[0001] Die Erfindung betrifft einen Werkstückrohling zur Weiterverarbeitung in einem Volumenveränderungsprozess
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit einem Volumenveränderungsprozess.
[0002] Bei der Herstellung von Werkstücken, die als Einzel-Losgröße oder in kleinen Stückzahlen
ausgehend von einem Werkstückrohling unter Zwischenschaltung eines Volumenveränderungsprozesses,
beispielsweise einer thermischen oder chemischen Behandlung, die zu einer Volumenveränderung
des Nutzteils führt, hergestellt werden sollen, ist es gemäß einem dem Anmelder bekannten,
druckschriftlich nicht niedergelegten Stand der Technik bekannt, zunächst einen Werkstückrohling,
beispielsweise aus einem metallischen oder keramischen Pulver und ggf. einem zusätzlichen
Bindemittel, herzustellen. Dieser Werkstückrohling wird anschließend vor der Durchführung
eines Volumenveränderungsprozesses in einem spanenden Bearbeitungsprozess, insbesondere
in einem Fräsprozess, zumindest bereichsweise zur Erzeugung wenigstens eines Nutzteils
möglichst weitgehend bearbeitet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei der nachfolgenden
Durchführung des Volumenveränderungsprozesses in Abhängigkeit vom gewählten Verfahren,
insbesondere durch Quellung, eine Volumenvergrößerung, durch Verzug bei zumindest
im Wesentlichen gleichem Volumen eine Gestaltveränderung oder durch Schwindung eine
Volumenverkleinerung des Werkstückrohlings auftritt. Aufgrund dieser Volumenveränderung
müssen der oder die aus dem Werkstückrohling herausgearbeiteten Nutzteile, die vor
der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses als Nutzteilrohlinge mit Hilfe des
gestaltverändernden, insbesondere spanenden, Fertigungsverfahrens hergestellt werden,
ein Unter- oder Übermaß aufweisen, das die anschließend auftretende Volumenveränderung
berücksichtigt und gleichzeitig so gewählt ist, dass nach der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses
nur noch eine geringfügige Oberflächenbearbeitung der entstandenen Nutzteile notwendig
ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn durch den Volumenveränderungsprozess erzeugten
Nutzteile verglichen mit den Nutzteilrohlingen vor der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses
eine deutlich höhere Härte aufweisen, die eine Werkstückbearbeitung mit geometrisch
bestimmter Schneide, beispielsweise in einem Fräsvorgang, nur in Ausnahmefällen zulässt.
Dementsprechend ist es für eine kostengünstige und präzise Herstellung von Nutzteilen
von Interesse, den Umfang der Fertigbearbeitung der Nutzteile nach dem Volumenveränderungsprozess
möglichst gering zu halten.
[0003] Daraus resultiert die Aufgabe, einen Werkstückrohling und ein Verfahren zur Herstellung
eines Nutzteils bereitzustellen, bei denen die Nacharbeiten am Nutzteil nach der Durchführung
des Volumenveränderungsprozesses reduziert werden können.
[0004] Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt mit einem Werkstückrohling
gelöst, der zur Weiterverarbeitung in einem Volumenveränderungsprozess vorgesehen
ist und der einen Grundkörper umfasst, der einen außenliegenden Einspannabschnitt
zur Aufnahme in einer Einspannvorrichtung einer Bearbeitungsmaschine und einen einstückig
mit dem Einspannabschnitt ausgebildeten, innenliegenden Nutzteilabschnitt zur Ausformung
wenigstens eines Nutzteils in einem gestaltverändernden, insbesondere spanenden, Herstellungsverfahren
mittels einer Bearbeitungsmaschine umfasst, wobei am Einspannabschnitt, insbesondere
an einer Außenoberfläche des Einspannabschnittes, wenigstens eine auf das wenigstens
eine Nutzteil bezogene und im gleichen gestaltverändernden, insbesondere spanenden
Herstellungsverfahren wie das Nutzteil hergestellte Referenzgeometrie ausgebildet
ist, die für eine lagerichtige Orientierung des wenigstens einen Nutzteils nach Durchführung
eines Volumenveränderungsprozesses ausgebildet ist.
[0005] Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, die Referenzgeometrie vor, während oder nach
dem Bearbeitungsvorgang zu erzeugen, mit dem auch die Bearbeitung des Nutzteils vor
der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses durchgeführt wird. Bei dem Bearbeitungsvorgang
handelt es sich um eine gestaltverändernde Bearbeitung, insbesondere um einen spanenden
Abtragvorgang oder um einen Abtragvorgang, beispielsweise mittels Laser- oder Elektronenstrahlverdampfung,
oder um einen Auftragvorgang, beispielsweise mittels eines Laseraufschmelzverfahrens.
Vorzugsweise findet die Herstellung der Referenzgeometrie in der gleichen Aufspannung
in der Einspannvorrichtung der Bearbeitungsmaschine statt, die auch zur Bearbeitung
des Nutzteils eingesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Referenzgeometrie
in unmittelbarer zeitlicher Abfolge vor der oder nach der Herstellung des Nutzteils
erzeugt wird, um dadurch Einflüsse wie beispielsweise Temperaturschwankungen an der
Bearbeitungsmaschine möglichst weitgehend auszuschließen. Dementsprechend ist eine
räumliche Lage des Nutzteils gegenüber der Referenzgeometrie ausschließlich durch
die Genauigkeit der eingesetzten Bearbeitungsmaschine bestimmt. Hierdurch kann ein
Vorteil gegenüber Vorgehensweisen erzielt werden, bei denen die Referenzgeometrie
beispielsweise von vorne herein an den Grundkörper angeformt wird und zunächst eine
Vermessung der Referenzgeometrie bei der Einspannung in die Einspannvorrichtung der
Bearbeitungsmaschine vorgenommen wird. In einem derartigen Fall addieren sich die
Ungenauigkeiten des Messverfahrens mit den Ungenauigkeiten der Bearbeitungsmaschine.
Eine Anordnung der Referenzgeometrie, bei der es sich beispielsweise um eine oder
mehrere Ausnehmungen am Einspannabschnitt des Grundkörpers handeln kann, wird in Abhängigkeit
von den Eigenschaften des Werkstückrohlings gewählt.
[0006] Wenn beispielsweise davon ausgegangen werden kann, dass der Werkstückrohling während
der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses eine in allen Raumrichtungen gleichförmige
Volumenänderung, insbesondere eine gleichförmige Schwindung (isotrope Schwindung)
aufweist, kann eine punktsymmetrische oder spiegelsymmetrische Anordnung einzelner
Ausnehmungen der Referenzgeometrie vorgesehen werden.
[0007] Sollte der Werkstückrohling aufgrund seiner Werkstoffzusammensetzung und/oder des
ausgewählten Volumenveränderungsprozesses eine anisotrope oder in unterschiedlichen
Raumrichtungen ungleichförmige Volumenänderung, insbesondere eine ungleichförmige
Schwindung aufweisen, können Ausnehmungen der Referenzgeometrie vorzugsweise in denjenigen
Raumrichtungen zueinander angeordnet werden, in denen eine möglichst geringe Volumenänderung
während des Volumenveränderungsprozesses auftritt.
[0008] Nach der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses dient die Referenzgeometrie
dazu, den Werkstückrohling in einer weiteren Einspannvorrichtung aufzunehmen, die
Eingriffsmittel für einen Eingriff in die Referenzgeometrie aufweist und für eine
lagerichtige Orientierung des wenigstens einen Nutzteils sorgt. Dabei kann die Positionierung
des wenigstens einen Nutzteils gegenüber der Referenzgeometrie in vorteilhafter Weise
und mit hoher Genauigkeit nachvollzogen werden, dementsprechend ist nur ein geringes
Unter- oder Übermaß für die Nutzteile erforderlich, da die Nutzteile exakt positioniert
sind und präzise mit den Bearbeitungswerkzeugen angefahren werden können. Somit müssen
bei der nachfolgenden Fertigbearbeitung des Nutzteils nur noch geringe Oberflächenabtragungen,
insbesondere durch Schleifen, Verdampfen mittels Laser, Erodieren, etc., vorgenommen
werden.
[0009] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0010] Zweckmäßig ist es, wenn der Grundkörper eine zylindrische, insbesondere kreiszylindrische,
Gestalt aufweist und wenn der Einspannabschnitt ringförmig ausgebildet ist und einen,
insbesondere zumindest im Wesentlichen kreisförmigen, Nutzteilabschnitt umgibt. Eine
zylindrische Gestaltung des Grundkörpers liegt vor, wenn sich ein beliebiges Querschnittsprofil
längs einer Extrusionsgeraden erstreckt. Dabei kann das Profil an die Gestalt des
Nutzteils angepasst sein, insbesondere geometrisch ähnlich zu einem Querschnitt des
Nutzteils gewählt werden. Die Ausgestaltung des Grundkörpers mit einer kreiszylindrischen
Gestaltung ist dann von Vorteil, wenn von einer isotropen Volumenveränderung, insbesondere
einer isotropen Schwindung, des Werkstückrohlings während der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses
ausgegangen wird. Durch die gleichmäßige Volumenänderung des Werkstückrohlings in
allen Raumrichtungen, wie sie beim isotropen Volumenänderungsvorgang zugrundegelegt
wird, findet bei Verwendung einer kreiszylindrischen Gestaltung des Grundkörpers keine
geometrische Verzerrung statt, wie sie bei Grundkörpern mit anders gewählter geometrischer
Gestaltung auftreten könnte. Bevorzugt weist der vor der Einspannung in die Einspannvorrichtung
der Bearbeitungsmaschine vorzugsweise ebene, quer zu einer Kreismittelachse des Grundkörpers
ausgerichtete Stirnflächen auf. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Werkstückrohlings
kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper vor der Aufnahme in die Einspannvorrichtung
einen ausgeformten Nutzteilabschnitt aufweist, der vorzugsweise zueinander parallele
und quer zur Rotationsachse des zylindrischen Grundkörpers ausgerichtete Oberflächen
aufweist. Von diesen Oberflächen ragen bereichsweise Rohgeometrien ab, die für die
nachfolgende gestaltverändernde Bearbeitung von Nutzteilen dienen. Exemplarisch kann
vorgesehen sein, dass der Werkstückrohling als Nutzen für mehrere Nutzteile ausgebildet
ist und dementsprechend im Bereich des Nutzteilabschnitts mehrere von den ebenen Stirnflächen
abragende Vorsprünge vorgesehen sind, die anschließend mit dem spanenden Herstellungsverfahren
zu den Nutzteilen geformt werden. Vorteilhaft ist es ferner, wenn der Nutzteilabschnitt
zumindest im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist, da auch hier unter der Voraussetzung
eines isotropen Volumenänderung des Werkstückrohlings während des Volumenveränderungsprozesses
eine Verzerrung der im Rahmen des Pressvorgangs ausgebildeten Vorsprünge und der daraus
geformten Nutzteile zumindest nahezu vollständig vermieden werden kann.
[0011] Alternativ kann vorgesehen werden, eine Außengeometrie des Grundkörpers an eine Geometrie
des herzustellenden Nutzteils anzupassen, um eine besonders kompakte Gestaltung des
Grundkörpers zu ermöglichen.
[0012] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die am Einspannabschnitt
ausgebildete Referenzgeometrie als Anordnung von mehreren, insbesondere genau drei,
Vertiefungen ausgebildet ist. Vorzugsweise sind diese Vertiefungen bezogen auf eine
Mittelachse des zylindrischen Grundkörpers kreisförmig umlaufend in gleicher Winkelteilung
und im gleichen radialen Abstand zur Mittelachse angeordnet, so dass bei der Fertigbearbeitung
des oder der Nutzteile nach der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses eine
präzise Einspannung des aus dem Werkstückrohling durch den Volumenveränderungsprozesses
hervorgegangenen Werkstücks erreicht werden kann.
[0013] Vorteilhaft ist es, wenn die Vertiefungen keilförmig in radialer Richtung nach innen
verjüngt ausgebildet sind, da hierdurch unabhängig von der Volumenveränderung mit
Hilfe von beispielsweise walzenförmigen Greifmitteln, die in die Vertiefungen eingreifen,
eine vorteilhafte Zentrierung des Einspannabschnitts erreicht werden kann. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Vertiefungen jeweils spiegelsymmetrisch zu Spiegelebenen
ausgebildet sind, wobei die Spiegelebenen der Vertiefungen längs einer gemeinsamen
Schnittlinie schneiden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn genau drei Vertiefungen für
die Einspannung des Werkstückrohlings genutzt werden, da hierdurch eine statische
Überbestimmung beim Einspannen vermieden wird.
[0014] Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt mit einem Verfahren
zur Herstellung eines Werkstücks gelöst. Dieses Verfahren umfasst die Schritte: Herstellen
eines Werkstückrohlings, Einspannen des Werkstückrohlings in eine Bearbeitungsmaschine
und gestaltverändernde Herstellung wenigstens eines Nutzteils in einem Nutzteilabschnitt
des Werkstückrohlings sowie gestaltverändernde Herstellung einer auf das Nutzteil
bezogenen Referenzgeometrie an einem den Nutzteilabschnitt umgebenden Einspannabschnitt,
Durchführen eines Volumenveränderungsprozesses für den Werkstückrohling zur Erzeugung
eines Werkstücks, Einspannen des Werkstücks unter Verwendung der Referenzgeometrie
und Fertigbearbeitung des wenigstens einen Nutzteils. Aufgrund der Herstellung des
oder der Nutzteile und der Referenzgeometrie in der gleichen Einspannung mit der gleichen
Bearbeitungsmaschine hängen Lagetoleranzen zwischen dem wenigstens einen Nutzteil
und der Referenzgeometrie nur von der Genauigkeit der Bearbeitungsmaschine ab, wodurch
ein enger Toleranzbereich eingehalten werden kann.
[0015] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Bearbeitung
des Nutzteils vor der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses einen Fräsvorgang
umfasst, bei dem eine Rohteilgeometrie des Nutzteils mit einem Untermaß oder Übermaß
gegenüber einer Fertigteilgeometrie erzeugt wird, wobei das Untermaß oder Übermaß
eine Volumenveränderung des Nutzteils während des Volumenveränderungsprozesses berücksichtigt.
Bei der Volumenveränderung des Nutzteils kann es sich in Abhängigkeit von der Materialauswahl
für den Werkstückrohling sowie in Abhängigkeit vom Volumenveränderungsprozess um eine
isotrope oder anisotrope Volumenänderung handeln. Dementsprechend muss in Kenntnis
des Volumenänderungsverhaltens des Werkstückrohlings während des Volumenveränderungsprozesses
und der Geometrie der Nutzteile durch Simulation und/oder empirische Betrachtung das
Untermaß oder Übermaß für die Rohteilgeometrie des Nutzteils ermittelt werden. Aufgrund
des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dadurch erzielten präzisen Ausrichtung zwischen
dem wenigstens einen Nutzteil und der Referenzgeometrie kann das Übermaß gering gehalten
werden, wodurch die Nacharbeit am Nutzteil möglichst gering gehalten werden kann.
[0016] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass für die
Durchführung des Fräsvorgangs wenigstens ein Profilfräser eingesetzt wird, dessen
Profilierung einer angestrebten Oberfläche des Nutzteils unter Berücksichtigung der
Volumenveränderung entspricht. Mit Hilfe eines Profilfräsers kann ein Oberflächenabschnitt
des Nutzteils, der eine gekrümmte, insbesondere eine zweidimensional gekrümmte, Oberfläche
aufweist, spanend hergestellt werden, ohne hierzu die Oberfläche in mehrere Unterabschnitte
unterteilen zu müssen, die dann im Zuge mehrerer, nebeneinanderliegender Fräsbahnen
hergestellt wird. In vorteilhafter Weise kann ein Profilfräser zur Herstellung von
Oberflächenabschnitten des Nutzteils eingesetzt werden, wobei ein Abfahren des Oberflächenabschnitts
entlang einer einzigen Fräsbahn ausreichend ist. Bei einer Herstellung eines solchen
Oberflächenabschnittes mit einem zylindrischen Fräser oder mit einem Kugelfräser kann
die gewünschte Oberflächengeometrie nur in mehreren, insbesondere parallelen, Fräsbahnen
erzeugt werden.
[0017] In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass für die Fertigbearbeitung
des wenigstens einen Nutzteils ein Schleifvorgang wenigstens einer Oberfläche des
Nutzteils durchgeführt wird.
[0018] In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass vor der Durchführung
der Fertigbearbeitung des wenigstens einen Nutzteils eine Vermessung der Orientierung
und/oder der Geometrie des wenigstens einen Nutzteils und/oder der Orientierung der
Referenzgeometrie auf einer zur Durchführung der Fertigbearbeitung vorgesehenen Bearbeitungsmaschine
sowie eine Ausrichtung des Nutzteils auf der Bearbeitungsmaschine in Abhängigkeit
der ermittelten Messergebnisse erfolgt. Insbesondere kann hierdurch ein Vergleich
zwischen der erwarteten Volumenveränderung des Werkstückrohlings nach der Durchführung
des Volumenveränderungsprozesses mit einer tatsächlichen Volumenveränderung des Werkstückrohlings
verglichen werden. Anschließend kann wahlweise durch Verwendung geeigneter Berechnungsalgorithmen
auf die Position und die notwendigen Nachbearbeitungsschritte für die Fertigstellung
des Nutzteils geschlossen werden oder bei Vorliegen geeigneter Messtechnik kann der
Werkstückrohling hinsichtlich seiner Lage und/oder Geometrie unmittelbar ermittelt
werden. Anschließend ist eine manuelle oder automatisierte Ausrichtung des Nutzteils
auf der Bearbeitungsmaschine in Abhängigkeit der ermittelten Messergebnisse vorgesehen,
um die abschließende Fertigbearbeitung des Nutzteils zur Fertigstellung mit Hilfe
eines abtragenden Verfahrens, insbesondere eines Schleifvorgangs, durchführen zu können.
[0019] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Herstellung des
Nutzteils und der auf den Nutzteil bezogenen Referenzgeometrie in der gleichen Aufspannung
für den Werkstückrohling und in unmittelbarer zeitlicher Abfolge vorgenommen wird.
Hierdurch wird erreicht, dass einzig die Ungenauigkeit der Bearbeitungsmaschine, die
zur Herstellung des Nutzteils und der Referenzgeometrie herangezogen wird, in die
Lagetoleranzen zwischen Nutzteil und Referenzgeometrie einfließt. Dementsprechend
kann in vorteilhafter Weise eine hochpräzise Anordnung des wenigstens einen Nutzteils
gegenüber der Referenzgeometrie erzielt werden.
[0020] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Hierbei zeigt:
- Figur 1
- eine Vorderansicht auf einen Werkstückrohling, der einen Einspannabschnitt, einen
Nutzteilabschnitt und ein zentrisch im Nutzteilabschnitt angeordnetes Nutzteil sowie
eine Referenzgeometrie umfasst,
- Figur 2
- eine Seitenansicht von rechts auf den Werkstückrohling gemäß der Figur 1,
- Figur 3
- eine Schnittdarstellung des Werkstückrohlings gemäß der Figur 1,
- Figur 4
- eine schematische Schnittdarstellung des Nutzteils mit einer gestrichelt eingezeichneten
Kontur des angestrebten Fertigteils und
- Figur 5
- einen Profilfräser zur Herstellung des in der Figur 4 dargestellten Nutzteils.
[0021] Ein in den Figuren 1 bis 3 dargestellter Werkstückrohling 1 dient zur Herstellung
eines in der Figur 4 schematisch dargestellten Nutzteils 4, das durch eine gestaltverändernde,
insbesondere spanende, Bearbeitung, einen nachfolgenden Volumenveränderungsprozesses
und eine gestaltverändernde, insbesondere spanende, Nachbearbeitung zu dem in der
Figur 4 gestrichelt dargestellten Werkstück 14 geformt werden soll. Exemplarisch ist
der Werkstückrohling 1 als Pulverpressteil aus einem metallischen Pulver oder einem
keramischen Pulver oder einem Kunststoffpulver oder einem Compositepulver hergestellt
und wurde durch Verwendung einer nicht näher dargestellten Bearbeitungsmaschine, die
eine ebenfalls nicht dargestellte Einspannvorrichtung zur zeitweiligen Aufnahme des
Werkstückrohlings 1 umfasst, gestaltverändernd, beispielsweise spanend, bearbeitet.
[0022] Exemplarisch kann ferner vorgesehen sein, dass der Werkstückrohling 1 vor der Durchführung
der gestaltverändernden Bearbeitung bereits während des vorgelagerten Pressvorgangs
derart geformt wird, dass er einen radial außenliegenden Einspannabschnitt 2 sowie
einen vom Einspannabschnitt 2 zirkular umgebenen Nutzteilabschnitt 3 umfasst. An dem
Nutzteilabschnitt 3 ist entsprechend der Darstellung der Figuren 1 und 3 ein fertig
bearbeitetes Nutzteil 4 ausgebildet, das aus einem nicht näher dargestellten Vorsprung
des Nutzteilabschnitts 3 geformt wurde.
[0023] Der Einspannabschnitt 2 ist beispielhaft ringförmig ausgebildet und weist an einer
radial außenliegenden Außenoberfläche 8 mehrere Ausnehmungen 9 auf, die vorzugsweise
in gleicher Winkelteilung bezogen auf eine Symmetrieachse 10 des Werkstückrohlings
1 angeordnet sind und die eine Referenzgeometrie 11 bilden. Diese Referenzgeometrie
11 wird zusammen mit dem Nutzteil 4 auf der nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine
in einem, vorzugsweise einzigen, Bearbeitungsvorgang hergestellt, so dass eine Positionstoleranz
des Nutzteils 4 gegenüber den Ausnehmungen 9 ausschließlich von einer Bearbeitungsgenauigkeit
der nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine abhängig ist. Beispielhaft sind die Vertiefungen
9 keilförmig in radialer Richtung nach innen verjüngt ausgebildet, wodurch bei einem
Eingriff von walzenförmigen Greifelementen 13 einer ansonsten nicht näher dargestellten
Greifeinrichtung eine selbsttätige Zentrierung des Einspannabschnitts 2 relativ zu
den Greifelementen 13 erfolgt. Vorzugsweise werden für diesen Greifvorgang genau drei,
insbesondere in einer Winkelteilung von 120 Grad angeordnete, Vertiefungen 9 genutzt,
während die weiteren drei Vertiefungen 16 beispielsweise zum Eingriff eines nicht
näher dargestellten Transportwerkzeugs vorgesehen sind. Somit kann der Werkstückrohling
1 von einer ersten nicht dargestellten Greifeinrichtung, die in genau drei der Vertiefungen
9 eingreift, in eine zweite, nicht dargestellte Greifeinrichtung transportiert werden,
bei der ebenfalls ein Eingriff in die genau drei Vertiefungen 9 erfolgt. Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass ein nicht dargestelltes Transportwerkzeug in die übrigen randseitigen
Vertiefungen 16 eingreift, die somit als Transportvertiefungen dienen. Besonders bevorzugt
werden die Vertiefungen 16 auf der nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine in dem
gleichen Bearbeitungsvorgang hergestellt wie die Vertiefungen 9.
[0024] Exemplarisch ist der Nutzteilabschnitt 3 im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet
und geht in einstückiger Weise in einem radial außenliegenden Bereich direkt in den
Einspannabschnitt 2 über. Vorzugsweise umfasst der Nutzteilabschnitt 3 zwei parallel
zueinander und quer zur Symmetrieachse 10 ausgerichtete Oberflächen 12, 15.
[0025] Exemplarisch sind in einem radial außenliegenden Bereich des Nutzteilabschnitts 3
spiegelsymmetrisch zueinander angeordnete Aufnahmebohrungen 18 ausgebildet, die ebenfalls
als Bestandteil der Referenzgeometrie 11 angesehen werden können. Diese Aufnahmebohrungen
18 werden zusammen mit der Bearbeitung des Nutzteils 4 und der Ausnehmungen 9 in der
gleichen Aufspannung des Werkstückrohlings 1 auf der nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine
erzeugt. Die Aufnahmebohrungen 18 dienen nach dem Volumenveränderungsprozess für eine
Aufnahme des dann auch als Werkstück bezeichneten Werkstückrohlings 1 an einer mit
entsprechenden Passstiften ausgerüsteten, ebenfalls nicht dargestellten Einspannvorrichtung,
um eine Erstausrichtung des Werkstückrohlings 1 vor einer endgültigen Einspannung
anhand der ebenfalls zur Referenzgeometrie 11 gehörigen Ausnehmungen 9 zu ermöglichen.
Beispielsweise kann nach einer Aufnahme des volumenveränderten Werkstückrohlings 1
auf den nicht dargestellten Passstiften mittels der Aufnahmebohrungen 18 zunächst
eine Vermessung der Orientierung und/oder Ausdehnung des Nutzteils 4 und ggf. der
Positionierung der Ausnehmungen 9 gegenüber dem Nutzteil 4 vorgenommen werden, um
für die abschließende Bearbeitung des Nutzteils 4 die korrekte Ausrichtung des Werkstückrohlings
1 vornehmen zu können.
[0026] Vor der Durchführung des Volumenveränderungsprozesses kann exemplarisch vorgesehen
sein, das Nutzteil 4 mit Hilfe des in Figur 5 dargestellten Profilfräsers 19 in die
Geometrie zu bringen, wie sie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Dabei ermöglicht
es der Profilfräser 19, die rotationssymmetrische Außengeometrie des Nutzteils 4 durch
eine Kombination einer Rotationsbewegung des Profilfräsers 19 um seine Symmetrieachse
20 sowie eine weitere Rotation des Profilfräsers 19 auf einer Kreisbahn um die Symmetrieachse
10 des Nutzteils 4 zu erzeugen, ohne dass dabei die Oberflächenbearbeitung für den
Nutzteil 4 wie bei einem sogenannten Abzeilverfahren in mehrere Fräsbahnen unterteilt
werden muss.
[0027] Bei der schematischen Darstellung gemäß der Figur 4 ist beispielhaft erkennbar, dass
das Nutzteil 4 durch den Volumenveränderungsprozesses eine isotrope, also in alle
Raumrichtungen prozentual gleiche Volumenveränderung, vorliegend eine Volumenreduzierung
oder Schwindung, erfährt. Dadurch ergibt sich längs der Symmetrieachse 10 aufgrund
der in dieser Raumrichtung größten Ausdehnung des Nutzteils 4 auch der größte absolute
Schwindungsbetrag. Quer zur Symmetrieachse 10 tritt aufgrund der in dieser Raumrichtung
kleineren Ausdehnung ein geringerer absoluter Schwindungsbetrag beim Nutzteil 4 auf.
Die vom Profilfräser 19 vor dem Volumenveränderungsprozesses erzeugte Geometrie des
Nutzteils 4, die in der Figur 4 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, umfasst
das Übermaß, das aufgrund des Schwindungsvorgangs einbezogen werden muss, um nach
Durchführung des Volumenveränderungsprozesses eine möglichst geringe Nachbearbeitung
der Oberfläche des mit der gestrichelten Linie dargestellten Werkstücks 14 vornehmen
zu müssen.
1. Werkstückrohling zur Weiterverarbeitung in einem Volumenveränderungsprozess, mit einem
Grundkörper, der als Pulverpressteil, insbesondere aus einem metallischen oder keramischen
Pulver, hergestellt ist und der einen außenliegenden Einspannabschnitt (2) zur Aufnahme
in einer Einspannvorrichtung einer Bearbeitungsmaschine und einen einstückig mit dem
Einspannabschnitt (2) ausgebildeten, innenliegenden Nutzteilabschnitt (3) zur Ausformung
wenigstens eines Nutzteils (4) in einem gestaltverändernden Herstellungsverfahren
mittels der Bearbeitungsmaschine umfasst, wobei am Einspannabschnitt (2), insbesondere
an einer Außenoberfläche (8) des Einspannabschnitts (2), wenigstens eine auf den wenigstens
einen Nutzteil (4) bezogene und im gleichen gestaltverändernden Herstellungsverfahren
wie das Nutzteil (4) hergestellte Referenzgeometrie (11) ausgebildet ist, die für
eine lagerichtige Orientierung des wenigstens einen Nutzteils (4) nach Durchführung
eines Volumenveränderungsprozesses ausgebildet ist.
2. Werkstückrohling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper eine zylindrische, insbesondere kreiszylindrische, Gestalt aufweist
und dass der Einspannabschnitt (2) ringförmig ausgebildet ist und einen, insbesondere
zumindest im Wesentlichen kreisförmigen, Nutzteilabschnitt (3) umgibt.
3. Werkstückrohling nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Nutzteilabschnitts (3) abseits des wenigstens einen Nutzteils (4)
weniger als 30 Prozent, vorzugsweise weniger als 15 Prozent, besonders bevorzugt weniger
als 10 Prozent, insbesondere weniger als 5 Prozent, einer Dicke des Grundkörpers beträgt.
4. Werkstückrohling nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die am Einspannabschnitt (2) ausgebildete Referenzgeometrie (11) als Anordnung von
mehreren, insbesondere genau drei, Vertiefungen (9) ausgebildet ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Nutzteils (4) mit den Schritten: Herstellen eines
Werkstückrohlings (1) aus einem, insbesondere metallischen oder keramischen, Pulver
in einem Pressprozess, Einspannen des Werkstückrohlings (1) in eine Bearbeitungsmaschine
und gestaltverändernde Herstellung wenigstens eines Nutzteils (4) in einem Nutzteilabschnitt
(3) des Werkstückrohlings (1) sowie gestaltverändernde Herstellung einer auf den Nutzteil
(4) bezogenen Referenzgeometrie (11) an einem den Nutzteilabschnitt (3) umgebenden
Einspannabschnitt (2), Durchführen eines Volumenveränderungsprozesses für den Werkstückrohling
(1) zur Erzeugung eines Werkstücks, Einspannen des Werkstücks unter Verwendung der
Referenzgeometrie (11) und Fertigbearbeitung des wenigstens einen Nutzteils (4).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bearbeitung des Nutzteils (4) vor der Durchführung des Volumenänderungsprozesses
einen Fräsvorgang umfasst, bei dem eine Rohteilgeometrie des Nutzteils (4) mit einem
Untermaß oder Übermaß gegenüber einer Fertigteilgeometrie erzeugt wird, wobei das
Untermaß oder Übermaß eine Volumenveränderung des Nutzteils (4) während des Volumenänderungsprozesses
berücksichtigt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Durchführung des Fräsvorgangs wenigstens ein Profilfräser (19) eingesetzt
wird, dessen Profilierung einer angestrebten Oberfläche des Nutzteils (4) unter Berücksichtigung
der Volumenveränderung entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Fertigbearbeitung des wenigstens einen Nutzteils (4) ein Schleifvorgang wenigstens
einer Oberfläche des Nutzteils (4) durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung der Fertigbearbeitung des wenigstens einen Nutzteils (4) eine
Vermessung der Orientierung und/oder der Geometrie des wenigstens einen Nutzteils
(4) und/oder der Orientierung der Referenzgeometrie (11) auf einer zur Durchführung
der Fertigbearbeitung vorgesehenen Bearbeitungsmaschine sowie eine Ausrichtung des
Nutzteils (4) auf der Bearbeitungsmaschine in Abhängigkeit der ermittelten Messergebisse
erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Herstellung des Nutzteils (4) und der auf den Nutzteil (4) bezogenen Referenzgeometrie
(11) in der gleichen Aufspannung für den Werkstückrohling (1) und in unmittelbarer
zeitlicher Abfolge vorgenommen wird.