Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung metallischer nichtrotationssymmetrischer Ringe

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung metallischer nichtrotationssymmetrischer Ringe mit über den Umfang im Wesentlichen konstanter Wanddicke, insbesondere Nockenringe, mittels eines zwei Formbacken aufweisenden Formwerkzeuges, wobei die von der Rotationssymmetrie abweichende Form durch Eine Kaltumformung eines allseits mechanisch bearbeiteten Kreisringes hergestellt wird. Dazu sind in einem Rahmenbett zwei als flache Scheiben ausgebildete Formbacken (1, 2) einander gegenüberliegend geführt hin und her bewegbar (3) angeordnet und im Bereich zwischen den beiden Formbacken (1, 2) ist ein endloses, sich im Fertigungstakt und quer zu den Formbacken (1, 2) bewegendes Transportband (4), angeordnet, dessen Obertrum etwas unterhalb der beiden Formbacken (1, 2) verläuft.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung metallischer nichtrotationssymmetrischer Ringe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Aus der DE 101 34 776 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt. Bei diesem Verfahren werden von einem warmgefertigten Rohr gleich breite Rohringe abgetrennt und allseits mechanisch bearbeitet. Die von der Rotationssymmetrie abweichende Form wird durch eine Kaltumformung des Kreisringes hergestellt. Zur Durchführung der Kaltumformung wird ein zwei Formbacken aufweisendes Formwerkzeug verwendet, dessen Innenkontur der Fertigkontur des nichtrotationssymmetrischen Ringes angenähert ist. Einzelheiten der Kaltumformung und der dafür verwendeten Vorrichtung sind nicht beschrieben.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung metallischer nichtrotationssymmetrischer Ringe anzugeben, mit dem in einfacher Weise und mit hoher Taktrate die erforderliche Kaltumformung durchführbar ist.

[0004] Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

[0005] Nach der Lehre der Erfindung wird bei der vorgeschalteten mechanischen Bearbeitung der Kreisring auf beiden Seiten, innen und außen, mit kantenverkürzenden Formelementen, vorzugsweise Radien und/oder Fasen, versehen und im Takt der zwei, sich ständig schließenden und wieder öffnenden, Formbacken dem Bereich zwischen den beiden Formbacken zugeführt. Nach dem Schließen der beiden Formbacken verbleiben diese für einen kurzen Moment in der "Geschlossen"-Position und nach dem Öffnen wird der nunmehr nichtrotationssymmetrische Ring aus dem Bereich der beiden Formbacken entfernt.

[0006] Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass es ein einfaches Verfahren ist, und damit eine hohe Taktrate erzielt werden kann. Wie bekannt, neigen metallische, einer Kaltumformung unterworfene, Körper dazu nach Öffnen des Formwerkzeuges elastisch aufzuspringen. Dieser Effekt muss bei der Festlegung der Innenkontur der Formbacken berücksichtigt werden, um die Zielvorgabe der Fertigkontur für den nichtrotationssymmetrischen Ring innerhalb eines engen Toleranzfeldes fertigungssicher zu erreichen.

[0007] Zur Minderung dieses Effektes bleiben nach einem Merkmal dieser Erfindung die beiden Formbacken nach dem Schließen für einen kurzen Moment in der "Geschlossen"-Position. Dies hat die Wirkung, dass sich ein Teil, der bei der Kaltumformung verschobenen Kristallstrukturen, sozusagen "setzen" kann.

[0008] Vorzugsweise erfolgt die Kaltumformung in horizontaler Lage des Kreisringes. Dies erleichtert zum Einen die Zuführung und zum Anderen die Positionierung während der Kaltumformung.

[0009] Zur Minderung der Reibung zwischen den Innenkonturflächen der beiden Formbacken und der schmalen Mantelfläche des Kreisringes werden zumindest die Innenkonturftächen der beiden Formbacken laufend geschmiert.

[0010] Zur Durchführung der Kaltumformung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die aus einem Rahmenbett besteht, in dem die zwei als flache Scheiben ausgebildeten Formbacken einander gegenüberliegend geführt hin und her bewegbar angeordnet sind. Für die Positionierung des Kreisringes wird ein endloses, sich im Fertigungstakt und quer zu den Formbacken bewegendes Transportband angeordnet, dessen Obertrum etwas unterhalb der beiden Formbacken verläuft.

[0011] Um eine Beschädigung des Transportbandes durch die beiden sich bewegenden Formbakken auszuschließen, beträgt der Abstand zwischen der Unterseite der beiden Formbacken und der Oberseite des Transportbandes mindestens 0,05 mm.

[0012] Dabei macht man sich folgenden Umstand zunutze. Die Kaltumformung des Kreisringes führt im Bereich der stärksten Umformung, das ist immer der Bereich, wo die Abweichung von der ursprünglichen Kreisringform am größten ist, zu leichten Aufwerfungen im jeweiligen Kantenbereich der beiden Stirnflächen. Um diesen Effekt gering zu halten, wird der Kreisring bei der vorgeschalteten mechanischen Bearbeitung auf beiden Seiten, innen und außen, mit kantenverkürzenden Formelementen, vorzugsweise Radien und/oder Fasen, versehen. Der Betrag der Kantenverkürzung beträgt in Abhängigkeit von der Größe der Querschnittsfläche bis zu einem Millimeter. Die angearbeiteten Formelemente auf der Außenseite werden für den erforderlichen Abstand zwischen Formbacken und Transportband in der Weise genutzt, dass die Formbacke den auf dem Transportband ruhenden Kreisring an der Mantelfläche erfasst und die Erfassung aber erst im Abstand der Kantenverkürzung von der Auflageposition auf dem Transportband beginnt. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, dass für die Formgebung während der Kaltumformung im Kantenbereich des mechanisch bearbeiteten Ringes ein direkter Kontakt zur Formbacke nicht erforderlich ist.

[0013] Die Zuführung der Kreisringe zu den Formbacken erfolgt durch Mitnehmerstifte, die senkrecht auf dem Transportband, in Transportrichtung gesehen, im Abstand voneinander angeordnet sind.

[0014] In bekannter Weise ist eine Vereinzelungsanlage dem Formwerkzeug vorgeschaltet. Diese besteht aus einer oben offenen, langsam rotierenden Trommel, die auf der Innenseite mit einem Schneckengang und einem Abweiser versehen ist. Von der Vereinzelungsstelle rutscht der Kreisring über einen Käfiggang, dessen Auslauf oberhalb des jeweiligen Mitnehmerstiftes mündet. Durch einfache sich im Takt bewegende Stopperstifte wird dafür gesorgt, dass am Ende des Käfigganges jeweils nur ein Ring positioniert wird, der anschließend taktweise den Mitnehmerstift umfassend auf das Transportband fällt.

[0015] Durch die taktweise Bewegung des Transportbandes wird der Kreisring dem Formwerkzeug zugeführt. Nach Beendigung der Kaltumformung und Öffnen der Formbacken fasst der Mitnehmerstift den nichtrotationssymmetrischen Ring und wirft diesen an der Umlenkstelle des Transportbandes ab.

[0016] Zur Sicherstellung der lagegenauen Positionierung der beiden aufeinander zulaufenden Formbacken sind beide Formbacken mit Zentriermitteln versehen. Vorzugsweise sind auf der Stirnfläche der einen Formbacke zwei dreieckige Spitzen angeordnet, die in entsprechend komplementär dazu ausgebildete Ausnehmungen in der anderen Formbacke eingreifen. Die Schenkel der Spitzen bzw. die Schenkel der Ausnehmungen übernehmen dabei die Zentrierfunkfion.

[0017] Eingangs ist bereits auf den Effekt der Bildung von Aufwerfungen im Kantenbereich des kalt umgeformten Ringes hingewiesen worden. Diese Aufwerfungen kann man verkleinern, wenn man dem Formwerkzeug eine Presse mit einem ebenen Ober- und Unterstempel nachschaltet.

[0018] Zwischen beide Stempel wird der nichtrotationssymmetrische Ring flach eingelegt und dann gepresst. Eine solche Presse kann dem Formwerkzeug nachgeschaltet oder integraler Bestandteil einer gemeinsamen Umformeinrichtung sein.

[0019] Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass es alternativ zum Pressen auch möglich ist, nach der End-Wärmebehandlung der Ringe die Aufwerfungen teilweise oder ganz wegzuschleifen.

[0020] Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.

[0021] Es zeigen:

Figur 1

eine Längsansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung,

Figur 2

eine Draufsicht von Figur 1,

Figur 3

einen Schnitt entlang A - A in Figur 2,

Figur 4, 5

das Detail A in vergrößertem Maßstab,

Figur 6

eine Vorderansicht eines Nockenringes.

[0022] In Figur 1 und 2 sind in einer Längs- und Draufsicht eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung dargestellt. Sie besteht aus zwei im Takt hin- und hergehenden Formbacken 1, 2, deren Innenkontur in etwa der Fertigkontur des herzustellenden nichtrotationssymmetrischen Ringes entspricht. Die Hin- und Her-Bewegung der Formbacken 1, 2 ist durch einen Doppelpfeil 3 gekennzeichnet. Unterhalb der Formbacken 1, 2 ist quer dazu ein endloses Transportband 4 angeordnet, das in beiden Endbereichen durch je eine Rolle 5, 6 umgelenkt wird. Auf der Oberseite des Transportbandes 4 sind in Längsrichtung gesehen etwa in der Mitte im Abstand voneinander Mitnehmerstifte 7 angeordnet.

[0023] Am hier rechtsseitigen Ende ist stark vereinfacht eine Zuführeinrichtung 8 vorgesehen, um die allseits mechanisch bearbeiteten Ringe 9 vereinzelt auf das Transportband 4 aufgeben zu können. Die Richtung der Bewegung des Transportbandes 4 ist durch einen Pfeil 10 gekennzeichnet.

[0024] Das Verfahren der Kaltumformung läuft in der Weise ab, dass im Takt mittels der Zuführeinrichtung 8 jeweils ein mechanisch bearbeiteter Ring 9 auf das Transportband 4 aufgegeben wird und zwar so, dass ein Mitnehmerstift 7 in die Öffnung des am Ende der Zuführeinrichtung 8 liegenden Ringes 9 eintaucht und diesen mitnimmt. Durch die Bewegung des Transportbandes 4 wird mittels des jeweiligen Mitnehmerstiftes 7 der jeweilige Ring 9 in den Bereich der beiden sich im Takt hin und her bewegenden Formbacken 1, 2 transportiert.

[0025] Figur 2 zeigt die lagegerechte Positionierung eines Ringes 9 zwischen den beiden hier geöffneten Formbacken 1, 2. Im nächsten Moment schließen die beiden Formbacken 1, 2 und formen den bislang kreisförmigen Ring 9 in einen nichtrotationssymmetrischen Ring, hier in Form eines Nocken 11, kalt um.

[0026] Bevor die Formbacken 1, 2 sich wieder öffnen, verharrt der Nocken 11 in der Zwangsposition, um das elastische Aufspringen zu regulieren.

[0027] Nach dem Öffnen der Formbacken 1, 2 wird der Nocken 11 taktweise weiter transportiert bis er am Ende des Transportbandes 4 in einen Behälter 12 abgeworfen wird.

[0028] In den Figuren 3 - 5 ist dargestellt, wie ein Kontakt zwischen dem sich bewegenden Transportband 4 und den hin- und hergehenden Formbacken 1, 2 vermieden wird.

[0029] Während der umzuformende Ring 9 platt auf der Oberseite des Transportbandes 4 aufliegt, gleitet die Unterseite der jeweils hin- und hergehenden Formbacken 2 in einem Abstand 13 über das Transportband 4 hinweg.

[0030] Voraussetzung dafür ist, dass gemäß der Darstellung in Figur 5 der mechanisch bearbeitete Ring 9 auf beiden Seiten, innen und außen, mit kantenverkürzenden Formelementen 14, insbesondere Radien und/oder Fasen, versehen ist. Dadurch liegt die jeweilige Formbacke 2 nur an der Mantelfläche des Ringes 9 an und es verbleibt der notwendige Abstand 13 zwischen Oberseite Transportband 4 und Unterseite Formbacke 2.

[0031] In Figur 6 sind in einer Vorderansicht des Nockenringes 11 diejenigen Stellen markiert, an denen Aufwerfungen 15 entstehen können. Diese treten insbesondere in den Bereichen auf, die die stärkste Umformung von rund in fast gerade erfahren. Das Ausmaß der möglichen Aufwerfungen ist abhängig vom Fließverhalten des Werkstoffes, vom Grad der Umformung und von der Materialdicke. Die Aufwerfungen können vermindert werden durch nachfolgendes Kaltpressen zwischen zwei flachen Werkzeugbacken oder durch mechanische Bearbeitung, insbesondere Schleifen, beseitigt werden.

Bezugszeichenliste

[0032] 

Nr.	Bezeichnung
1	Formbacke
2	Formbacke
3	Bewegungsrichtung Formbacke
4	Transportband
5	Umlenkrolle
6	Umlenkrolle
7	Mitnehmerstift
8	Zuführeinrichtung
9	mechanisch bearbeiteter Ring
10	Richtung des Transportbandes
11	Nockenring
12	Behälter
13	Abstand
14	kantenverkürzendes Formelement
15	Aufwerfung

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung metallischer nichtrotationssymmetrischer Ringe mit über den Umfang im Wesentlichen konstanter Wanddicke, insbesondere Nockenringe aus zuvor hergestellten Kreisringen, mittels eines zwei Formbacken aufweisenden Formwerkzeuges, wobei die von der Rotationssymmetrie abweichende Form des Ringes durch eine Kaltumformung eines zuvor allseits mechanisch bearbeiteten Kreisringes hergestellt wird
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der vorgeschalteten mechanischen Bearbeitung der Kreisring auf beiden Seiten, innen und außen, mit kantenverkürzenden Formelementen versehen und im Takt der zwei sich ständig schließenden und wieder öffnenden Formbacken der Kreisring dem Bereich zwischen den beiden Formbacken zugeführt und nach dem Schließen die Formbacken für einen kurzen Moment in der "Geschlossen"-Position verbleiben und nach dem Öffnen der nichtrotationssymmetrische Ring aus dem Bereich der beiden Formbacken entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kaltumformung des Kreisringes in horizontaler Lage des Kreisringes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die Innenkonturfläche der beiden Formbacken laufend geschmiert werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem zwei Formbacken aufweisenden Formwerkzeug, dessen Innenkontur der Fertigkontur des nichtrotationssymmetrischen Ringes angenähert ist
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Rahmenbett die zwei als flache Scheiben ausgebildeten Formbacken (1, 2) einander gegenüberliegend geführt hin und her bewegbar (3) angeordnet sind und im Bereich zwischen den beiden Formbacken (1, 2) ein endloses, sich im Fertigungstakt und quer zu den Formbacken (1, 2) bewegendes Transportband (4), angeordnet ist, dessen Obertrum unmittelbar unterhalb der beiden Formbacken (1, 2) verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand (13) zwischen der Unterseite der beiden Formbacken (1, 2) und der Oberseite des Transportbandes (4) mindestens 0,05 mm beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5
dadurch gekennzeichnet,
dass auf dem Transportband (4) in der Mitte, in Längsrichtung gesehen, im Abstand voneinander senkrecht stehende Mitnehmerstifte (7) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden einander gegenüberliegenden Stimflächen der beiden Formbacken (1, 2) mit je zwei Zentrierelementen versehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Formbacke (2) das Zentriermittel als eine dreiecksartige Spitze ausgebildet und auf der anderen Formbacke (1) eine komplementär dazu ausgebildete Ausnehmung angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Formwerkzeug eine Presse nachgeschaltet ist, die einen Ober- und Unterstempel aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 9
dadurch gekennzeichnet,
dass Formwerkzeug und Presse in einer gemeinsamen Umformeinrichtung integriert sind.

Zeichnung