Aus der DE-PS 197 42 820 der Anmelderin ist es bekannt, in ein rohrförmiges Werkstück einen Dorneinsatz zum Stützen des umzuformenden Werkstücks beim Umformvorgang einzubringen, wobei der Grundkörper des Dorneinsatzes eine sich in axialer Richtung über eine definierte Länge und in azimutaler Richtung

über einen definierten Umfangswinkel des Grundkörpers erstreckende und eine definierte Tiefe aufweisende Vertiefung zur Erzeugung einer sich in axialer Rich- tung über eine definierte Länge und in azimutaler Richtung über einen definierten Umfangswinkel des rohrförmigen Werkstücks erstreckenden, nicht-umlaufenden, nutartigen Vertiefung aufweist. Hierdurch ist es möglich, in ein rohrförmiges Werkstück eine nicht-umlaufende Vertiefung einzubringen, wie es z. B. dann er- forderlich ist, wenn in ein Rohr einer Kopfstützenhalterung an dessen Rückseite Rastnuten eingebracht werden sollen. Die Verwendung eines Dornensatzes lie- fert zwar für eine Vielzahl von Anwendungsfällen zumindest zufriedenstellende Resultate. Jedoch kann es hierbei-insbesondere bei dünnwandigen rohrförmi- gen Werkstücken-dazu kommen, daß ein Einriß und somit eine Beschädigung des Rohres auftritt, welche durch die Einwirkung der die Außenfläche des rohrför- migen Werkstücks beaufschlagenden Umformwerkzeuge hervorgerufen wird.

Aus der US 21 71 371 ist eine Vorrichtung zum Einbringen einer Vertiefung in ein Werkstück bekannt, welche ein von einer Vorschubeinrichtung in einer Vor- schubrichtung bewegbares Werkzeug aufweist, dessen mindestens ein Bearbei- tungselement zur Herstellung der Vertiefung auf das Werkstück einwirkt. Das Be- arbeitungselement weist eine ovale Zentralöffnung auf, von der in Vorschubrich- tung zwei diametral gegenüberliegend angeordnete U-förmige Ausnehmungen ausgehen, wobei diese beiden U-förmigen Ausnehmungen von einer keilförmigen Schneidekante begrenzt werden. Um nun eine Sicke in dem zu bearbeitenden Werkstück herzustellen, wird das Werkstück in die zentrale Öffnung des Bearbei- tungswerkzeugs eingeführt und danach das Bearbeitungswerkzeug in Vor- schubrichtung vorgeschoben. Die durch diese Vorschubbewegung dann das Werkstück beaufschlagende U-förmige Vertiefung bewirkt die Ausbildung eines ersten, halbrunden Teils der Sicke. Danach wird das Werkzeug entgegen der vorherigen Vorschubrichtung bewegt und die zweite U-förmige Vertiefung bewirkt dann die Ausbildung des zweiten Teils der umlaufenden Sicke.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs ge- nannten Art derart weiterzubilden, daß in einfacher Art und Weise auch in rohr- förmige Werkstücke mit einer geringeren Wandstärke Vertiefungen einbringbar sind, sowie ein entsprechendes Verfahren.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gelöst, daß das Werkzeug mindestens ein Bearbeitungselement mit einem Bearbei- tungsbereich besitzt, der in Vorschubrichtung des Werkzeugs keilförmig ausge- staltet ist und sich von einem vorderen Ende ausgehend zum gegenüberliegen- den Ende des Bearbeitungsbereichs auf eine Breite verbreitert, die im wesentli- chen der axialen Erstreckung der herzustellenden Vertiefung entspricht, und sich von der Grundfläche des Werkzeugs ausgehend auf eine Höhe erhebt, die min- destens die Tiefe der herzustellenden Vertiefung beträgt, und dall die Vorrich- tung eine Einrichtung aufweist, durch die das Werkzeug in einer von der Vor- schubrichtung unterschiedlichen Bearbeitungsrichtung mit einer variierenden Be- arbeitungskraft beaufschlagbar ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem eine Vorrichtung zur Einbrin- gung einer Vertiefung in ein Werkstück, bei dem ein auf das Werkstück einwir- kendes Werkzeug von einer Vorschubeinrichtung in eine Vorschubrichtung be- wegt wird, und bei dem mindestens ein Bearbeitungselement des Werkzeugs zur Herstellung einer Vertiefung auf das Werkstück einwirkt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das verwendete Werkzeug mindestens ein Bearbeitungsele- ment mit einem Bearbeitungsbereich, der in Vorschubrichtung des Werkzeugs keilförmig ausgestaltet ist und sich von einem vorderen Ende ausgehend zu ei- nem gegenüberliegenden Ende des Bearbeitungsbereichs auf eine Breite ver- breitert, die im wesentlichen der axialen Erstreckung der herzustellenden Vertie- fung erstreckt und sich von der Grundfläche des Werkzeugs ausgehend auf eine Höhe erhebt, die mindestens die Tiefe der herzustellenden Vertiefung beträgt, und daß das Werkzeug in einer von der Vorschubrichtung unterschiedlichen Be- arbeitungsrichtung mit einer variierenden Bearbeitungskraft beaufschlagt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, daß im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels, Figur 2 eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels entlang der Li- nie B-B der Figur 1, Figur 3 eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels entlang der Li- nie A-A der Figur 1, und Figur 4 drei Ausführungsformen des Werkzeugs.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine schematisch dargestellte, aligemein mit 1 be- zeichnete Vorrichtung zum Einbringen von Vertiefungen 2a-2d (siehe Figur 4) in ein Werkstück 3a-3e. Die Vorrichtung 1 weist eine Spanneinrichtung 10 auf, in die die Werkstücke 3a-3e einspannbar und dadurch in der Spanneinrichtung 10 lagefixierbar gehalten sind. Die Spanneinrichtung 10 ist von einer Vorschubein- richtung 11 in den Richtungen des Doppelpfeils X beweglich, so daß zum Be- und Entladen der Spanneinrichtung 10 diese aus ihrer in Figur 1 gezeigten Ar- beitsstellung weg und nach dem Ladevorgang wieder in die Arbeitsstellung zu- rückbewegbar ist. Die Vorschubeinrichtung 11 der Spanneinrichtung 10 ist vor- zugsweise als hydraulisch oder pneumatisch oder motorisch arbeitend ausgebil- det, wobei ein Kolben 12 der Vorschubeinrichtung 11 an der Spanneinrichtung 10 angreift. Durch ein Zuführen eines unter Druck stehenden Arbeitsmediums in ei- ne Kolbenkammer 13 ist somit ein Hin-und Herbewegen der Spanneinrichtung 10 durchfuhrbar.

Der Spanneinrichtung 10 liegt eine Anpreßeinrichtung 20 gegenüber, welche ebenfalls von einer Vorschubeinrichtung 21-wie weiter unten noch beschrieben wird-in Richtung des Doppelpfeils X'beweglich ist. In entsprechender Art und Weise greift ein Kolben 22 der Vorschubeinrichtung 21 an der Anpreßeinrichtung 20 an, wobei der Kolben 22 wiederum durch das Zuführen eines Arbeitsmediums in einen Kolbenraum 23 der Vorschubeinrichtung 21 hin-und herbeweglich ist.

Zwischen die Spanneinrichtung 10 und die Anpreßeinrichtung 20 ist ein Werk- zeug 30 von einer Vorschubeinrichtung 31 einschiebbar, welche wiederum einen in einem Kolbenraum 33 geführten Kolben 32 aufweist. Das in einer Führung 25 der Anpreßeinrichtung 20 geführte Werkzeug 30 weist-wie am besten aus Figur 3 ersichtlich ist-eine Anzahl von Bearbeitungselementen 35a-35d auf, wobei die Anzahl der Bearbeitungselemente 35a-35d auf die Anzahl von Vertiefungen 2a-2d abgestimmt ist, die in einem jeden der Werkstücke 3a-3e auszubilden ist.

Die Ausbildung des Werkzeugs 30 ist nun am besten aus der Figur 3 ersichtlich.

Es weist eine Grundplatte 36 auf, auf der die Bearbeitungselemente 35a-35d an- geordnet sind. Wie am besten aus den Darstellungen der Figur 4 ersichtlich ist, ist dabei jedes Bearbeitungselement 35a-35d keilförmig ausgebildet, wobei sich ein keilförmiger Vorderteil 37 der Bearbeitungselemente 35a-35d von einer scharfen Spitze 38 ausgehend bis zum Ende 39 des Bearbeitungsbereichs 40 hin verbreitert, wobei die Breite b des keilförmigen Bearbeitungsbereichs 40 an sei- nem Ende 39 im wesentlichen gleich der axialen Erstreckung I der entsprechen- den Vertiefung 2a-2d ist. In entsprechender Art und Weise steigt der keilförmige Bearbeitungsbereich 40 der Bearbeitungselemente 35a-35d von der in der Grundfläche 36 des Werkzeugs 30 liegenden Spitze 38 auf eine Höhe h an, die im wesentlichen der Tiefe t einer jeden Vertiefung 2a-2d entspricht.

Um nun in die Werkstücke 3a-3e-entsprechend der Anzahl von vier Bearbei- tungselementen 35a-35d des Werkzeugs 30-vier Vertiefungen 2a-2d einbringen zu können, wird zuerst die Spanneinrichtung 10 von der ihr zugeordneten

Vorschubeinrichtung 11 aus ihrer in Figur 1 gezeigten Arbeitsstellung wegbe- wegt, so daß die Werkstücke 3a-3e in entsprechende Aufnahmen 10a-10e der Spanneinrichtung 10 eingesetzt werden können. Danach wird die Spanneinrich- tung 10 wieder in ihre Arbeitsstellung bewegt. Die dem Werkzeug 30 zugeordne- te Vorschubeinrichtung 31 bewegt dann das Werkzeug 30 entlang der Führung 25 der Anpreßeinrichtung 20 in den Zwischenraum zwischen der Spanneinrich- tung 10 und der Anpreßeinrichtung 20. Spätestens wenn das vordere Ende, vor- zugsweise eine Spitze 38, des ersten Bearbeitungselements 35a des Werkzeugs 30 an dem in Vorschubrichtung vordersten Werkstück 3a aufsetzt, wird das Werkzeug 30 mit einer in einer Bearbeitungsrichtung B wirkenden, oszillierenden Bearbeitungskraft beaufschlagt, indem die Anpreßeinrichtung 20 von ihrer zuge- ordneten Vorschubeinrichtung 21 entsprechend hin-und herbewegt wird. Diese Kraftbeaufschlagung erfolgt hierbei vorzugsweise derart, daß die auf das Werk- zeug 30 im wesentlichen orthogonal einwirkende, vorzugsweise periodisch oszil- lierende Bearbeitungskraft zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert variiert, wobei der Minimalwert im Bereich von Null liegen kann, oder sogar einen negativen Wert annimmt, d. h., daß die Anpreßeinrichtung 20 zu diesem Zeit- punkt in einem Rückwärtshub das Werkzeug 30 von den Werkstücken 3a-3e wegbewegt. Gleichzeitig zu dieser hammerartigen Kraftbeaufschlagung des Werkzeugs 30 durch die Anpreßeinrichtung 20 aus der zur Vorschubrichtung 21 im wesentlichen orthogonal verlaufenden Bearbeitungsrichtung B wird von der Vorschubeinrichtung 31 das Werkzeug 30 kontinuierlich, quasi-kontinuierlich oder in diskreten Schritten vorwärts bewegt, wobei desweiteren vorgesehen sein kann, daß auch diese Vorschubbewegung oszillierend erfolgt, wobei die diese Vorschubbewegung bewirkende Vorschubkraft hierbei ebenfalls in ihrem Mini- mum einen negativen Wert annehmen kann, d. h., daß die Vorschubeinrichtung 31 das Werkzeug 30 zu diesem Zeitpunkt in einem Rückwärtshub zurückbewegt, bevor es in einem darauffolgenden Vorwärtshub wieder vorgeschoben wird.

Die Überlagerung der stetigen, intermittierenden oder oszillierenden Vorschubbe- wegung des Werkzeugs 30 und der im wesentlichen orthogonal zur

Vorschubbewegung erfolgenden, hammerartigen Kraftbeaufschlagung des Werk- zeugs 30 in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Keilform der Bearbei- tungselemente 35a-35d bewirkt in vorteilhafter Art und Weise, daß das Einbrin- gen der Vertiefungen 2a-2d in die Werkstücke 3a-3e mit einer nur minimalen und darüber hinaus nur lokal im Bereich der Vertiefungen 2a-2d einwirkenden Bear- beitungskraft und somit mit einer nur äußerst geringen Materialbelastung durch- führbar ist. Dies macht die beschriebene Vorgangsweise insbesondere für dünn- wandige Rohre geeignet, da in diese nun besonders einfach Vertiefungen einge- bracht werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß beim Einbringvorgang die Gefahr von Durchrissen des Wandmaterials der Werkstücke 3a-3e im Bereich der Vertiefungen 2a-2d besteht.

Wie aus der Figur 3 ersichtlich ist, wird bevorzugt, daß die einzelnen Bearbei- tungselemente 35a-35e des Werkzeugs 30 in Vorschubrichtung versetzt ange- ordnet sind. Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die Herstellung einzeiner Vertiefungen 2a-2d in einem Werkstück 3a-3e zeitlich versetzt erfolgt, wodurch in vorteilhafter Art und Weise die von der Vorschubeinrichtung 31 aufzubringende Vorschubkraft reduziert wird. Dies bedeutet, daß-wie bereits beschrieben-zu- erst die Spitze 38 des ersten Bearbeitungselements 35a des Werkzeugs 30 auf das Werkstück 3a einwirkt. Eine weitere Vorschubbewegung des Werkzeugs 30 bringt mit sich, daß danach der auf die Spitze 38 folgende vordere Bereich 37 des ersten Bearbeitungselements 35a die Wand 3a'des rohrförmigen Werk- stücks 3a beaufschlagt, wodurch sukzessive die Herstellung der ersten Vertie- fung im Werkstück 3a erfolgt. Dann wirkt die Spitze 38 des zweiten Bearbeitung- selements 35b auf die Wand des ersten Werkstücks 3a ein, wodurch sukzessive die zweite Vertiefung 2b im Werkstück 3a durchgeführt wird. In entsprechender Art und Weise werden durch die Bearbeitungselemente 35c, 35d die dritte und die vierte Vertiefung 2c, 2d im ersten Werkstück 3a hergestellt, wobei-wie be- reits oben erwähnt-in der Vorschubbewegung des Werkzeugs 30 durch ihre Vorschubeinrichtung 31 eine durch die Anpreßeinrichtung 20 erfolgende,

hammerartige Kraftbeaufschlagung des Werkzeugs 30 und somit seiner Bearbei- tungselemente 35a-35d erfolgt.

Nachdem das erste Bearbeitungselement 35a das erste Werkstück 3a durchsetzt hat, tritt seine Spitze 38 auf das zweite Werkstück 3b auf. Bei einer weiteren Vor- schubbewegung wird durch das erste Bearbeitungselemente 35a die erste Vertie- fung des zweiten Werkstücks 3b erzeugt. In entsprechender Art und Weise er- zeugen dann die weiteren Bearbeitungselemente 35b-35d des Werkzeugs 30 die zweite bis vierte Vertiefung des zweiten Werkstücks 3b. In entsprechender Art und Weise erfolgt dann durch eine weitere Vorschubbewegung des Werkzeugs 30 die Herstellung der entsprechenden Vertiefungen der Werkstücke 3c-3e.

Die in Vorschubrichtung versetzte Anordnung der Bearbeitungselemente 35a-35d bedingt hierbei, daß ihr hinterer, an den eigentlichen Bearbeitungsbereich 40 an- schließende, sich vom Ende 39 des Bearbeitungsbereichs 40 zum Ende 35a'-35d'des Bearbeitungselements 35a-35d erstreckender Bereich 41 derartig ausgebildet ist, daß dieser die Vorschubbewegung des Werkzeugs 30 dann nicht behindert, wenn der Bearbeitungsbereich 40 der Bearbeitungselemente 35a-35d bereits durch die Vertiefung 2a-2d im Werkstück 3a-3e hindurchgetreten ist, d. h., der hintere Bereich 41 eines jeden Bearbeitungsbereichs 40 ist derart gestaltet, daß er durch die Vertiefung, die durch den Bearbeitungsbereich 40 des Bearbei- tungselements 35a-35d erzeugt wurde, hindurchschiebbar ist.

Bei obiger Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die auf das Werkzeug 30 in Bearbeitungsrichtung B einwirkende, oszillierende Kraft durch eine entspre- chende Bewegung der Vorschubeinrichtung 21 der Anpreßeinrichtung 20 erzeugt wird. Es ist aber auch möglich, daß die Spanneinrichtung 10 durch ihre Vorschu- beinrichtung 11 ergänzend zur oszillierenden Bewegung der Anpreßeinrichtung 20 oder anstelle dieser in entsprechender Art und Weise bewegt wird, so daß die auf das Werkzeug 30 einwirkende hammerartige Bearbeitungskraft ganz oder teilweise von der Spanneinrichtung 20 eingebracht wird. Wird die seitliche

Kraftbeaufschlagung des Werkzeugs 30 lediglich durch eine Bewegung der Spanneinrichtung 10 durchgeführt, so kann die Vorschubeinrichtung 21 der An- preßeinrichtung 20 in der Regel enffallen.

Es ist auch denkbar, daß für einige Anwendungsfälle die seitliche Kraftbeauf- schlagung des Werkzeugs 30 nicht erforderlich ist, und daß vielmehr dann eine oszillierende Vorschubbewegung des Werkzeugs 30 ausreichend ist.

Es sot ! noch darauf hingewiesen werden, daß durch die beschriebene Vorgangs- weise eine Vielzahl von unterschiedlichen Vertiefungsgeometrien erzeugbar ist, wie dies aus den drei Abbildungen der Figur 4-welche bevorzugte Beispiel dar- stellen-ersichtlich ist. Die in Figur 4 untere Darstellung zeigt eine im wesentli- chen halbkreisförmige Vertiefung 2c. Dementsprechend ist auch der Bearbei- tungsbereich 40 des Bearbeitungselements 35 in der Form eines entsprechenden Halbkegelsausgebildet.

Die in Figur 4 mittlere Darstellung zeigt eine im wesentlichen rechteckige Vertie- fung 2b, wobei der Bearbeitungsbereich 40 wie aus der Figur 4 ersichtlich ge- formt ist.

Die in Figur 4 obere Darstellung zeigt eine im wesentlichen sägezahnförmige Vertiefung 2a, wie sie z. B. als Rastelement bei Kopfstützen für Kraftfahrzeuge verwendet wird. Eine zur axialen Richtung des Werkstücks 3 verlaufende Rast- schräge 2a'geht hierbei in eine im wesentlichen orthogonal zu der Längsrichtung des Werkstücks 3 verlaufende Rasffläche 2a"über. Dementsprechend ist der Be- arbeitungsbereich 40 des Bearbeitungselements 35 derart ausgebildet, daß der Bearbeitungsbereich 40 in Draufsicht und in Seitenansicht die Form eines recht- winkeligen Dreiecks besitzt.

Wie aus den beiden oberen Bearbeitungselementen 35 der Figur 4 ersichtlich ist, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der keilförmige Bearbeitungsbereich 40 an

seiner Oberfläche Ausnehmungen 43 aufweist, welche vorzugsweise alternierend angeordnet sind. Diese Maßnahme besitzt die Wirkung, daß hierdurch im Bereich der Ausnehmungen 43 keine Einwirkung auf das bearbeitete Werkstück 3 erfolgt, was den Effekt mit sich bringt, daß die Kraftbeaufschlagung und somit die Einwir- kung durch das Bearbeitungselement 35 auf der der Ausnehmung 43 gegenüber- liegenden Seite erhöht wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde davon ausge- gangen, daß die Bearbeitungselemente 35a-35d auf das Werkstück 3a-3e im we- sentlichen orthogonal einwirken. Es ist aber auch möglich, daß die Bearbeitung- selemente 35a-35d auf der Grundfläche des Werkstücks 3a-3e derart angeordnet sind, daß sie unter einem definierten Winkel zur Orthogonalen auf diese Werkt- sücke 3a-3e einwirken. Hierdurch ist es dann möglich, daß Hinterschneidungen in den Vertiefungen 2a-2d erzeugbar sind.

Außerdem wurde bei der obigen Beschreibung davon ausgegangen, daß die Werkstücke 3a-3e lagefixiert in der Spanneinrichtung 10 aufgenommen sind, so daß durch die beschriebene Vorgangsweise nicht-umlaufende Vertiefungen 2a-2d herstellbar sind. Es ist aber auch möglich, vorzusehen, daß während des Bearbeitungsvorgangs die Werkstücke 3a-3e um ihre Längsachse gedreht wer- den, so daß vollständige oder nur um einen definierten Winkelbereich umlaufen- de Vertiefungen 2a-2d erzeugbar sind.

Die beschriebene Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Herstellung einer Verzahnung in einem rohrförmigen Werkstück, insbesondere einem dünnwandi- gen Werkstück. Durch die Anordnung einer entsprechenden Anzahl von Bearbei- tungselementen 35a-35d im Werkzeug 30 ist es durch eine entsprechende Beab- standung dieser Bearbeitungselemente 35a-35d besonders einfach möglich, die Verzahnung oder zumindest einen Abschnitt dieser Verzahnung wie vorstehend beschrieben herzustellen. Wenn mehr Verzahnungselemente der Verzahnung herzustellen sind als im Werkzeug 30 Bearbeitungselemente 35a-35d vorhanden sind, so ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Vorrichtung 1 eine Vorschubein- richtung (nicht gezeigt) aufweist, durch die das oder die Werkstücke 3a-3e in ih- rer axialen Richtung, nachdem der Bearbeitungsvorgang durch das Werkzeug 30 beendet wurde, vorschiebbar ist oder sind.