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Dokumentenidentifikation DE102004022666A1 16.12.2004
Titel Stanzverfahren
Anmelder LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG, 77815 Bühl, DE
Erfinder Schwenk, Wilfried, 77855 Achern, DE
DE-Anmeldedatum 07.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004022666
Offenlegungstag 16.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.12.2004
IPC-Hauptklasse B21D 22/00
IPC-Nebenklasse B21D 22/10   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Umformen von Blech zu einer Hauptstruktur, wobei vor dem Umformen zur Hauptstruktur, die beispielsweise rotationssymmetrisch ist, sog. Kleinstrukturen in das ebene Blech eingebracht werden. Besonders vorteilhaft sind dieses Verfahren und die Vorrichtung, weil hiermit kostengünstig und präzise schalenförmige Bauteile für Drehmomentwandler, wie z. B. die Pumpenschale, die Turbinenschale oder der Pumpen-Innenring oder der Turbinen-Innenring, gestaltet werden können.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen von Blech zu einer Hauptstruktur, wobei vor dem Formen der Hauptstruktur bereits Kleinstrukturen in das Blech eingebracht wurden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9. Ferner betrifft die Erfindung ein Stanzteil, welches erfindungsgemäß hergestellt wurde und einen Drehmomentwandler, der mindestens ein erfindungsgemäßes Stanzteil aufweist.

Es ist ein bekanntes Problem in der Umformtechnik, dass durch das Stanzen, Prägen, Tiefziehen usw., erhebliche Spannungen in dem Blechmaterial auftreten, so dass nur in Verbindung mit vielen Erfahrungswerten und/oder hochkomplexen Berechnungsmethoden die Form des fertigen Bauteiles vorausgesagt werden kann.

Sind in einem Stanzteil – welches im Nachfolgenden Hauptstruktur genannt werden soll – kleine Löcher oder andere Aussparung enthalten – die im Nachfolgenden Kleinstrukturen genannt werden sollen – so ist die räumliche Lage dieser Kleinstrukturen – bezogen auf die Hauptstruktur – meistens nur unter großen Qualitätseinbußen zu beherrschen.

Besonders schwierig ist die Form- und Lagetoleranz von Kleinstrukturen in einem Stanzteil zu realisieren, wenn die Blechstärke im Verhältnis zu einem Umformungsgrad groß ist. Mit anderen Worten: Wird beispielsweise bei einem schalenförmigen Bauteil mit einem Innendurchmesser von 200 – 300 mm eine fast rechtwinklige Umlenkung des Bleches vorgenommen und die Blechstärke beträgt hierbei etwa 4 – 6 mm, so ist in dem Umformungsbereich mit erheblichen Deformationen des Bleches zu rechnen. Diese Deformationen bedeuten, dass vorher bereits in das Blech eingebrachte Kleinstrukturen in ihrer Form verzerrt werden und damit auch keine hohe Form- und Lagegenauigkeit aufweisen können.

Eine besondere Schwierigkeit stellt das Umformen von Blech zu einer Pumpenschale eines Drehmomentswandlers dar. Die Pumpenschale ist hierbei dasjenige Gehäuseteil eines Drehmomentumwandlers, welches die Pumpenschaufeln aufnimmt. Diese Pumpenschale weist beispielsweise eine Wandstärke von 5 mm und einen Innendurchmesser von 240 mm auf. Bei diesen Abmessungen beträgt das Nennmoment etwa 300 Nm. Zur Aufnahme der Pumpenschaufeln sind in der Innenfläche der Pumpenschale sog. Prägeschlitze angebracht, in die dann die Pumpenschaufeln eingesteckt und verlötet werden. Damit die Schaufeln eine hohe Lagegenauigkeit haben, werden sie im Bereich der Oberflächen der Pumpenschale meistens mittels dreier Prägeschlitze geführt. Für die Vielzahl der Schaufeln in der Pumpenschale ergeben sich dadurch ringförmige Reihen von Prägeschlitzen nahe der Rotationsachse, etwa im erhabensten Punkt der Schale und sehr nahe am Außendurchmesser. Um eine hohe Genauigkeit für die Lage und Form der Prägeschlitze zu erzielen, wurden diese Schlitze bisher mittels einer Spezialmaschine (eine sog. Copy-Maschine) in die fertig gestanzte Schalenform eingebracht. Bei dieser Spezialmaschine ist mindestens ein Stempel radial auf die Innenfläche der Pumpenschale gerichtet. Ein entsprechendes Gegen-Gesenk ist an der betreffenden Stelle auf die äußere Oberfläche der Pumpenschale orientiert. Durch taktweises Einprägen der Prägeschlitze auf der Innenseite der Pumpenschale mit einem anschließenden Weiterrücken des Werkstückes auf die nächste Prägeposition wird eine Reihe von Prägeschlitzen gefertigt. Bei beispielsweise 31 Pumpenschaufeln sind 31-mal dieses Einprägen und anschließende Weiterdrehen des Werkstückes erforderlich. Auch wenn die genannte Spezialmaschine alle drei „Ringe" von Prägeschlitzen gleichzeitig stanzen kann, so sind dennoch in diesem Beispiel 31 Arbeitstakte erforderlich.

Der enorm hohe Fertigungsaufwand für eine Pumpenschale eines Drehmomentwandlers verursacht demzufolge hohe Kosten. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, welche die hohen Kosten reduzieren und dabei zugleich die bekannte hohe Qualität – d.h. die Genauigkeit der Form- und Lagetoleranz – beibehalten.

Wegen der schalenförmigen Struktur ist ein Stanzen von Prägeschlitzen nahe einem steilen Rand nicht möglich. Ein Prägestempel würde wegen seiner im Wesentlichen vertikalen Prägerichtung besonders bei Prägeschlitzen nahe dem schalenförmigen Rand unter einem extrem spitzen Winkel mit der inneren Oberfläche der Schale zusammen treffen. Dadurch würde der Prägestempel massiv abgelenkt werden, welches sogar zum Bruch des Prägestempels führen könnte. Man muss sich hierbei vergegenwärtigen, dass ein Prägeschlitz für eine Pumpenschaufel evtl. nur 1,2 mm breit ist, wodurch ein derartiger Stempel gegen Biegung keine Stabilität hat. Aber selbst wenn ein Prägestempel eine genügende Festigkeit für die mechanischen Belastungen hätte, würde durch die Prägerichtung der Prägestempel eine nicht klar definierte Form der Prägeschlitze entstehen. Außerdem würde ein Prägestempel einem enormen Verschleiß ausgesetzt sein, da auch die Reibung des Prägestempels mit dem Werkstück und/oder auch mit der Stempelführungsplatte zerstörerisch wirken würde.

Erfindungsgemäß werden Prägeschlitze – oder auch Schlitze für Turbinenschalen eines Drehmomentwandlers – in ein Blech hineingebracht, solange es noch eben ist. D.h. das Blech hat noch keine Umwandlung zu einer Schalenstruktur, der sog. Hauptstruktur, erfahren. Das Prägen und Stanzen der Prägeschlitze bzw. Schlitze in ein ebenes Material gestattet die Möglichkeit, dass alle Schlitze mit einem Pressenhub eingebracht werden können. Bei beispielsweise 31 Pumpenschaufeln und 3 Fixierungspunkten je Schaufel – also insgesamt allein 93 Prägeschlitze für die Pumpenschale, sind so mit einem Pressenhub bewerkstelligt.

Die Nachteile am Stand der Technik waren jedem Fachleuten bekannt, jedoch sah man keine Möglichkeit die Umformung eines Blechteiles, mit Kleinstrukturen zu einer beispielsweise rotationssymmetrischen Hauptstruktur, vorzunehmen, ohne dabei die Kleinstruktur zu verzerren bzw. zu zerstören, d.h. mit einer ausreichenden Form- und/oder Lagegenauigkeit zu erzielen. Gemäß der Erfindung wird ein Teil des Bleches zwischen den Ober- und Unterteil des Stanzwerkzeuges eingeklemmt, während ein anderer Bereich des Bleches durch die Kontur des Stanzwerkzeuges umgeformt wird. Sind die Kleinstrukturen in dem umzuformenden Blech beispielsweise Prägeschlitze – also erhabene Formen – so weist das Werkzeug in dem Bereich der erhabenen Strukturen, Aussparungen auf, wodurch durch die Krafteinwirkung beim Klemmen oder auch beim Umformen, keine Beschädigungen an den Prägeschlitzen entstehen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Umformen nicht in einem einzelnen Pressvorgang, sondern in mehreren Pressvorgängen. Damit ein derartiges Stanz- bzw. Umformwerkzeug nicht zu kompliziert und damit zu teuer wird, ist es vorteilhaft, wenn das Umformen nicht nur in mehreren Umformschritten, sondern auch in nacheinander folgenden Werkzeugen erfolgt. Jedes Werkzeug ist dann für eine Teilaufgabe ausgestaltet und kann dadurch einfacher gebaut werden. Ein Umformen in mehreren Umformschritten hat zudem auch den Vorteil, dass das Verpressen (Stauchen, Quetschen usw.) des Materials nicht in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen muss. Denn trotz aller Berufserfahrung eines Werkzeugkonstrukteurs und trotz aller modernen komplexen Finite-Elemente-Berechnungsprogramme, ist es eine Kunst, den „Materialfluss" beim Kaltumformen eines Bleches richtig vorauszuberechnen.

Wie schon erwähnt, ist die Schalenform eine Teilmenge einer rotationssymmetrischen Hauptstruktur. Eine rotationssymmetrische Hauptstruktur ist prinzipiell vorteilhaft gegenüber einer beliebigen hohlgeprägten Hauptstruktur, weil dort Fließprozesse des zu bearbeitenden Materials in radialer Richtung homogen sind. Die Erfindung ist aber nicht auf rotationssymmetrische Hauptstrukturen begrenzt.

Der Schwierigkeitsgrad bei der Umformung von Blech in eine schalenförmige Hauptstruktur wird noch verstärkt, in dem in der Nähe der Rotationsachse eine zusätzliche Erhebung eingeformt wird. Diese zusätzliche Erhebung gibt es zum Beispiel bei den Pumpen- oder Turbinenschalen eines Drehmomentwandlers. An die Erhebung der Pumpenschale wird dann die sog. Wandlernabe angeschweißt, die beim Betrieb des Wandlers eine Ölförderpumpe antreibt.

Im Rahmen der Erfindung ist aber auch vorgesehen, die Kleinstrukturen – beispielsweise Schlitze – nicht nur mit Stanzen zu erzeugen, sondern sie können auch beispielsweise mit Lasertechnik in das Blech eingebracht werden. Das Einbringen von Kleinstrukturen mittels Stanztechnik würde einen viel zu engen Erfindungsgedanken repräsentieren. Ein Einstanzen einer Kleinstruktur wäre für einen Umformtechnik-Fachmann evtl. naheliegend, jedoch ist der eigentliche Erfindungsgedanke nicht durch eine Technologie gekennzeichnet, die ausschließlich auf die Umformtechnik beschränkt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das zu bearbeitende Blech in definierter Weise gestaucht. Wird nämlich ein Blech beispielsweise schalenförmig gepresst, so ergibt sich ein Rand der Schale, der sich im wesentlichen in oder auch entgegen der Stanzrichtung erstreckt. Bei dem Umformschritt zur Schale, widersetzt sich das Blech bei seinem „Fließen" einer scharfkantigen Formgebung. Ist aber eine scharfkantige Formgebung aus technologischen Gründen erforderlich, so kann mittels des Stauchens eine im Wesentlichen scharfkantige Schalenform – zumindest in einem Teilbereich der Schale – realisiert werden. Im Rahmen der Figurenbeschreibung wird auf diesen Gesichtspunkt der Erfindung noch weiter eingegangen.

Im Folgenden soll nun die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

1 einen Halbschnitt durch ein Prägewerkzeug für Prägeschlitze;

2 einen Halbschnitt durch ein Stanzwerkzeug für das Formen einer radial innen liegenden Schalenform;

3 einen Halbschnitt durch ein Stanzwerkzeug zum Lochen, Beschneiden und Prägen einer radial inneren Schalenstruktur;

4 einen Halbschnitt durch ein Werkzeug zum Formen einer radial außen liegenden Schalenform;

5 einen Halbschnitt durch ein Werkzeug zum Stauchen einer radial außen liegenden Schalenform;

6a einen Schnitt durch ein Werkzeug zum mittigen Lochen einer Turbinenschale;

6b die Draufsicht zu der Turbinenschale aus der 6a;

7a ein Schnitt durch ein Werkzeug zum Fertigstellen der Schalenform;

7b die Draufsicht zu der Turbinenschale aus der 7a.

In der 1 ist ein einfaches Stanzwerkzeug zu sehen, bei dem zwischen einem Oberteil 3 und einem Unterteil 4 ein Blech 1 (Werkstück) liegt. Eine vertikale Rotationsachse 2 soll anzeigen, dass die Zeichnung des Stanzwerkzeuges spiegelbildlich ist. In einer oberen Platte des Unterteiles 4 sind Prägestempel 6 eingearbeitet. Den Prägestempeln 6 ist gemeinsam, dass sie das Blech 1 nicht durchstoßen, sondern sie verursachen an der Unterseite des Bleches 1 einen Schlitz und an der Oberseite des Bleches 1 eine zugeordnete Wulst.

In einem nächsten Bearbeitungsschritt erhält das Blech 1 in seinem der Rotationsachse 2 nahen Bereich eine schalenförmige Umformung. Da es sich bei den Beispielen der 1 bis 5 um die Herstellung einer Pumpenschale für einen Drehmomentwandler handelt und weil hier bei der Fertigung die Pumpenschale mit ihrer axialen Haupt-Öffnung unten liegt, kann die innere schalenförmige Umformung der 2, als mittige, zusätzliche Erhebung 15 der Pumpenschale bezeichnet werden. Kennzeichnend ist in der 2 auch, dass die Erhebungen der Prägeschlitze 5 nicht vollflächig von dem angrenzenden Werkzeugteil abgedeckt werden.

Das Oberteil 3 der 2 ist in zwei ringförmige Oberteile 3a, 3b aufgeteilt. Der äußere ringförmige Teil 3b wird während dieses Bearbeitungsschrittes zunächst gegen das Blech 1 gefahren, wobei der äußere Bereich der zukünftigen Pumpenschale gegen das Werkzeugunterteil 4 geklemmt wird. Ist diese Klemmung erfolgt, so kann das Oberteil 3a nach unten bewegt werden, wodurch der radial innere Bereich des Bleches 1 umgeformt wird. Durch das Klemmen des radial äußeren Bereiches des Bleches 1 kommt es im Wesentlichen nicht zu Verzerrungen dieses Blechbereiches. Durch eine geeignete Abstimmung im radial inneren Bereich der Blechform, des Unterteils 4 und des Oberteiles 3a kommt es zur gewünschten Lage des inneren Ringes von Prägeschlitzen. Die angesprochene geeignete Abstimmung erfordert ein hohes Maß an fachmännischem Können, denn selbst hochkomplexe Finite-Elemente-Berechnungsprogramme für das „Fließ"-Verhalten des Bleches 1 müssen in Verbindung mit langjähriger Berufserfahrung zum Einsatz kommen.

Die Darstellungen in den 1 bis 6a und 7a sind stark vereinfacht, um das Wesentliche der Erfindung herauszustellen. Wegen der gewählten Darstellungsform ist deshalb eine Ausgestaltung der Erfindung nicht darstellbar. Diese Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet eine Steuerung der Prozessschritte „Klemmung des Bleches" und „Umformen des Bleches". In dieser Ausgestaltung kann die Klemmung bewusst elastisch angelegt sein. Durch diese Elastizität kann es zu einem definierten Kriechen (Gleiten) des Bleches 1 in quer zur Rotationsachse 2 kommen. Dieses Kriechen des Bleches kann sehr vorteilhaft sein, wenn beispielsweise radiale Zugspannungen des Bleches während des Umformprozesses auf einen definierten Maximalwert begrenzt werden soll. Das elastische Klemmen kann beispielsweise mittels einer kräftigen, vorgespannten Feder oder auch mittels eines hydraulischen Druckes – der wiederum vorzugsweise regelbar ist – realisiert werden. In der 3 erfolgt das Lochen mittels eines Lochstempels 8 des Bleches 1. Nach dem erfolgten Lochen fährt ein Prägestempel 9 gegen das Blech 1, wodurch hier ein Absatz geschaffen wird. Da es sich bei dem Blech 1 – wie schon erwähnt – um eine Pumpenschale für einen Drehmomentwandler handelt, stellt die Fläche, die mittels des Prägestempels 9 erzeugt wurde, den Sitz für eine Nabe dar, die an dieser Stelle angeschweißt wird. Das Werkzeug der 3 ist auch wieder dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Wülste der Prägeschlitze 5, Hohlräume 7 angeordnet sind, die die Form und/oder Lage der Prägeschlitze nicht beeinträchtigen. Jeweils am äußeren Rand und nahe dem Zentrum der Ober- bzw. Unterteile 3,4 erfolgt die Klemmung des Bleches 1.

Das in 4 dargestellte Stanzwerkzeug nimmt die Umformung der radial äußeren Region des Bleches 1 bzw. der Pumpenschale vor. Das Blech 1 wird in seinem Zentrum mittels eines Führungsdornes 11 zentriert. Das Unterteil 4 klemmt zusammen mit dem Oberteil 3a das Blech 1. Nach dem Klemmen fährt der radial äußere Bereich des Oberteils 3b – auch Ziehring genannt – nach unten und formt somit einen Schalenrand. Zwei ringförmige Reihen der Prägeschlitze 5 liegen hier wiederum in einem Hohlraum 7. Der Bereich des Bleches 1, der in der Grenzlinie zwischen dem Unterteil 4 und dem Oberteil 3b geformt wurde, ist hier im Wesentlichen s-förmig ausgestaltet. Nachdem die Oberteile 3a, 3b von dem Blech 1 abgehoben wurden, kann mittels eines Abstreifers 10 das Werkstück von dem Unterteil 4 abgehoben werden.

Auf den ersten Blick scheint sich das Stanzwerkzeug aus der 5 kaum von dem Stanzwerkzeug der 4 zu unterscheiden. Das schalenförmig gestaltete Blechteil 1 – inklusiv der mittigen Erhebung 15 – ist hier nach dem Umformungsprozess gezeigt. Beim genaueren Hinsehen entdeckt man, dass der s-förmig gestaltete Rand des Blechteiles 1 aus der 4, nun scharfkantig ausgebildet ist. Diese Scharfkantigkeit ist für die Pumpen-Halbschale eines Drehmomentwandlers von großer Bedeutung, denn nach dem Zusammenfügen der Pumpen-Halbschale und der zweiten Schale, der Mitnehmer-Halbschale, sollten sich die Schalenränder soweit als möglich aneinander annähern, damit kein axialer Spalt zwischen beiden entsteht. Dies würde nämlich den Wirkungsgrad eines Drehmomentwandlers deutlich beeinträchtigen.

Das Stauchen hat aber je nach Anwendungsfall nicht nur die Aufgabe eine scharfkantige Kontur zu erzeugen, sondern durch Stauchen werden auch überdehnte Blechstärken, die somit ihre Wandstärke unterschritten haben, in ihre Ausgangsstärke zurückgestaucht. Auch die relativ lang ausgeprägte S-Form der 4 kann durch Stauchen zu einer S-Form mit starken Umlenkungen gebracht werden.

Die Scharfkantigkeit an dem Blechteil 1 (in dem hier vorliegenden Beispiel die Pumpen-Halbschale eines Drehmomentwandlers) wird durch Stauchen auf den axial sich erstreckenden Rand des Blechteiles 1 erzielt. Zum Stauchen bewegen sich die Teile 3b und 4b relativ aufeinander zu. Auf diese Weise füllen sich sog. „Füll"-Räume 13 – die hier als Ecken erkennbar sind – mit Material. Um ein Weggleiten des weiteren Blechmaterials zu verhindern, ist mindestens ein umlaufender Ringzacken 12 in dem Oberteil 3b angeordnet. Dieser Ringzacken 12 verhindert, dass beim Stauchen Material des Bleches 1 zwischen die Teile 3a und 4a des Stanzwerkzeuges gepresst wird. Somit kann auch im Randbereich, der üblicherweise nur von Zug- und Radialspannung beherrscht wird, in eine scharfkantige Geometrie angebracht werden. Vorteilhafterweise kann der ringförmige äußere Teil 4b des Unterteiles auch als Abstreifer verwendet werden. Dieses Stauchen eines Randes zur Erzeugung von im Wesentlichen scharfkantigen Formen ist aber nicht nur auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, sondern kann auch bei anderen Umformungsprozessen angewendet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Stauchen nicht mit einem einzigen Arbeitsgang bewerkstelligt. In einem weiteren Stanzwerkzeug, welches ebenfalls für ein Stauchen der Schale ausgelegt ist, wird die Randkontur der Schale noch einmal nachgestaucht. Die Randhöhe einer derartigen Schale bei ungefähr 5 mm Wandstärke kann hierbei nochmals um 2 mm gesetzt werden. Durch die Aufteilung des Stauchens auf 2 Stanzwerkzeuge (eigentlich müsste es hier Stauchwerkzeuge heißen) hat den Vorteil, dass die extreme Belastung für das Stauchen nicht mit einem Werkzeug erledigt werden muss, wodurch dann ein unverhältnismäßig widerstandsfähiges Werkzeug geschaffen werden muss, welches unverhältnismäßig teuer ist und eine Spitzenkraft erfordert. Dieses Werkzeug würde dann in der Anordnung der Stanzwerkzeuge beim Folgeschnitt eine herausragende Belastung darstellen, wodurch der Pressentisch ungleichmäßig belastet ist. Deshalb ist die Aufteilung des Stauchens auf zwei Stanzwerkzeuge vorteilhaft, weil dadurch die Einzelpresskraft reduziert wird. Außerdem ist es vorteilhaft, weil dann zwischen den einzelnen Stauchvorgängen zusätzlich auch noch einmal Gleit- und/oder Formtrennmittel auf das Werkstück und/oder das Werkzeug aufgebracht werden können.

Die 6a, 6b und 7a, 7b müssen jeweils im Zusammenhang betrachtet werden. Die Figuren mit dem Zusatzbuchstaben a stellen jeweils einen Axialschnitt dar, während die Figuren mit dem Zusatzbuchstaben b eine Draufsicht auf das Werkstück in der entsprechenden Fertigungsphase darstellen. In der 6a ist das Blech 1 (in diesem Fall eine bisher nur halbgefertigte Turbinenschale für einen Drehmomentwandler). Bisher ist das Blech 1 in ebenem Zustand mit durch das Blech hindurchgehenden Schlitzes 14 versehen, und in seinem radial inneren Bereich mit einer Erhebung 15 ausgerüstet worden. Wie man aus der Zusammenschau mit der 6b erkennen kann, ist das Blech 1 im Verhältnis zu einer Pumpenschale nicht nur wesentlich dünner, sondern wegen der durchgehenden Schlitze 14 auch wesentlich filigraner und beim Stanzen auch deshalb wesentlich verzerrbarer als eine Pumpenschale. Zum Ausstanzen der inneren, runden Scheibe ist nur ein Stanzwerkzeug erforderlich, welches den mittigen Bereich mit seinem Oberteil 3 und Unterteil 4 stützt. Das Stanzwerkzeug kann im Rahmen der Erfindung aber auch derart gestaltet sein, dass es den bisher noch ebenen radial außen liegenden Rand des Bleches 1 stützt und/oder klemmt.

In der 6b ist noch ein weiterer erfindungsgemäßer Gedanken offenbart. Der äußere Rand des Blechteiles 1 nicht nämlich nicht genau kreisrund gestaltet, sondern er weist periodische Radiusschwankungen auf, die mit dem Auftreten der äußeren Schlitze 14 korrelieren. Da die äußeren Schlitze in etwa in einem Winkel von 45 Grad zu einer radialen Linie ausgerichtet sind, können diese Schlitze 14 bei der Umformung des Blechrandes in besonderer Weise verformt werden. Sie können je nach den auftretenden Umformungsspannungen entweder länger werden, oder die Schlitze können breiter werden, oder die Schlitze können sogar vollständig bis zum Rand aufreisen. Um diesen Negativ-Effekt entgegen zu wirken ist der Rand des Bleches 1 an bestimmten Stellen definiert verstärkt worden, bzw. an dazwischen liegenden Stellen definiert geschwächt worden. Bei dem Ausführungsbeispiel der 6b ist der Radius im Bereich eines außen liegenden Schlitzes reduziert, während der Radius zwischen den Schlitzen geringfügig vergrößert ist.

In einem weiteren Stanzwerkzeug – hier dargestellt mit der 7a – wird das Blech 1 auf einem Führungsdorn 11 zentriert. Nachdem das Oberteil 3 und der Innenstempel 4a des Unterteiles 4 zusammen gefahren sind, ist das Blech 1 in seinem radial inneren Bereich geklemmt. Wenn nun der ringförmige, äußere Teil 4b des Unterteiles 4 relativ gegen das Oberteil 3 fährt, so wird das Blechteil 1 zu einer vollständigen Schale umgeformt. Wie man aus der 7b deutlich erkennen kann, befinden sich nach der Umformung die äußeren Schlitze – bezogen auf die zeichnerische axiale Projektion – fast unter dem Rand der Schale liegend. Besonders an diesem Beispiel wird deutlich, dass ein Fertigungsverfahren für Pumpen- oder Turbinenschalen, bei dem die Stanzrichtung für die Schlitze (bzw. für die Prägeschlitze) in der Richtung eingebracht werden, in der auch die Schale gestanzt werden, nicht praktikabel ist. Erfindungsgemäß können auf diese Weise auch Pumpen- oder Turbinen-Innenringe gefertigt werden.

Das Blech 1 erfährt in der 7a besonders in seinem radial außen liegenden Randbereich eine starke Umformung. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn entweder das Oberteil 3 oder das Unterteil 4 nicht nur zweiteilig, sondern vielleicht sogar drei- oder vierteilig. Dieses könnte dann im Beispiel der 7a derart aussehen, dass das Teil 4a vielleicht nicht bis zum Scheitelpunkt – d.h. bis zum untersten Punkt – der Schale reicht, sondern schon weiter radial innen endet. Ein weiteres Teil 4c, welches zwischen dem Teil 4a und 4b angeordnet sein könnte, könnte mittels einer dosierten Klemmung den „Fließ"-Vorgang des Materiales beeinflussen, oder sogar durch eine dosierte Presskraft am Umformungsprozess mitbeteiligt sein. Auf diese Weise lässt sich dann in behutsamer Weise die starke Umformung intelligent realisieren. Im Rahmen der Erfindung kann aber auch das Oberteil zusätzlich mehrteilig ausgebildet sein. Durch eine bewusste Überlappung von klemmenden und umformenden Teilen – so wie in der 7a die Teile 4a und 4b im Bereich des Scheitelpunktes der Schale von dem Oberteil 3 überlappt werden – steht dennoch eine ausreichende Stabilität für das Gesamt-Stanzwerkzeug und für das zu bearbeitende Blech 1 während des Umformvorganges zur Verfügung.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit der Vorrichtung sind ungewöhnlich hohe Genauigkeiten erreichbar. So lassen sich die Kleinstrukturen in radialer Richtung – bezogen auf die Koordinaten der Hauptstruktur -innerhalb einer Plus-Minus-Toleranz von 0,05 bis 1,0 mm, vorzugsweise innerhalb einer Toleranz von 0,1 bis 0,5 mm realisieren. Gleiche Werte gelten auch für die Toleranzen in axialer Richtung. Wird die Lage der Kleinstrukturen relativ zum Zentrum der Hauptstruktur in Winkelgraden angegeben, so ist eine Plus-Minus-Toleranz von 0,05 bis 1,0 Grad, vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 Grad möglich.

Auch die Form der Kleinstruktur nach dem Umformen kann mit einer hohen Genauigkeit realisiert werden. So sind Genauigkeiten mit einer Plus-Minus-Toleranz von 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise sogar von 0,1 bis 0,2 mm möglich.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Umformen von Blech zu einer Hauptstruktur -insbesondere zu einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Hauptstruktur – wobei zur Form- und/oder Maßerhaltung von mindestens einer, schon vorher in das Blechteil eingebrachten Kleinstruktur – wobei deren Pressrichtung nicht parallel zur Pressrichtung der späteren Hauptstruktur ist – mindestens ein Teil des Bleches, welcher aktuell nicht umgeformt wird, durch mindestens einen Teil des Umformwerkzeuges geklemmt wird.
  2. Verfahren vorzugsweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen in mehreren Umformschritten erfolgt.
  3. Verfahren vorzugsweise nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationssymmetrische Hauptstruktur im Wesentlichen schalenförmig umgeformt wird, wobei nahe der Rotationsachse eine zusätzlichen Erhebung geformt wird.
  4. Verfahren vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorher eingebrachte Kleinstruktur ebenfalls gestanzt ist.
  5. Verfahren vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach mindestens einer Umformstufe, mittels eines Umformwerkzeuges mindestens ein Bereich des Bleches, welcher sich im Wesentlichen axial und zugleich entgegen der Stanzrichtung erstreckt, gestaucht wird, wobei auf mindestens eine Stirnfläche des Bleches gedrückt wird.
  6. Verfahren vorzugsweise nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech in Hohlräume hineingepresst wird.
  7. Verfahren vorzugsweise nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauchen in mindestens zwei Schritten erfolgt.
  8. Verfahren vorzugsweise nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das mindestens eine weitere Stauchen, das Werkstück in ein weiteres Werkzeug eingelegt wird.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mittels eines Stanzwerkzeuges mit einem Oberteil und einem Unterteil, wodurch eine Haupt- und eine Kleinstruktur gestanzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass entweder das Oberteil oder das Unterteil mindestens zweiteilig und diese mindestens beiden Teile in Pressrichtung relativ zueinander verfahrbar gestaltet sind, wodurch ein Teil zusammen mit dem gegenüberliegenden Ober- oder Unterteil eine Klemmung für das zu bearbeitende Blech bildet, und das andere Teil ein Stanz- bzw. Prägeteil darstellt.
  10. Vorrichtung vorzugsweise nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ober- oder das Unterteil des Stanzwerkzeuges mindestens dreiteilig ausgebildet ist, wodurch mindestens zwei Klemmungen und ein Stanzteil oder zwei Stanzteile und eine Klemmung realisiert werden können.
  11. Vorrichtung vorzugsweise nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkraft der Klemmung einstellbar gestaltet wird.
  12. Vorrichtung vorzugsweise nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellbarkeit der Klemmkraft mittels einer Federbelastung realisiert wird.
  13. Vorrichtung vorzugsweise nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellbarkeit der Klemmung mittels eines steuer- oder regelbaren Öldruckes realisiert wird.
  14. Vorrichtung vorzugsweise nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzwerkzeug mit Ringzacken ausgestattet ist.
  15. Stanzteil vorzugsweise nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstruktur als Schale ausgebildet ist.
  16. Stanzteil vorzugsweise nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale nahe ihre Achse der Rotationssymmetrie, eine Erhebung aufweist, die die gleiche axiale Ausrichtung aufweist, wie der Rand der Schale.
  17. Stanzteil vorzugsweise nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale als Kupplungsdeckel ausgebildet ist.
  18. Stanzteil vorzugsweise nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale als Drehmomentwandler-Bauteil ausgebildet ist.
  19. Stanzteil vorzugsweise nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentwandler-Bauteil als Pumpenschale ausgebildet ist.
  20. Stanzteil vorzugsweise nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentwandler-Bauteil als Turbinenschale ausgebildet ist.
  21. Stanzteil vorzugsweise nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentwandler-Bauteil als Pumpen- oder Turbinen-Innenring ausgebildet ist.
  22. Stanzteil vorzugsweise nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleinstruktur als Prägeschlitz in der Pumpenschale ausgebildet ist.
  23. Stanzteil vorzugsweise nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleinstruktur als Schlitz in der Turbinenschale oder in dem Pumpen- oder Turbinen-Innenring ausgebildet ist.
  24. Stanzteil vorzugsweise nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Genauigkeit der Kleinstruktur bezogen auf die Hauptstruktur, in radialer Richtung innerhalb einer Plus-Minus-Toleranz von 0,05 bis 1,0 mm, vorzugsweise innerhalb 0,1 bis 0,5 mm liegt.
  25. Stanzteil vorzugsweise nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Genauigkeit der Kleinstruktur bezogen auf die Hauptstruktur, in axialer Richtung innerhalb einer Plus-Minus-Toleranz von 0,05 bis 1,0 mm, vorzugsweise innerhalb 0,1 bis 0,5 mm liegt.
  26. Stanzteil vorzugsweise nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Kleinstruktur bezogen auf die Hauptstruktur, in ihrer Winkelposition innerhalb einer Plus-Minus-Toleranz von 0,05 bis 1,0 Grad, vorzugsweise innerhalb 0,1 bis 0,5 Grad liegt.
  27. Stanzteil vorzugsweise nach einem der Ansprüche 9 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Kleinstruktur innerhalb einer Plus-Minus-Toleranz von 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise innerhalb 0,1 bis 0,2 mm liegt.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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