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Dokumentenidentifikation DE102004009801B3 14.04.2005
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Bauteiles
Anmelder Winkelmann PALSIS Motortechnik GmbH & Co.KG, 59227 Ahlen, DE
Erfinder Hahlbrock, Hartwig, 59229 Ahlen, DE
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Meinke, Dabringhaus und Partner GbR, 44141 Dortmund
DE-Anmeldedatum 28.02.2004
DE-Aktenzeichen 102004009801
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.04.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.04.2005
IPC-Hauptklasse B21D 53/26
IPC-Nebenklasse B21D 22/14   
Zusammenfassung Mit einem Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Bauteiles, insbesondere einer Riemenscheibe, bei welchem ein Rohling aus Metall in einem axial erstreckten Umfangsbereich, mittels wenigstens eines radial außenseitig am Umfangsbereich angreifenden Umformwerkzeuges, mit einer Außenprofilierung versehen und dabei innenseitig gegen eine Innenform gedrückt wird, und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Innenform, gegen die der axial erstreckte Umfangsbereich des Rohlinges drückbar ist, und mit wenigstens einem radial außenseitig am Umfangsbereich zur Erzeugung einer Außenprofilierung angreifbaren Umformwerkzeug soll eine Lösung geschaffen werden, mit der auf möglichst einfache Weise aus einem Rohling Bauteile mit wenigstens einer außenseitigen Profilierung und wenigstens einer innenseitigen Hinterschneidung in einem axial erstreckten Umfangsbereich geschaffen werden können.
Dies wird dadurch erreicht, dass als Innenform ein spreiz- bzw. auffaltbarer Innenkern verwendet wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Bauteiles, insbesondere einer Riemenscheibe, bei welchem ein Rohling aus Metall in einem axial erstreckten Umfangsbereich mittels wenigstens eines radial außenseitig am Umfangsbereich angreifenden Umformwerkzeuges mit einer Außenprofilierung versehen und dabei innenseitig gegen eine Innenform gedrückt wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Innenform, gegen den der axial erstreckte Umfangsbereich des Rohlinges drückbar ist, und mit wenigstens einem radial außenseitig am Umfangsbereich zur Erzeugung einer Außenprofilierung angreifbaren Umformwerkzeug.

Umformverfahren und Umformvorrichtungen dieser Art sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt. So ist z.B. aus DE 38 19 957 C1 ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, mit dem sich eine Riemenscheibe aus einer Metallronde herstellen läßt, wobei als Umformwerkzeuge mehrere Umformrollen eingesetzt werden, welche den umzuformenden Bereich durch umfängliches Drücken der Metallronde gegen einen als Futterbacke ausgebildeten Innenkern umformen. Ein solches Umformverfahren läßt sich in dieser Form grundsätzlich nur für Bauteile verwenden, deren axial erstreckter Umfangsbereich nur außenseitig profiliert wird, Profilierungen an der Innenseite des axial erstreckten Umfangsbereiches, wie diese beispielsweise bei bestimmten Riemenscheiben, z.B. mit innenseitigem Wasserfangring benötigt werden, lassen sich auf diese weise nicht herstellen, weil ein Bauteil mit einer Hinterschneidung nicht vom als Futterbacke ausgebildeten Innenkern abgenommen werden kann.

Zur Lösung dieser Problematik, d.h. zur Ermöglichung der umformenden Bearbeitung von Bauteilen mit Hinterschneidung, ist es seit langem bekannt, eine Profilierung an der radialen Innenseite des Werkstückes dadurch zu realisieren, dass das Werkstück und/oder das entsprechende Drückfutter exzentrisch quer zur Axialrichtung verfahren werden kann. Derartige Verfahren sind z.B. aus DE 44 31 500 C2 oder DE 195 45 176 C2 bekannt. Mit solchen Verfahren lassen sich zwar Hinterschneidungen realisieren, der apparative Aufwand für die Umformvorrichtung ist jedoch aufgrund der exzentrischen Verfahrbarkeit sehr hoch.

Aus DE 35 45 506 C2 ist ein Drückwalzverfahren zum Herstellen von hohlzylindrischen Werkstücken bekannt. Dabei ist ein Umformwerkzeug vorgesehen, das aus einer Halterung zum Einspannen des Werkstückes und aus mindestens einem gegen die Wandungen des Werkstückes drückbaren Rollenpaar besteht, wobei die eine Rolle von innen und die andere Rolle von außen an der Werkstückwand angreift, wobei die Rollen jeweils von einem Rollenhalter gehalten sind. Ferner ist vorgesehen, dass mindestens ein Rollenträger mit der Halterung für das Werkstück in einer quer zur Walzrichtung befindlichen Ebene drehbeweglich bzw. axial verschiebbar befestigt ist. Aufgrund seiner Konstruktion sind mit diesem bekannten Umformwerkzeug lediglich Drückwalzverfahren ausführbar, mit denen lange Rohre aus kurzen dickwandigen Ausgangsrohren hergestellt werden. Das Anwendungsgebiet dieses bekannten Werkzeuges ist damit sehr eingeschränkt und der apparative Aufwand ist ebenfalls sehr hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mit der auf möglichst einfache Weise aus einem Rohling Bauteile mit wenigstens einer außenseitigen Profilierung und wenigstens einer innenseitigen Hinterschneidung in einem axial erstreckten Umfangsbereich geschaffen werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Innenform ein spreiz- bzw. auffaltbarer Innenkern verwendet wird.

Mit einem solchen Verfahren ist es möglich, auf sehr einfache Weise Bauteile zu schaffen, die innenseitig wenigstens eine Profilierung bzw. Hinterschneidung aufweisen. Dazu sind keinerlei exzentrisch verfahrbare Anordnungen oder dergl. notwendig, anstelle einer Futterbacke oder einer Rolle wird als Innenform ein spreiz- bzw. auffaltbarer Innenkern verwendet, der auf einfache Weise ein Abnehmen des Werkstückes mit Hinterschneidung ermöglicht. Dabei kann sowohl ein vorgeformter Rohling verwendet werden, der bereits eine Hinterschneidung aufweist als auch ein noch keine Hinterschneidung aufweisender Rohling, der beim Umformvorgang mit wenigstens einer Hinterschneidung versehen wird.

Dazu ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass der Innenkern wenigstens eine umlaufende Profilierung aufweist und der Umfangsbereich von dem wenigstens einen Umformwerkzeug innenseitig unter Ausbildung einer Innenprofilierung gegen die wenigstens eine Profilierung des Innenkernes gedrückt wird. Bei dieser Verfahrensführung kann somit auf einfache Weise in einem Arbeitsgang die Außenprofilierung und die Innenprofilierung erzeugt werden.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ein vorgeformter Rohling verwendet wird, der wenigstens eine Innenprofilierung aufweist. Bei dieser Ausführung wird also die Innenprofilierung bereits in einem vorgelagerten Bearbeitungsschritt geschaffen.

Zur Lösung der Aufgabenstellung sieht die Erfindung auch eine gattungsgemäße Vorrichtung vor, die sich dadurch auszeichnet, dass die Innenform als spreiz- bzw. auffaltbarer Innenkern ausgebildet ist.

Ein solcher Innenkern ist dabei in ähnlicher Weise gestaltet, wie seit langem bekannte Faltkerne in der Kunststoffspritztechnik (z.B. DE 29 25 858 A1), deren Einsatzmöglichkeit in der Umformtechnik von der Fachwelt bisher nicht erkannt worden ist.

Dabei weist der Innenkern bevorzugt wenigstens eine umlaufende Profilierung auf, was es ermöglicht, in einem Arbeitsgang sowohl die Außen- als auch die Innenprofilierung zu erzeugen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in:

1 in einem Längsschnitt eine Riemenscheibe mit einer Innenprofilierung,

2 ebenfalls im Längsschnitt eine Riemenscheibe mit einer anders gestalteten Innenprofilierung,

3 einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten spreiz- bzw. faltbaren Innenkern in nicht gespreizter Lage in perspektivischer Darstellung und

4 den Innenkern nach 3 in gespreizter Lage ohne umzuformendes Bauteil (Riemenscheibe).

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich beliebige rotationssymmetrische Bauteile herstellen, die in einem axial erstreckten Umfangsbereich eine Außenprofilierung und zusätzlich eine Innenprofilierung aufweisen sollen.

In 1 ist beispielhaft als Bauteil eine Riemenscheibe 1 dargestellt, welche einen axial erstreckten Umfangsbereich 2 aufweist sowie einen radial erstreckten Nabenbereich 3. Im Umfangsbereich 2 weist die Riemenscheibe 1 außenseitig eine Außenprofilierung, nämlich ein Poly-V-Profil 4, auf. Innenseitig ist darüber hinaus im Umfangsbereich 2 der Riemenscheibe 1 eine wulstartige umlaufende Innenprofilierung 5 vorgesehen, die beispielsweise dazu dienen kann, einen Gummiring zwischen dem Umfangsbereich 2 und einer separaten Nabe zu fixieren, wenn die Riemenscheibe 1 gleichzeitig als Schwingungsdämpfer dient.

In 2 ist eine alternative Ausführungsform eines Bauteiles dargestellt, wobei weitgehend dieselben Bezugszeichen wie in 1 verwandt sind. Im Unterschied zur Ausführungsform nach 1 ist die Innenprofilierung anders gestaltet, sie ist als randseitiger umlaufender Wasserfangring 5' ausgebildet.

Beiden Ausführungsformen einer Riemenscheibe 1 nach 1 und 2 ist gemein, dass die Innenprofilierung 5 bzw. 5' eine Hinterschneidung darstellt und allein durch Umformen deshalb nur schwierig herzustellen ist, beispielsweise durch exzentrische Werkzeuge, wie weiter oben ausgeführt.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass eine Riemenscheibe 1 aus einem Rohling aus Metall hergestellt wird, in welchem der auf beliebige Weise hergestellte Umfangsbereich 2 (z.B. durch Tiefziehen, Bordieren oder dergl.) außenseitig zur Herstellung des Poly-V-Profiles 4 in üblicher Weise mit Umformrollen als Umformwerkzeug bearbeitet wird, während als Gegenhalter für die außenseitig angreifenden Umformrollen eine Innenform verwendet wird, die als spreiz- oder auffaltbarer Innenkern ausgebildet ist.

Ein solcher spreiz- bzw. auffaltbarer Innenkern ist in den 3 und 4 beispielhaft dargestellt, und zwar als Bestandteil eines allgemein mit 6 bezeichneten Unterteiles eines ansonsten nicht dargestellten Umformwerkzeuges. Der spreizbare Innenkern des Unterwerkzeuges 6 ist dabei mit 7 bezeichnet.

Der Innenkern 7 ist nach Art eines Ringes ausgeführt, welcher aus einzelnen Segmenten 7a, 7b besteht, deren radial erstreckte Begrenzungsflächen 8 bzw. 9 keil- und/oder kulissenförmig ausgebildet sind, derart, dass sich, wie dies 4 zeigt, der Innenkern 7 in seine auf gespreizte Endlage dadurch bewegt, dass die inneren Segmente 7b radial nach außen gedrückt worden sind.

In nicht auf gespreizter Ruhelage (3) sind die Segmente 7a, 7b durch eine umlaufende Ringfeder 10 zusammengehalten, die Aufspreizung in die auf gespreizte Endlage gemäß 4 erfolgt entgegen der Kraft der Ringfeder 10. Die Aufspreizung selbst wird durch nicht im Einzelnen dargestellte geeignete Mittel bewirkt. Dabei wird der Innenkern vom nicht dargestellten Oberwerkzeug axial zusammengedrückt, wodurch die Segmente 7a und 7b radial nach außen bewegt werden.

Wie am besten aus 3 erkennbar, weist der Innenkern 6 wenigstens eine umlaufende Profilierung 11 auf, um z.B. den Wasserfangring 5' der Riemenscheibe nach 2 aufzunehmen bzw. zu schaffen.

Mit einem Werkzeugunterteil gemäß 3 und 4 ist der Verfahrensablauf der folgende:

Auf das Unterwerkzeug 6 mit nicht auf gespreiztem Innenkern 7 wird ein topfförmig vorgeformter, d.h. bereits eine axial erstreckte Umfangsfläche 2 aufweisender Rohling aus Metall aufgesetzt, wobei dieser vorgeformte Rohling bereits mit einer Innenprofilierung versehen sein kann, die sich in auf den Innenkern 7 aufgesetzter Lage im Bereich der Profilierung 11 des Innenkernes 7 befindet, d.h. in diese Profilierung 11 eingreifen kann. Anschließend wird das nicht dargestellte Oberwerkzeug geschlossen, d.h. gegen das Unterwerkzeug 6 gepresst und klemmt damit den Nabenbereich 3 der zu bildenden Riemenscheibe 1 ein. Im Zuge dessen wird der Innenkern 7 aufgespreizt (4). Mit nicht dargestellten radial zustellenden Umformwerkzeugen, vorzugsweise Drückrollen, wird anschließend in üblicher Weise die Außenprofilierung (Poly-V-Profil) 4 geschaffen, dabei wird gleichzeitig der Umfangsbereich 2 gegen den Innenkern 7 gedrückt.

Die Erzeugung der Innenprofilierung 5 zbw. 5' kann dabei in unterschiedlicher Weise realisiert werden. Grundsätzlich ist es möglich, dass der auf den Innenkern 7 aufzusetzende Rohling bereits in einem vorausgehenden Verfahrensschritt mit einer Innenprofilierung versehen worden ist, die dann von der Profilierung 11 des Innenkernes 7 lediglich aufgenommen wird. Es kann alternativ aber auch vorgesehen sein, dass dieser vorgeformte Rohling zunächst nur eine "unvollkommene" Innenprofilierung aufweist und diese durch Drücken des entsprechenden Umfangsbereiches durch die radial von außen angreifenden Umformwerkzeuge in die Profilierung 11 des Innenkernes 7 zu Ende profiliert wird. Ferner ist es möglich, einen topfförmigen Rohling zu verwenden, der noch gar keine Innenprofilierung aufweist, diese Innenprofilierung wird dann dadurch erreicht, dass beim Drückvorgang Material des Rohlinges in die Profilierung 11 fließt.

Nach Abschluss des gesamten Umformvorganges wird der Innenkern 7 von seiner gespreizten Lage (4) wieder in die Lage gemäß 3 gebracht. Dazu wird das nicht dargestellte Oberwerkzeug vom Unterwerkzeug 6 entfernt und z.B. nicht dargestellte axial angeordnete Federelemente drücken den Innenkern 7 wieder in seine Ausgangsstellung (3), wobei mit Hilfe der Ringfeder 10 die Segmente 7a, 7b wieder radial nach innen, (3) bewegt werden. Dadurch ist trotz der Hinterschneidung (Innenprofilierung 5, 5') der gebildeten Riemenscheibe eine Entnahme der Riemenscheibe 1 aus dem Unterwerkzeug 6 möglich, die so gebildete Riemenscheibe 1 wird von einem Ausstoßer 12 des Unterwerkzeuges 6 ausgestoßen.

Das Unterwerkzeug 6 mit spreizbarem Innenkern 7 kann grundsätzlich auch anders ausgebildet sein, so könnte darauf verzichtet werden, als Rohling einen vorgeformten topfförmigen Rohling zu verwenden, es könnte grundsätzlich auch eine Metallronde als Rohling eingesetzt werden, die durch Bordieren (DE 38 19 957 C1) umgeformt wird, wobei dann der Innenkern 7 entsprechend gestaltet sein müßte.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Bauteiles, insbesondere einer Riemenscheibe, bei welchem ein Rohling aus Metall in einem axial erstreckten Umfangsbereich mittels wenigstens eines radial außenseitig am Umfangsbereich angreifenden Umformwerkzeuges mit einer Außenprofilierung versehen und dabei innenseitig gegen eine Innenform gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Innenform ein spreiz- bzw. auffaltbarer Innenkern verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkern wenigstens eine umlaufende Profilierung aufweist und der Umfangsbereich von dem wenigstens einen Umformwerkzeug innenseitig unter Ausbildung einer Innenprofilierung gegen die wenigstens eine Profilierung des Innenkernes gedrückt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgeformter Rohling verwendet wird, der wenigstens eine Innenprofilierung aufweist.
  4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit einer Innenform, gegen den der axial erstreckte Umfangsbereich des Rohlinges drückbar ist, und mit wenigstens einem radial außenseitig am Umfangsbereich zur Erzeugung einer Außenprofilierung angreifbaren Umformwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenform als spreiz- bzw. auffaltbarer Innenkern (7) ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkern (7) wenigstens eine umlaufende Profilierung (11) aufweist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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