(19)
(11) EP 2 979 784 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
03.02.2016  Patentblatt  2016/05

(21) Anmeldenummer: 14002707.9

(22) Anmeldetag:  02.08.2014
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC): 
B22F 5/10(2006.01)
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA ME

(71) Anmelder: Walther, Gerd Axel
71065 Sindelfingen (DE)

(72) Erfinder:
  • Walther, Gerd Axel
    71065 Sindelfingen (DE)

(74) Vertreter: Patentanwälte Magenbauer & Kollegen Partnerschaft mbB 
Plochinger Straße 109
73730 Esslingen
73730 Esslingen (DE)

   


(54) Werkstückrohling und Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit einem Volumenveränderungsprozess


(57) Die Erfindung betrifft einen Werkstückrohling zur Weiterverarbeitung in einem Volumenänderungsprozesses, mit einem Grundkörper, der als Pressteil 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 der Nutzteil (4) hergestellte Referenzgeometrie (11) ausgebildet ist, die für eine lagerichtige Orientierung des wenigstens einen Nutzteils (4) nach Durchführung eines Volumenänderungsprozesseses ausgebildet ist.




Beschreibung


[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.


Ansprüche

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.
 




Zeichnung










Recherchenbericht









Recherchenbericht