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Die
vorliegende Erfindung nach Anspruch 1 betrifft ein Verfahren zum
Herstellen eines tiefgezogenen Werkstücks, das einen Mantel und einen
daran, insbesondere rechtwinklig, anschließenden Flansch aufweist, aus
einem Rohling, der aus einem formbaren Material hergestellt ist,
sowie eine Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 12 zum Durchführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen
eines Gehäuseteils
für eine
Pumpe.
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Im
deutschen Patent
DE
41 09 873 C2 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Blechgehäuses durch
Tiefziehen offenbart.
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Die
DE 101 07 109 A1 betrifft
eine Bundbuchse, ein Verfahren zur ihrer Herstellung sowie ein Biegewerkzeug
zur Herstellung von Bunden an einer Buchse.
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Die
DE 1 906 554 betrifft ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Riemenscheiben.
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Wie
dort beschrieben, sind die allgemeinen Verfahrensschritte des Tiefziehens
bekannt. Tiefziehverfahren werden eingesetzt, um Teile, insbesondere Blechteile,
die in großen
Mengen benötigt
werden, günstig
herzustellen. Ein Gehäuse
für eine
Flügelzellenpumpe
ist ein derartiges exemplarisches Teil.
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Eine
Flügelzellenpumpe
mit einem Gehäuse in
Form eines einseitig offenen, kreiszylindrischen Topfs und einem
daran rechtwinklig anschließenden Flansch
ist z. B. aus der
DE
36 37 229 A1 bekannt. Für
weitere Details zum Aufbauen der Funktionsweise einer Flügelzellenpumpe
und der damit verbundenen Probleme bei der Herstellung eines Pumpengehäuses wird
auf die
DE 41 09 873 verwiesen.
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In
den 4A bis 4C sind
die wesentlichen Verfahrensschritte zum Herstellen eines (Flügelpumpen-)Gehäusetopfs 10 gemäß dem Stand
der Technik gezeigt.
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Der
Gehäusetopf 10 weist
einen horizontal verlaufenden Boden 12 und einen damit
verbundenen, axial verlaufenden Mantel 14 auf. Der Topf 10 ist einseitig
offen. An der offenen Seite des Topfs 10 geht der Mantel 14 in
einen Kragen 16, der später
zu einem rechtwinklig abstehenden Flansch umgeformt wird, über. Der
Mantel 14 geht über
einen im Wesentlichen runden Übergangsbereich 18 in
den Kragen 16 über,
der wiederum einen im Wesentlichen radial verlaufenden Abschnitt 20 aufweist.
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Der
Topf 10 ist rotationssymmetrisch, d. h. er hat einen kreisförmigen Boden 12.
In den 4A bis 4C ist
jeweils nur die rechte Hälfte
des Topfs 10 gezeigt. Um einen vollständigen Querschnitt des Topfes 10 zu
erhalten müsste
man die rechte Hälfte
an der axial bzw. vertikal verlaufenden Mittel- bzw. Symmetrieachse 22 spiegeln.
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Der
Topf 10 hat bei 4A eine exemplarische
Gesamthöhe
H1 von 46 mm. In der 4A ist eine erster
Schritt eines Vorziehens gezeigt, um am Ende des nachfolgend beschriebenen
Herstellungsverfahrens einen Topf 10 mit einer Tiefe T1
zu erhalten. Um die Tiefe T1 besser darstellen zu können, wurde
in der 4A eine horizontale Hilfslinie 24 gezogen.
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Problematisch
beim Herstellen eines Pumpengehäuses
ist der Übergangsbereich
18.
Ein Außenradius
ist hier exemplarisch mit R11, d. h. mit 11 mm, gezeigt. Das Vorziehen
bedingt im Inneren eine Abrundung des Übergangsbereichs
18,
wie es bereits in der
DE 41 09
873 beschrieben ist. Dies wiederum stellt eine Abweichung
vom idealen rechten Winkel dar.
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In
der
4A ist dies durch eine schraffierte, dreickige
Fläche
25 angedeutet.
Wird das Gehäuse
10 z.
B. für
eine Vakuumpumpe verwendet, wie in der
DE 41 09 873 beschrieben, so drehen
sich im Gehäuseinneren
hier nicht dargestellte Flügel.
Die eigentlich unerwünschte,
dreieckige Fläche
25 lässt jedoch eine
Luftströmung
von einer Druckseite zu einer Saugseite zu. Deshalb wird der Topf
10 in
einem oder mehreren weiteren Tiefziehschritten weiter umgeformt,
so dass der Mantel
14 nahezu rechtwinklig in einen gewünschten
Flansch
26 (vergleiche
4B) übergeht.
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4B zeigt den fertig gezogenen Topf 10. Der
fertig gezogene Topf 10 weist einen Außenradius R1 (d. h. 1 mm) auf,
der durch den Radius eines hier nicht dargestellten Ziehrahmens
bzw. durch die Abrundung einer Ziehkante des Ziehrahmens bedingt ist.
Der Innenradius ist hier exemplarisch R2,5 (d. h. 2,5 mm). Der Innenradius
ist bisher technisch nicht kleiner herstellbar, da die Umformung
durch einen Materialfluss bedingt ist. Als Material werden üblicherweise
Metalle, insbesondere Bleche, verwendet. Metalle sind aus Kristalliten
aufgebaut, deren Orientierung isotrop oder anisotrop ist. Das Fließen erfolgt auf
kristallografisch bevorzugten Gleitebenen und in bevorzugten Gleichrichtungen
innerhalb der Kristallite. Gleitebenen und -richtungen sind abhängig vom Aufbau
der Metalle: kubisch raumzentriert, kubisch flächenzentriert oder hexagonal.
Das Tiefziehen (Umformen) geschieht durch Wandern von Versetzungen
(Translation) oder durch so genannte Zwillingsbildungen.
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Zum
Tiefziehen werden üblicherweise
Pressen verwendet. Die zur Umformung notwenige Pressenkraft wird
mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Stempels eingeleitet. Die
Umformung erfolgt durch radiale Zugspannung und dadurch bewirkte
tangentiale Druckspannungen. Mit dem Stempel wird das Material durch
in einen hier nicht dargestellten Ziehring gedrückt. Die Kanten von Stempel
und Ziehring müssen
aber abgerundet sein, da das Material sonst reißen würde. Ob das Material reißt, hängt von
der Festigkeit ab.
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Die
Festigkeit ist eine Werkstoffeigenschaft und beschreibt den mechanischen
Widerstand, den ein Werkstoff einer plastischen Verformung oder Trennung
entgegensetzt. Aus Spannungs-Dehnungs-Diagrammen können technisch
relevante Festigkeitskennwerte ermittelt werden. Je nach Werkstoff,
Werkstoffzustand, Temperatur, Belastung und Belastungsgeschwindigkeit
können
unterschiedliche Festigkeiten erreicht werden. Je nach Art der angreifenden
Belastung unterscheidet man richtungsabhängig zwischen Zugfestigkeit
und Druckfestigkeit, aber auch zwischen Biege-, Knick- und Scherfestigkeit.
Bei Zugbeanspruchung unterscheidet man ferner zwischen den Begriffen „Zugfestigkeit” und der „Fließgrenze”. Die Fließgrenze
wird dabei regelmäßig einer
bestimmten plastischen Verformung, z. B. 0,2%, zugeordnet.
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Zurückkehrend
zu 4B sind mit den herkömmlichen
gängigen
Methoden und verwendeten Werkzeugen keine kleineren Innenradien
als R2,5 herstellbar. Der Innenradius R2,5 ergibt sich aus dem Einzugsradius
des Ziehrahmens (Abrundung der Ziehkante) und der Blechdicke S,
die hier exemplarisch 1,5 mm beträgt.
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Da
der Flansch 26 in der 4B noch
immer einen abgerundeten Innenradius aufweist, ist es zur Verwendung
des Gehäuses 10 bei
Pumpen erforderlich, den Kragen 26 nachträglich spanend
zu bearbeiten, um eine ebene Oberfläche 28 des Flanschs 26 herzustellen,
die mit einem Innenradius R0 rechtwinklig in den Mantel 14 übergeht,
wie es in der 4C dargestellt ist.
Diese Vorgehensweise ist arbeitsintensiv, da mehrere Werkzeuge und
mehrere Arbeitsschritte zur Herstellung des gewünschten Topfs erforderlich
sind.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres Verfahren
und eine einfachere Werkzeugvorrichtung zum Herstellen eines Werkstücks mit
einem vorbestimmten Innenradius, insbesondere einem Innenradius
der Größe 0, bereitzustellen.
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Insbesondere
soll ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses bereitgestellt werden,
das für eine
Flügelzellenpumpe
verwendet werden kann und das einen zylindrischen Topf und einen
an dem Topfrand rechtwinklig anschließenden Flansch aufweist.
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Diese
Aufgabe wird mit dem eingangs erwähnten Verfahren gelöst, das
folgende Schritte aufweist: Tiefziehen des Rohlings derart, dass
der Rohling zu einem Mantel mit einem sich daran anschließenden Kragen
umgeformt wird, wobei sich der Mantel in einer axialen Richtung
erstreckt und wobei sich der Kragen im Wesentlichen in einer radialen
Richtung erstreckt, und dass der Kragen mit einem abgerundeten Übergangsbereich
in den Mantel übergeht; Bilden
einer Sollknickkante im Mantel, in dem ein Teil des axial verlaufenden
Mantels, da der Übergangsbereich
und der Kragen radial nach außen
umgeformt werden, wobei die Sollknickkante in Umfangsrichtung um
dem Mantel herum verläuft;
und Pressen des Rohlings, wobei der Mantel bis zu seiner Sollknickkante
von einem ersten Werkzeug im Wesentlichen formschlüssig aufgenommen
wird und wobei die nach außen
umgeformten Teile des Rohlings mit einem zweiten Werkzeug axial
mit einer vorbestimmten Presskraft in Richtung des ersten Werkzeugs
bewegt werden, wobei der Rohling derart gepresst wird, dass das
Material der nach außen
umgeformten Teile des Rohlings entlang von Oberflächen der
Werkzeuge, die den nach außen
umgeformten Teilen des Rohling gegenüberliegen, fließt, so dass
der Mantel im Bereich der Sollknickkante mit einem vordefinierten
Innenradius in den Kragen übergeht.
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Durch
das Ausbilden einer Sollknickkante im Bereich des axial verlaufenden
Mantels lässt
sich eine Materialmenge für
den Pressvorgang festlegen, so dass das Material am Ende des Pressvorgangs
in Richtung des Gehäuseinneren
fließt
und so die scharfe Kante mit rechtwinkligem Querschnitt und einem
Radius der Größe 0 ausbildet.
Die Festigkeit des Materials bedingt eine radial äußere Grenze,
bis wohin das Material des Kragens beim Pressen fließen kann,
bevor das Material reißen
würde.
Beim Beginn des Pressvorgangs fließt das Material radial nach
außen,
bis dieser Widerstandspunkt erreicht ist. Ferner fließt das Material
in Richtung des Gehäuseinneren. Hat
man die richtige Materialmenge gewählt, so reicht das Material
aus, um die üblicherweise
runde Innenkante zu einer scharfen Kante mit rechtwinkligem Querschnitt
bzw. einem Radius der Größe 0 umzuformen.
Die in 4A mit 25 bezeichnete
Fläche
würde dabei
also mit Material gefüllt.
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Die
Sollknickkante wiederum ist im Wesentlichen dafür verantwortlich, dass das
Material auch in den Hohlraum (Fläche 25 In 4A) und nicht in den axial verlaufenden
Mantel fließt.
Die Sollknickkante stellt eine Art Barriere dar. Das „überschüssige” Material
fließt
vorzugsweise in der Ebene der pressenden Werkzeugoberflächen, d.
h. hier in der horizontalen Ebene, bevor es die horizontale Ebene
verlassen und in eine axiale Ebene (Mantel) übergehen würde.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
die vorbestimmte Presskraft weggebunden oder kraftgebunden erzeugt.
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Bei
weggebundenen Pressen ist ein Weg eines Pressenstößels durch
die Kinematik des Hauptgetriebes der Maschine festgelegt. Der Antrieb
der Presse erfolgt üblicherweise über einen
Motor, der ein Schwungrad antreibt. Dieses Schwungrad gibt seine
Energie über
eine Kupplungs-/Bremskombination an das Hauptgetriebe ab. Weggebundene
Pressen sind nach DIN so ausgelegt, dass eine Nennkraft FN bei einem Kurbelwinkel von 30° vor einem
unterem Todpunkt anliegt. Je weiter man sich in Richtung eines Kurbelwinkels
von 0° bewegt,
desto größer wird
die zur Verfügung
stehende Kraft. Da bei einem Kurbelwinkel von 0° die Kraft praktisch über alle Grenzen
wachsen könnte,
benötigt
die Presse eine Überlastsicherung.
Kraftgebundene Pressen wiederum arbeiten nach dem hydrostatischen
Prinzip. Bei kraftgebundenen Pressen wird eine im Druckmedium gespeicherte
Energie mit Hilfe von Zylindern in mechanische Energie umgewandelt.
Ebenso wie weggebundene Pressen benötigen auch diese Maschinen
eine Überlastsicherung,
um eine Beschädigung der
Maschine zu vermeiden. Der Antrieb erfolgt z. B. über einen
direkten Pumpenantrieb oder einen indirekten Pumpenantrieb.
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Mit
einer Kraft- bzw. weggebundenen Presse kann nahe einer durch die
Materialfestigkeit bestimmten Maximalbelastung gearbeitet werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung weist das erste Werkzeug im Bereich der Soll-knickkante einen
rechtwinkligen Querschnitt auf.
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Der
rechtwinklige Querschnitt unterstützt das Fließen des
Materials beim Pressvorgang in Richtung des Topfinneren.
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Vorzugsweise
besteht der Rohling aus Blech. Blech weist gute Fließeigenschaften
auf. Versuche haben ergeben, dass Blechstärken insbesondere im Bereich
von einigen mm einen Innenradius der Größe 0 bei relativ geringen Presskräften ermöglichen.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn der Kragen nach dem Schritt des Tiefziehens
an seinem radial außen
liegenden Rand beschnitten wird. Indem man den Kragen radial außen beschneidet,
kann die für den
Fließvorgang
vorhandene Materialmenge eingestellt bzw. geändert werden. Neben der relativen Lage
der Sollknickkante stellt der radiale Beschnitt des Kragens ein
weiteres Mittel dar, um die für
den Fließvorgang
benötigte
Materialmenge zu beeinflussen.
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Auch
die Wahl der Größe des (Anstell-)Winkels,
mit dem im Wesentlichen der Kragen und der Übergangsbereich gegenüber der
Horizontalen radial nach außen
gebogen werden, hat Einfluss auf die Güte bzw. Qualität des auszubildenden
Innenradius. Je kleiner der Winkel ist, desto größer ist die Tendenz des Materials
während
des Pressvorgangs in Richtung des Mantels zu laufen. Je größer der
Winkel ist, desto größer ist
die Tendenz des Materials senkrecht zum Mantel zu fließen. Deshalb
wählt man
die Größe des Winkels
vorzugsweise in einem Bereich von 10°–80°.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die relative Lage der Sollknickkante zum
Topfboden bzw. zum Kragen so gewählt
ist, dass die Materialmenge am Ende des Pressvorgangs in einem Übergang
mit rechtwinkligem Querschnitt, d. h. mit einem Innenradius der
Größe 0 resultiert.
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Ferner
wird die oben genannte Aufgabe mit einer Werkzeugvorrichtung gelöst, die
ein erstes Werkzeug, das einen Federboden, einen auswechselbaren
ersten abgerundeten Ziehrahmen und einen auswechselbaren zweiten
Ziehrahmen, der relativ zum mittig im zweiten Ziehrahmen gelagerten
Federboden in einer axialen Richtung beweglich ist, aufweist, wobei
ein Hub zwischen dem Federboden und dem zweiten Ziehrahmen der Höhe der Sollknickkante
relativ zum Mantel entspricht; und ein zweites Werkzeug aufweist,
das eine Abstreifplatte, ein Stempel, der die Abstreifplatte mittig
durchgreift und einen lösbar
am Stempel anbringbaren Aufdornring aufweist, wobei der Aufdornring
einen vorbestimmten Anstellwinkel relativ zur axialen Richtung aufweist, wobei
das erste und das zweite Werkzeug in axialer Richtung bewegt werden,
um die Werkzeugvorrichtung zu öffnen
und zu schließen.
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Mit
einem dementsprechend ausgebildeten Werkzeug lässt sich das oben beschriebene
Verfahren durchführen.
In einem ersten Schritt wird der erste abgerundete Ziehrahmen verwendet,
um den Rohling vorzuziehen. In einem zweiten Schritt wird der zweite
Ziehrahmen verwendet, wobei der Aufziehdorn auf den Stempel gesteckt
wird, um einen Teilbereich des Mantels, den Übergangsbereich und den Kragen
aufzubiegen. Anschließend
wird der Aufziehdorn wieder abgenommen und die Werkzeugvorrichtung
erneut auf Block gefahren, d. h. komplett geschlossen, um die radial
nach außen
gebogenen Teile des Werkstücks
zu pressen, und zwar derart, dass der Mantel rechtwinklig in einen
Flansch übergeht.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1A–1F verschiedene Zustände, die mit dem Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht werden, wobei jeweils ein topfförmiges Gehäuse teilweise
geschnitten dargestellt ist;
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2 eine
Werkzeugvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 eine
partielle Vergrößerung der 1F und
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4A–4C Verfahrensschritte gemäß dem Stand
der Technik.
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In
den nachfolgenden Figuren wird ein Werkstück allgemein mit 10 bezeichnet,
das gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Das Werkstück 10 ist
nachfolgend exemplarisch als ein topfförmiges Gehäuse mit einem rechtwinklig vorstehenden
Flansch 26 ausgeführt.
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In
den 1A bis 1F sind
verschiedene Verfahrenszustände
gezeigt, die während
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erzielt werden.
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1A zeigt den Topf 10 nach einem
ersten Vorziehen. Das Vorziehen ist nach der herkömmlichen
Vorgehensweise (vergleiche 4A) erfolgt. Der
Topf 10 weist einen horizontalen Boden 12 und einen
vertikalen Mantel 14 auf. Der Mantel 14 geht in einen
Kragen 16 über.
Der Übergang
erfolgt über
einen runden, d. h. abgerundeten, Übergangsbereich 18.
Der Übergangsbereich 18 weist
exemplarisch einen Außendurchmesser
R11 (11 mm) und einen Innendurchmesser R12,5 (12,5 mm) auf. Um den
in der 1A dargestellten Zustand zu
erreichen, wird mit einer Kraft F1 an einem hier nicht näher bezeichneten
Rohling, aus dem der Topf 10 gebildet wird, gezogen und
mit einer Kraft F2 gegengehalten.
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Das
Material des Rohlings hat z. B. eine Stärke S bzw. eine Dicke von 1,5
mm. Es versteht sich, dass die Dicke von 1,5 mm lediglich exemplarisch
ist und andere Dicken gewählt
werden könnten. Er
besteht hier aus Blech. Allgemein werden vorzugsweise Metalle verwendet.
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Der
Topf 10 ist hier axialsymmetrisch um eine Mittelachse 22 ausgebildet.
Die Grundfläche
ist vorzugsweise kreisförmig
oder elliptisch. Andere Grundformen sind möglich.
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Der
Mantel 14 geht gegenüber
einer horizontalen Hilfslinie 24 aus der Vertikalen in
den horizontalen Kragen über.
Der Topf 10 ist hier einseitig offen. Die Öffnungsebene
ist hier mit einer Hilfslinie 34 angedeutet.
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Die
Horizontalrichtung ist hier mit einem Doppelpfeil 30 angedeutet.
Die Vertikalrichtung ist hier mit einem Doppelpfeil 32 angedeutet.
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Bezug
nehmend auf 1B ist ein optionaler Zwischenschritt
gezeigt, bei dem ein axial außen
liegender Rand des Kragens 16 um eine Länge ΔL gekürzt ist. Die Länge ΔL beeinflusst
die Menge des Materials gemessen vom Mantel 14 in Höhe der Hilfslinie 24 zum äußeren radialen
Ende des Kragens 16. Diese Materialmenge hat Einfluss auf
die Güte
bzw. Qualität
des Übergangs
vom Mantel 14 in den im Endschritt auszubildenden Flansch 26 (vergleiche 1F).
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Es
versteht sich, dass die Kürzung
des Kragens 16 lediglich ein optionaler Verfahrensschritt
ist. Mit diesem Verfahrensschritt können Abweichungen der Kragenlänge (in
Umfangsrichtung betrachtet), die durch den vorhergehenden Tiefziehvorgang
hervorgerufen werden können,
ausgeglichen werden.
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Bezug
nehmend auf 1C ist ein Zustand gezeigt,
nach dem ein Teil 14' des
ursprünglich
axial verlaufenden Mantels 14, der Übergangsbereich 18 sowie
der Kragen 16 radial um einen Anstellwinkel α (hier 30°) radial
nach außen
umgeformt sind. Die Umformung ist in Höhe einer weiteren (imaginären) Hilfslinie 36 erfolgt,
die wieder um die relative Höhe
bzw. Tiefe einer Sollknickkante 38 definiert. Die Sollknickkante 38 verläuft in Umfangsrichtung
des Mantels 14.
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Zum
besseren Verständnis
sind in der 1C auch nochmals die Hilfslinien 24 und 34 eingezeichnet.
Man erkennt, dass der Teil des Mantels, der zwischen den Hilfslinien 36 und 24 liegt,
ebenfalls radial nach außen
umgeformt, d. h. hier gebogen, wurde. Teile des umgebogenen Abschnitts
des Topfs 10, hier insbesondere der Mantelteil 14' verlaufen im Wesentlichen
geradlinig, bevor dieser geradlinige Abschnitt in den runden Übergangsbereich 18 übergeht.
Zum besseren Verständnis
vergleiche man die Pfeilspitze des Radius R11 der 1A und 1C, die jeweils auf den gleichen Punkt
des Topfs 10 zeigen.
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1D zeigt einen Zustand, bei dem mit einer
Presskraft F3 in axialer Richtung (d. h. parallel zur Mittelachse 22,
auf den umgebogenen Teil des Topfs 10 eingewirkt wird.
Vorzugsweise verläuft
eine Oberfläche
eines hier nicht dargestellten Werkzeugs, mit dem die Kraft F3 aufgeprägt wird,
in der horizontalen Ebene. Der Mantel 14 und der Boden 12 werden
dabei von einem weiteren, hier ebenfalls nicht dargestellten, Werkzeug,
vorzugsweise formschlüssig
aufgenommen, um die Gegenkraft F4 vorzusehen. Es versteht sich,
dass die Aufnahme des Topfs 10 deshalb nicht 100% formschlüssig ist,
weil der Übergang
vom Mantel 14 in den Boden 12 nicht rechtwinklig,
sondern abgerundet ist. Das weitere Werkzeug sitzt im äußeren Bereich
des Mantels 14 vorzugsweise als eine imaginäre Verlängerung
der Linie 36. Detailliertere Informationen zum verwendeten
Werkzeug werden unter Bezugnahme auf 2 nachfolgend
gegeben werden.
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1E zeigt einen Zustand, bei dem die Werkzeuge,
hier insbesondere die beiden Hälften
einer nicht dargestellten Presse, nahezu vollständig geschlossen sind. Das
Material der nach außen
umgebogenen Teile 14', 18 und 16 (vergleiche 1C) wird dabei derart gepresst, dass das
Material des Topfes 10 vorzugsweise radial nach außen fließt, d. h.
der Kragen 16 „bewegt” sich radial
nach außen,
bis die Festigkeit des Materials eine weitere Bewegung nach außen verhindert.
Das restliche Material fließt dann
in entgegengesetzter Richtung, d. h. radial nach innen und bildet
dort eine scharfe Kante, wie es in 1F gezeigt
ist.
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Die 1F zeigt den Topf nach erfolgter Pressung.
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Der
Topf 10 weist einen rechtwinklig vom Mantel 14 abstehenden
Flansch 26 auf, mit dem der Topf 10 an eine hier
nicht dargestellte Pumpe geschraubt werden kann.
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Die
Kante zwischen Mantel 14 und Flansch 26 ist scharf,
d. h. hat einen rechtwinkligen Querschnitt bzw. einen Radius R0
der Größe 0. Der
Außenradius
der Kante ist hier exemplarisch mit R0,5 gezeigt. 3,
auf die später
noch Bezug genommen wird, zeigt diesen Bereich in Vergrößerung.
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Auf
die soeben beschriebene Weise lässt sich
also eine Innenkante mit hoher Güte
ohne zusätzliche
Bearbeitungsschritte, insbesondere ohne spanende Bearbeitung, herstellen.
Das Ausbilden der Sollknickkante 38 ist dabei wichtig.
Die Materialmenge, die radial nach außen gebogen wird (vergleiche 1C), hat ebenfalls Einfluss auf die Güte der Innenkante.
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Es
versteht sich, dass je nach Ausbildung des Werkzeugs auch andere
Winkel als 90° zwischen Mantel 14 und
Flansch 16 ausgebildet werden könnten, wobei die Übergangskante
nicht abgerundet ist. Das Werkzeug wäre dann entsprechend auszulegen.
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Bezug
nehmend auf 2 ist exemplarisch eine Presse 50 mit
einer oberen Werkzeughälfte 52 und
einer unteren Werkzeughälfte 54 dargestellt,
mit der die in den 1A bis 1F dargestellten Zustände erzielt werden können.
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Die
obere Werkzeughälfte 52 weist
eine Kopfplatte 56 auf, an der Führungssäulen 58, eine Druckplatte 60,
eine oder mehrere Distanzplatten 62, ein lösbar anbringbarer
Ziehrahmen 64 sowie ein axial beweglicher Federboden 66 befestigt
werden. Zwischen der Druckplatte 60 und dem Federboden 66 ist ein
Hohlraum 68 ausgebildet, der es erlaubt, den Federboden 66 relativ
zum Ziehrahmen 64 beim Zufahren der Presse zu bewegen.
Eine Höhe
H2 des Hohlraums 68 definiert dabei im Wesentlichen die
Tiefe des herzustellenden Topfs. Der Federboden 66 dient im
zugefahrenen Zustand der Presse 50 als Anschlag für den Topfboden 12.
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Die
untere Werkzeughälfte 54 weist
eine Grundplatte 72, einen Stößel 73, einen oder
mehrere Distanzklötze 74,
eine Halteplatte 76, eine oder mehrere Distanzplatten 78,
eine Stempelführungsplatte 80,
eine Abstreifplatte 82 sowie einen zentral angeordneten
Stempel 84 auf, der durch die Stempelführungsplatte 80 und
die Abstreifplatte 82 greift. Ferner ist ein Aufdornring 86 gezeigt,
der auf den Stempel 84 gesteckt werden kann, um den Topf
um den Anstellwinkel α aufzubiegen
(vergleiche 1C).
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Das
Werkzeug 50 wird in der in der 2 dargestellten
Form zum Durchführen
des Verfahrensschritts gemäß der 1C benötigt.
Dazu wird der vorgezogene Topf 10, der in der 2 mit
einer strichpunktierten Linie angedeutet ist, auf den Stempel 84 gestülpt. Der
Stempel 84 trägt
den Aufdornring 86 zwischen sich und der Abstreifplatte 82.
Die obere Werkzeughälfte 52 und
die untere Werkzeughälfte 54 werden
entlang den Führungssäulen 58 soweit
aufeinander zugefahren, dass zwischen dem Ziehrahmen 64 und
der Abstreifplatte 52 ein Abstand ist, der im Wesentlichen
der Höhe
des Aufdornrings 86 entspricht. In diesem Zustand liegt
der Federboden 66 an der Druckplatte 60 an und
bildet das Gegenlager für
den Topfboden 12.
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Nach
dem erfolgten Aufbiegen des Topfes wird die Presse 50 aufgefahren.
Mit Hilfe der gegenüber
dem Stempel 84 axial beweglichen Abstreifplatte 82 wird
der Topf 10 sowie der Ring 86 vom Stempel 84 gelöst. Der
Ring 86 wird entfernt. Der Topf 10 wird erneut
auf den Stempel 84 gestülpt.
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Die
Presse 50 wird erneut geschlossen. Dabei stellen sich die
verschiedenen Zustände
ein, wie sie in den 1D bis 1F gezeigt sind.
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Um
den Zustand der 1F zu erreichen, wird
die Presse 50 kraft- oder wegabhängig auf Block gefahren, d.
h. komplett geschlossen. In geschlossenem Zustand haben die obere
Werkzeugshälfte 52 und
die untere Werkzeugshälfte 54 im
Wesentlichen einen Abstand zueinander, der im Bereich der Materialstärke S des
Topfs 10 liegt. Die Abstreifplatte 82 definiert
hier zusammen mit dem Ziehrahmen 64 einen im Wesentlichen
horizontal verlaufenden Raum, in dem sich die Materialmenge n radialer
Richtung ausbreiten kann. Wie bereits oben erwähnt, fließt das Material sowohl radial
nach außen
als auch radial nach innen und definiert so, bei geeigneter Wahl
der Materialmenge, den scharfen Rand zwischen Mantel 14 und
dem Flansch 26, ohne dass die äußere Oberfläche 28 des Flanschs 26,
z. B. spanend, nachbearbeitet werden müsste. Die Kante weist einen
Radius der Größe 0 auf.