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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrkantbolzens
mit einem im Querschnitt eckigen Bolzenabschnitt mittels einer Presse. Die
Erfindung betrifft weiter ein Pressenwerkzeug zum Herstellen eines
Mehrkantbolzens mit einem Pressenstempel und einer Matrize, welche
relativ zueinander in Hubrichtung verfahrbar sind, wobei die Matrize
ein Matrizenloch zum Aufnehmen eines Bolzenabschnittes eines Bolzenrohlings
aufweist.
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Polygonförmige Bolzen,
auch Mehrkantbolzen genannt, besitzen einen Bolzenabschnitt mit
einer im Querschnitt eckigen Kontur. Derartige Mehrkantbolzen dienen
zur drehfesten Aufnahme entsprechend ausgebildeter Naben.
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In
der Druckschrift
DE
696 00 866 T2 wird ein Verfahren zum Schmieden eines Schraubbolzens
auf einer Schmiedepresse, dessen Schaftelement eine abgeflachte,
mehreckige Endfläche
aufweist.
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Es
ist bekannt, derartige Mehrkantbolzen durch Schmieden oder Gießen herzustellen.
Beide Verfahren sind sehr aufwändig
und führen
zu massiven Bolzen mit einem relativ hohen Gewicht.
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Weiterhin
ist es bekannt, nicht rotationssymmetrische Bolzen durch Tiefziehen
auf einer Presse herzustellen. Hierbei wird eine Blechplatine mittels eines
entsprechend eckigen Tiefziehstempels durch ein eckig ausgebildetes
Loch in der Matrize gezogen.
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Entsprechend
der Formgebung von Stempel und Matrize kann ein gewünschter
Mehrkantbolzen geformt werden. Allerdings ist es bei diesen bekannten
Tiefziehverfahren erforderlich, an den Kanten relativ große Kantenradien
vorzusehen. Werden die Kantenradien nicht ausreichend groß gewählt, besteht
die Gefahr, dass beim Ziehen der ebenen Blechplatine durch das eckige
Matrizenloch ein ungleichmäßiger Materialfluss
entsteht. Es kann so zu unerwünschten
Abstreckungen und damit Wanddickenverdünnungen in den Kantenbereichen
kommen. Weiter besteht die Gefahr, dass sich Anrisse bilden, welche
die Festigkeit des tiefgezogenen Bolzens weiter herabsetzen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Pressenwerkzeug
anzugeben, mit welchen Mehrkantbolzen auf einer Presse einfach und
zugleich in hoher Qualität
gefertigt werden können.
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Die
Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 bzw. durch ein Pressenwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs
7 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, dass aus der Blechplatine ein Bolzenrohling
tiefgezogen wird, an welchem der Bolzenabschnitt zylindrisch oder
kegelförmig
vorgeformt wird, und dass anschließend Kanten und Flächen des
Bolzenabschnitts durch mindestens einen Prägestempel eingedrückt werden,
welcher radial an den Umfang des Bolzenabschnitts zugestellt wird.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, einen Mehrkantbolzen auf
einer Presse nicht durch einen eckigen Stempel und ein eckiges Matrizenloch
zu formen. Sondern es wird zunächst
ein Bolzenrohling mit einer im Querschnitt kreisringförmigen Kontur
tiefgezogen. Anschließend
wird an den zylindrischen oder kegelförmigen Bolzenabschnitt des
Bolzenrohlings entsprechend konturierte Prägestempel radial zugestellt,
welche die ebenen Flächen und
Kanten in den zylindrischen oder kegelförmigen Umfang des Bolzenabschnittes
einprägen.
Bei dem radialen Eindrücken
des kreisringförmigen
Umfangs besteht keine Gefahr des Auftretens unerwünschter Wanddickenverringerungen.
Vielmehr fällt
beim radialen Eindrücken
sogar im gewissen Umfang Material an, welches eine gewisse Wanddickenverstärkung bewirkt.
Zudem werden die Kantenbereiche sehr schonend ausgeformt und können darüber hinaus auch
mit geringen Kantenradien ausgebildet werden.
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Eine
zusätzliche
Festigkeitssteigerung des Bolzens ist erfindungsgemäß dadurch
möglich,
dass gleichzeitig mit oder nach dem radialen Eindrücken der
Kanten und Flächen
der Bolzenabschnitt gestaucht wird. Das Stauchen erfolgt dabei parallel und/oder
radial zur Mittenachse des Bolzens. Durch das Stauchen kann eine
zusätzliche
Wanddickenverstärkung
im Bereich des mehrkantigen Bolzenabschnittes eingestellt werden.
Zusammen mit der dadurch gleichzeitig bewirkten Kaltverfestigung
kann ein Bolzen mit besonders hoher Festigkeit gefertigt werden.
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Für eine effiziente
Verfahrensdurchführung ist
es vorgesehen, dass der Bolzenrohling in mehreren Tiefziehschritten
geformt wird. Die Tiefziehschritte können dabei in einer einzigen
Presse in einer Transferstraße
durchgeführt
wer den, in welcher die Pressenwerkzeuge für die einzelnen Züge nebeneinander
angeordnet sind. Zum Abschluss der Transferstraße kann auch das Pressenwerkzeug
angeordnet sein, mit welchem der erfindungsgemäße Prägeschritt durchgeführt wird.
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Eine
besonders einfache Verfahrensausführung ergibt sich nach der
Erfindung dadurch, dass die radiale Zustellbewegung des mindestens
einen Prägestempels über einen
Keilschiebermechanismus durch einen Pressenhub bewirkt wird. Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann somit komplett auf einer Presse ausgeführt werden.
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Eine
besonders große
Vielfalt an Werkstücken
ist nach der Erfindung dadurch erreichbar, dass der Bolzenrohling
an seiner offenen Seite mit einem Flansch ausgebildet wird, welcher
zum zumindest teilweisen Schließen
der offenen Seite eingeklappt wird. Der Mehrkantbolzen kann daher
nicht allein stiftförmig
ausgebildet sein, sondern auch eine komplexere Teilestruktur aufweisen.
Es können
so Halte- und Befestigungsflansche vorgesehen werden, mit welchen
der Mehrkantbolzen an Blechen, Trägern oder anderen Werkstücken befestigt
werden kann.
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Der
Holzenabschnitt kann im Querschnitt nahezu jede polygonale oder
unrunde Form oder eine Kombination eines Kreisringes mit einem Polygon besitzen.
Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass der Bolzenabschnitt
als Vierkantabschnitt oder Sechskantabschnitt ausgeformt wird.
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Das
erfindungsgemäße Pressenwerkzeug ist
dadurch gekennzeichnet, dass an dem Matrizenloch mindestens ein
Prägestempel
angeordnet ist und dass der Prägestempel
eine Prägefläche zum Umformen
des Bolzenabschnittes aufweist und radial zur Hubrichtung verschiebbar
ist.
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Mit
diesem erfindungsgemäßen Pressenwerkzeug
kann das zuvor beschriebene Verfahren komplett auf einer Presse
durchgeführt
werden. Es ergeben sich somit die vorstehend beschriebenen Vorteile
hinsichtlich der Qualität
des Werkstücks
sowie der Vereinfachung der Fertigung.
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Der
Prägestempel
kann grundsätzlich
eine einfache ebene Fläche
als Prägefläche aufweisen, welche
der Kontur der einzuprägenden
Bolzenfläche entspricht.
Es ist aber auch möglich,
dass die Prägefläche des
Prägestempels
eine komplexere Kontur, beispielsweise mit Abstufungen oder Abkantungen aufweist,
so dass beispielsweise mehrere Seiten des Mehrkantbolzens durch
einen einzelnen Prägestempel
geformt werden können.
Die Prägefläche kann aber
auch zum Anformen unrunder, etwa ovaler Konturen, oder zum radialen
Stauchen des Zylinders mit beliebigen Kurven versehen sein, wobei
der Einsatz nicht auf die Umformung von Bolzen beschränkt ist. Besonders
bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass mehrere Prägestempel
vorgesehen und verteilt um den Umfang des Matrizenloches angeordnet
sind. Durch eine gleichmäßige Verteilung
der Prägestempel
um den Umfang können
zudem die Querkräfte auf
das Werkstück
kompensiert werden, so dass eine formgenaue Bearbeitung des Werkstücks möglich ist.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Pressenwerkzeuges
besteht darin, dass der mindestens eine Prägestempel an seiner vom Matrizenloch
abgewandten Rückseite eine
erste Keilfläche
aufweist, welche an einer korrespondierenden zweiten Keilfläche an der
Matrize anliegt, dass der mindestens eine Prägestempel in Hubrichtung zwischen
einer Ruheposition und einer Prägeposition
verschiebbar ist, und dass beim Verfahren des Pres senstempels zur
Matrize der mindestens eine Prägestempel
aus der Ruheposition in die Prägeposition
verschiebbar ist, wobei ein Zusammenspiel der ersten Keilfläche und
der zweiten Keilfläche der
mindestens eine Prägestempel
radial zur Hubrichtung verschoben wird. Die Rückseite des Prägestempels
mit der ersten Keilfläche
bildet somit mit der Wandung der Matrize mit der zweiten Keilfläche einen
sogenannten Keilschiebermechanismus. Dieser ist so ausgebildet,
dass die Hubbewegung, welche üblicherweise
parallel zur Mittenachse des Bolzens erfolgt, teilweise in eine
Bewegung der Prägestempel umgesetzt
wird, welche quer zur Hubrichtung und radial zur Mittenachse des
Bolzens gerichtet ist. Die Mehrseitflächen an den Bolzen können so
in einfacher Weise eingeformt werden.
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Dabei
ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass der mindestens eine Prägestempel
durch eine Spanneinrichtung in seine Ruheposition rückstellbar ist.
Die Spanneinrichtung kann dabei eine Druckeinrichtung, insbesondere
eine Feder oder ein hydraulischer Kolben sein. Dieser drückt den
Prägestempel nach
Entfernen des Pressestempels in Hubrichtung zurück in seine Ruheposition. Die
Rückstellbewegung
durch diese Spanneinrichtung kann dabei zweckmäßigerweise durch einen Anschlag
begrenzt sein.
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Die
Erfindung wird weiter anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
erläutert,
welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 einen erfindungsgemäß hergestellten Mehrkantbolzen
in teilweise geschnittener Ansicht;
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2 eine Draufsicht auf eine
Blechplatine zur Herstellung eines Mehrkantbolzens nach der Erfindung;
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3 eine Querschnittsansicht
eines durch Tiefziehen vorgeformten Bolzenrohlings;
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4 eine Querschnittsansicht
eines Bolzenrohlings mit eingeprägtem
Mehrkantprofil;
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5 eine Draufsicht auf das
Werkstück
gemäß 4;
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6 eine Querschnittsansicht
durch einen Bolzenrohling nach einem weiteren Stanz- und Pressenvorgang;
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7 eine Querschnittsansicht
einer weiteren Zwischenform nach Durchführung eines Stauchschrittes
im Bolzenabschnitt;
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8 eine Querschnittsansicht
durch eine Zwischenform des erfindungsgemäßen Mehrkantbolzens mit hochgestelltem
Flansch;
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9 eine Teilquerschnittsansicht
durch ein erfindungsgemäßes Pressenwerkzeug;
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10a eine Querschnittsansicht
eines Prägestempels
des Pressenwerkzeuges nach 9;
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10b eine Draufsicht auf
den Prägestempel
gemäß 10a;
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11a eine Querschnittsansicht
einer Schwalbenschwanzführung
für den
Prägestempel gemäß 10; und
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11b eine Draufsicht auf
die Schwalbenschwanzführung
gemäß 11a.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß hergestellten
Mehrkantbolzens 10 mit einem sechskantigen Bolzenabschnitt 12 ist 1 zu entnehmen. Der sechskantige
Bolzenabschnitt 12 des hohlen Mehrkantbolzens 10 geht
in einen durchmessergrößeren, etwa
konisch ausgebildeten Bolzenkopf 11 über, welcher an seiner offenen
Seite zwei hochgestellte oder hochgeklappte Haltearme 15 aufweist. Die
Haltearme 15 dienen zum Befestigen, insbesondere Anschweißen des
Mehrkantbolzens 10 an einem Träger oder einem Halteblech.
Zum Verschließen
des Innenraumes des hohlen Mehrkantbolzens 10 können die
Haltearme 15 auch miteinander verprägt oder verschweißt werden.
Die Größe und Geometrie
des Bolzenabschnittes 10 sowie sich daran anschließender weiterer
Bolzenbestandteile können erfindungsgemäß in einer
sehr großen
Formenvielfalt hergestellt werden, wobei auch mindestens ein Stanzloch 18,
so etwa am stirnseitigen Ende des Bolzenabschnittes 10 vorgesehen
sein kann.
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Ein
Beispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines Mehrkantbolzens wird schematisch im Zusammenhang
mit den 2 bis 8 erläutert. Eine ebene Blechplatine 30 gemäß 2 wird in mehreren Tiefziehschritten
zu einem Bolzenrohling 20 mit einem zylindrischen Bolzenabschnitt 12 vorgeformt,
wie er in 3 dargestellt
ist. Bei diesen Tiefziehschritten kann der Bolzenkopf 11 bereits weitgehend
ausgeformt werden. Zum Ausbilden der Haltearme werden Flansche 22 vorgesehen,
welche nach den einleitenden Tiefziehschritten besäumt werden,
wobei Besäumreste 32 abfallen.
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Radial
zu einer Holzenachse 26, welche parallel zur Pressen- oder
Hubrichtung gerichtet ist, werden an den zy lindrischen Bolzenabschnitt 12 drei um
den Umfang gleichmäßig verteilte
Prägestempel radial
zugestellt, durch welche die Mehrkantkontur des Bolzenabschnittes 12 mit
Flächen 16 und
Kanten 14 eingeprägt
werden, wie in den 4 und 5 dargestellt ist. Der Vorgang
des Eindrückens
des Umfangs des zylindrischen Bolzenabschnitts 12 wird
später noch
näher erläutert.
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In
einem weiteren Pressenschritt gemäß 6 können
die Flansche 22 vorgeformt und zudem ein Stanzloch 18 in
das stirnseitige Ende des Bolzenabschnitts 12 eingebracht
werden.
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In
einem weiteren Pressenschritt gemäß 7 kann der Bolzenabschnitt 12 weiter
umgeformt werden. Durch radiales und/oder axiales Stauchen des Bolzenabschnittes 12 kann
eine Wandverdickung 24 an dem Bolzenabschnitt 12 und
gleichzeitig eine Kalibrierung der Außenkontur des mehrkantigen Bolzenabschnitts 12 durchgeführt werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
gemäß 8 können abschliessend die Flansche 22 zu
Haltearmen 15 hochgestellt werden. Die Anzahl und Form
der Haltearme 15 kann dabei je nach dem gewünschten Einsatzzweck
gestaltet werden. Selbstverständlich können auch
Mehrkantbolzen ohne Haltearme 15 und auch ohne einen Bolzenkopf 11 geformt
werden.
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Das
erfindungsgemäße Einformen
der Mehrkantkontur in einen zylindrischen Bolzenabschnitt 12 wird
nachfolgend weiter im Zusammenhang mit dem Aufbau und der Funktion
eines erfindungsgemäßen Pressenwerkzeuges 50 beschrieben.
Dieses umfasst ein Werkzeugoberteil 51 sowie eine Matrize 52.
Das Werkzeugoberteil 51 kann in bekannter Weise an einer
Hubeinrichtung einer nicht dargestellten Presse und die Marize 52 an
einem Pressentisch befestigt werden.
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Das
Werkzeugoberteil 51 umfasst einen Pressenstempel 53,
an welchem ein Bolzenrohling 20 mittels einer Halteeinrichtung 54 gehalten
wird. Zum Halten des Bolzenrohlings 20 kann auch eine andere
geeignete Spann- oder Halteeinrichtung eingesetzt werden.
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Die
Matrize 52 weist zur Aufnahme des Bolzenabschnittes 12 des
Bolzenrohlinges 20 ein Matrizenloch 55 auf, um
welches um 120° zueinander
versetzt drei Prägestempel 60 in
einer entsprechenden Ausnehmung der Matrize 52 angeordnet
sind. 9 zeigt die Anordnung
eines Prägestempels 60,
welcher durch das Werkzeugoberteil 51 in seine Prägeposition
nach unten auf die Matrize 52 gedrückt ist. In dieser Prägeposition
liegen die Prägestempel 60 auf Kontakt
an dem Bolzenabschnitt 12 an und drücken dabei die gewünschte Mehrkantkontur
in den Bolzenabschnitt 12 ein.
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Zum
Entfernen des umgeformten Bolzenrohlings 20 wird das Werkzeugoberteil 51 nach
oben gefahren und der Bolzenabschnitt 12 gleichzeitig mittels eines
schematisch angedeuteten Ausstoßers 57 nach
oben ausgestoßen.
Mit dem nach oben Verfahren des Werkzeugoberteiles 51 werden
gleichzeitig die Prägestempel 60 durch
eine nicht dargestellte Rückstelleinrichtung
nach oben gegen einen Anschlag 56 verfahren. In dieser
Position befinden sich die Prägestempel 60 in
ihrer Ruheposition, wobei gleichzeitig bei dem Zurückstellen
nach oben die Prägestempel 60 auch
radial von der Bolzenachse 26 weggefahren werden. Dies
wird durch ein Zusammenspiel einer Führung 58 an der Matrize 52 mit
den Prägestempeln 60 erreicht,
was in den 10a bis 11b näher dargestellt ist.
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Gemäß den vergrößerten Darstellungen
der 10a bis 11b weist ein Prägestempel 60 an
seiner zum Matrizenloch 55 ge richteten Seite eine Prägefläche 64 auf,
welche ein Drittel der zu formenden Umfangskontur des Bolzenabschnitts 12 abgedeckt.
Die beiden in einem Winkel von 120° zueinander stehenden Flächen der
Prägefläche 64 gehen
in einem Radius R ineinander über,
wobei der Radius entsprechend der gewünschten Kontur des Mehrkantbolzens
sehr klein ausgebildet werden kann. An der der Prägefläche 64 gegenüberliegenden
Rückseite
des Prägestempels 60 ist
eine erste Keilfläche 62 vorgesehen,
welche in einem Winkel von 110° zur
Grundfläche
des Prägestempels 60 steht.
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Die
erste Keilfläche 62 des
Prägestempels 60 wirkt
mit einer entsprechend angewinkelten zweiten Keilfläche 68 an
einer Führung 58 zusammen, welche
mittels Schraubbolzen fest an der Matrize 52 angebracht
ist. Zur Bildung einer Schwalbenschwanzführung sind an der Führung 58 Hintergriffleisten 69 vorgesehen,
welche in entsprechend gestaltete Führungsnuten 66 an
den Prägestempel 60 eingreifen.
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Durch
die erste Keilfläche 62 und
die zweite Keilfläche 68 wird
im Zusammenspiel mit der Schwalbenschwanzführung bei einem axialen Verschieben des
Prägestempels 60 durch
das Werkzeugoberteil 51 aus der Ruheposition in die Prägeposition
der Prägestempel 60 gleichzeitig
in einem vorgegebenen Maße
radial an den Bolzenrohling 20 zugestellt. Auf diese Weise
kann eine definierte Präge-
oder Eindrückbewegung
erfolgen. Die Energie für
die Radialbewegung der Prägestempel 60 wird
dabei allein durch den Hub der Presse aufgebracht, so dass der Präge- oder
Eindrückvorgang
zum Ausbilden des mehrkantigen Bolzenabschnittes 12 wie
die vorausgegangenen Tiefzieh- und Stanzschritte ebenfalls auf einer
Presse durchgeführt
werden können.
Dies erlaubt eine besonders wirtschaftliche Herstellung eines Mehrkantbolzens
in einer Transferstraße.