils ist der Steg 15 deutlich zu erkennen. An die Form und insbesondere an die Lage dieses Steges 15 werden hohe Qualitätsanforderungen gestellt. Eine präzise Umformung ist nur möglich, wenn wie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eine genau definierte Startposition für die Umformung vorhanden ist, welche von Reibverhältnissen zwischen Segmentscheiben 13 und dem Werkstück 9 oder von Dickentoleranzen des Werkstückes 9 unabhängig ist.

Figur 4 zeigt die Stellung der Vorrichtung 1 nach dem Umformvorgang. Die Segmentscheiben 13 sind durch den Kontakt mit dem Mitnehmer 11 nach unten gedrückt worden und haben so das Profil am Werkstück 9 eingewalzt. Die Gleitbewegung der

Segmentscheiben 13 an den Gleitflächen 14 wird ermöglicht bzw. unterstützt durch eine Druckschmierung, welche über den

Schmierkanal 16 erfolgt. Durch die kreisförmige Bewegung der Segmentscheiben 13 entlang der Gleitflächen 14 entstehen an den Kontaktstellen zwischen dem Mitnehmer 11 und den Segmentscheiben 13 bzw. zwischen dem Werkzeugunterteil 3 und den SegmentScheiben 13, Relativbewegungen. Die Kontaktflächen des Mitnehmers 11 und des Werkzeugunterteils 3 sind deshalb so gestaltet, dass die Segmentscheiben 13 zu jedem Zeitpunkt während der Umformung sowohl von oben, als auch von unten gehalten bzw. geführt werden. Nachdem der Umformvorgang beendet ist, bewegt sich das Werkzeugoberteil 2 mit dem

Stempel 4 und dem Rolldorn 5 nach oben. Gleichzeitig fährt die Gasfeder 7 aus und bewegt die Werkstückaufnahme 8 mit dem umgeformten Werkstück 9 in gleicher Weise wie den Stempel 5 nach oben, bis die Position erreicht ist, die in Figur 1 dargestellt ist. Das Werkstück 9 liegt nun frei und kann von den Greifern 10 des Werkstücktransportsystems gegriffen und weitertransportiert werden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens .

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Werkzeugoberteil 3 Werkzeugunterteil

4 Stempel

5 Rolldorn

6 Gussgehäuse

7 Gasfedern 8 Werkstückaufnahme

9 Werkstück

10 Greifer

11 Mitnehmer

12 Gasfeder 13 SegmentScheiben

14 Gleitfläche

15 Steg

16 Schmierkanal