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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäusebauteils
aus einem Werkstück. Die Erfindung kommt insbesondere bei
der Herstellung von Gehäusen für elektrische Maschinen zum
Einsatz.
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Für
elektrische Maschinen sind Gehäuse aus einem Stahlmantel
bekannt, der den Stator der Maschine umschließt und stirnseitig
jeweils von aufgeschraubten Lagerschildern abgeschlossen wird. Die
Lagerschilder, die hierbei in der Regel ebenfalls aus Stahl gefertigt
sind, nehmen die Lager zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle der
Maschine auf. Aufgrund der Festigkeit von Stahl können
auf die Rotorwelle wirkende Kräfte sehr gut von einem derartigen
Stahlgehäuse aufgenommen werden. Jedoch besitzt ein Gehäuse
aus Stahl in der Regel ein sehr hohes Gewicht, eine relativ geringe
Wärmeleitfähigkeit und nur eine geringe Korrosionsbeständigkeit.
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Leichter
und besser wärmeleitend sind hingegen Gehäuse
aus Aluminium, wie beispielsweise aus
WO 97/44882 A1 bekannt
ist. Hier wird vorgeschlagen, ein derartiges Gehäuse durch
Gießen oder Sintern herzustellen. Durch eine Verwendung
von Aluminium oder Aluminiumlegierungen kann neben dem geringeren
Gewicht gegenüber Stahl, der höheren Korrosionsbeständigkeit
und Wärmeleitfähigkeit auch eine leichtere Bearbeitbarkeit
während des Herstellungsprozesses erzielt werden.
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Bei
der Herstellung eines Aluminiumgehäuses wird häufig
eine spezielle Legierung mit hohem Siliziumanteil in einem Druck/Sandgussvorgang
in eine negative Form gegossen. Anschließend wird das gegossene
Bauteil bearbeitet, um die geforderten Funktionsmasse und Oberflächenbeschaffenheiten
zu erreichen. Soll das Gehäusebauteil ein Gewinde aufweisen,
so wird dieses in einem nachfolgenden Bearbeitungsgang spanend eingebracht.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung
eines Gehäusebauteils, welches mindestens ein Gewinde aufweist,
zu vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäusebauteils
aus einem Werkstück gelöst, bei dem mindestens
ein Gewinde des Gehäusebauteils durch Fließpressen
des Werkstücks ausgeformt wird.
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Beim
Fließpressen handelt es sich um ein genormtes Verfahren
(DIN 8583) durch das sowohl Hohl- als auch Vollkörper
durch einen ein- oder mehrstufigen Fertigungsvorgang erstellt werden
können. Die Umformung des Werkstücks geschieht
unter hohem Druck. Dabei drückt ein Stempel auf das Werkstück
durch eine Matrize. Dieser Umformvorgang erfolgt meist bei Raumtemperatur.
In diesem Fall spricht man vom sogenannten Kaltfließpressen.
Bei einem derartigen Kaltfließpressvorgang kann eine sehr
hohe Oberflächengüte erreicht werden, so dass nachfolgende
Bearbeitungsschritte, die bei dem aus dem Stand der Technik bekannten
Gießen zur Erlangung einer geforderten Oberflächenbeschaffenheit erforderlich
sind, unterbleiben können.
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Das
Kaltfließpressen erfordert sehr hohe Anpressdrucke, insbesondere
dann, wenn das Material des Werkstücks eine sehr hohe Formänderungsfestigkeit
aufweist. In diesem Fall kann das Werkstück vor dem Pressen
erwärmt werden. Man spricht dann auch von einem Halbwarmfließpressen
oder Warmfließpressen.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Aufwand und damit
die Kosten für die Herstellung des Gehäusebauteils
erheblich reduziert werden können, wenn ein im Gehäusebauteil
gewünschtes Gewinde ebenfalls durch Fließpressen
in dem Werkstück ausgeformt wird. In diesem Fall ist kein
nachfolgender Bearbeitungsschritt nach dem Fließpressen
des Werkstücks notwendig, um das Gewinde beispielsweise
durch einen zerspanen den Fertigungsprozess in das Gehäusebauteil
einzuarbeiten. Das Gewinde kann direkt auf Sollmaß gepresst
werden.
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So
wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das mindestens
eine Gewinde als Innengewinde ausgeformt, in dem das Werkstück über
einen Bolzen fließgepresst wird, der ein als Negativabdruck für
dass Innengewinde dienendes Werkzeugaußengewinde aufweist.
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Hierbei
kann in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vor dem
Fließpressen des Innengewindes ein Loch an die für
das Innengesinde vorgesehene Position des Werkstücks geformt
werden, dessen Durchmesser größer als der Außendurchmesser
des Bolzens ist. Ein solches Loch kann beispielsweise gestanzt oder
gebohrt werden. Das Werkzeugaußengewinde des Bolzens wird
nun in das Loch eingeführt. Anschließend drückt
ein Stempel auf das Werkstück derartig, dass das Material
im Randbereich des Lochs in das Werkzeugaußengewinde des
Bolzens fließt und somit das gewünschte Innengewinde
bildet.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist das mindestens eine Gewinde als Außengewinde
ausgeformt, in dem die zur Ausformung des Außengewindes
benötigte Werkstückmasse in eine Form gepresst
wird, die ein als Negativabdruck für das Außengewinde
dienendes Werkzeuginnengewinde aufweist. Selbstverständlich
ist auch ein Verfahren denkbar und von der Erfindung umfasst, bei
dem ein Gehäusebauteil sowohl mit einem Innen- als auch
mit einem Außengewinde gefertigt wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass das Fließpressen
in Form eines Kaltfließpressverfahrens geschieht. Beim
Kaltfließpressen geschieht die Verformung unter Raumtemperatur,
wodurch eine maximale Maßgenauigkeit und eine minimale
Oberflächenrauhigkeit erzielt werden kann. Beim Kaltfließpressen
bilden sich keine Zunder, die bei Umformvorgängen un ter
höherer Temperatur eine Nachbearbeitung des Gehäusebauteils
erforderlich machen.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Gehäusebauteil
für ein Gehäuse einer elektrischen Maschine verwendet.
Gehäusebauteile einer elektrischen Maschine weisen häufig Gewinde
auf, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr
kostengünstig und einfach in einem Fließpressverfahren
hergestellt werden können. Die notwendigen Nachbearbeitungsschritte,
die bei einem gesinterten oder gegossenen Aluminiumgehäuse
einer elektrischen Maschine anfallen, können durch das
Fließpressverfahren eingespart werden.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Gehäuseteil
als Lagerschild der elektrischen Maschine verwendet wird. So können
die Passungen und die Dichtsitze für Lager und Welle direkt
auf das Sollmaß gepresst werden, ohne dass ein anschließender
materialabtragender Bearbeitungsvorgang noch notwendig wäre.
Insbesondere im Bereich der Passungen für die Lager wird eine
sehr hohe Festigkeit des Materials gewünscht, da dort von
der Welle auf die Lager und damit auf das Gehäuse wirkende
Kräfte übertragen werden. Bei heute üblichen
gegossenen Maschinengehäusen aus Aluminium ist diese Festigkeit
häufig nicht gegeben. Daher müssen im Bereich
der Passungen für die Lager häufig Elemente aus
Stahl zusätzlich eingesetzt werden, die die erforderliche
Festigkeit aufweisen. Dies ist beim fließgepressten Gehäuse,
insbesondere bei einem kaltfließgepressten Gehäuse, nicht
erforderlich. Denn beim Pressvorgang verfestigt sich das Material
und bildet pressharte und verschleißfeste Funktionsflächen.
Daher werden im Bereich der Passungen für die Lager besonders
harte Regionen automatisch durch den Kaltpressvorgang erreicht,
weil in diesem Bereich eine signifikante Verformung des Werkstücks
und die damit verbundene Kaltverfestigung naturgemäß stattfinden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass als Material des Werkstücks
eine Knetlegierung, insbesondere eine Aluminiumknetlegierung verwendet
wird. Eine solche Knetlegierung stellt ein sehr weiches Material
dar, welches relativ leicht verformt werden kann. Durch die zuvor
beschriebene Kaltverfestigung kommt es nach dem Pressen trotz der
mangelnden Härte des Ausgangsmaterials zu der erforderlichen
Festigkeit im Bereich der stark verformten Stellen des Gehäusebauteils.
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Alternativ
zur Aluminiumknetlegierung ist auch eine Stahlknetlegierung denkbar.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als
Material des Werkstücks Reinaluminium verwendet. Durch
die Verwendung von Reinaluminium kann eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit
erzielt werden, was wiederum insbesondere bei der Verwendung des
Gehäusebauteils für elektrische Maschinen vorteilhaft
ist.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
ersten Fertigungsschritt zur Herstellung eines Lagerschildes durch
Kaltfließpressen,
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2 einen
zweiten Fertigungsschritt zur Herstellung des Lagerschildes durch
Kaltfließpressen,
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3 einen
dritten Fertigungsschritt zur Herstellung des Lagerschildes durch
Kaltfließpressen,
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4 den
zweiten Fertigungsschritt in einer anderen Schnittdarstellung und
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5 das
gefertigte Lagerschild.
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1 zeigt
einen ersten Herstellungsschritt zur Herstellung eines Lagerschildes 1 durch
Kaltfließpressen. Hierbei wird zunächst ein Werkstück 2 auf
eine untere Formhälfte 10 gelegt. Die untere Formhälfte 10 sowie
eine obere Formhälfte 9 des zum Kaltfließpressen
verwendeten Werkzeugs und das Werkstück 2 sind
im Schnitt dargestellt.
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Bei
dem nachfolgenden Pressvorgang soll an das Werkstück 2 sowohl
ein Innengewinde als auch ein Außengewinde angeformt werden.
Zur Herstellung des Außengewindes ist in die untere Formhälfte 10 eine
Form 7 eingeführt, die ein Werkzeuginnengewinde 8 aufweist.
Dieses Werkzeuginnengewinde 8 dient als Negativabdruck
für das zu pressende Außengewinde des Werkstücks 2.
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Zur
Herstellung des gewünschten Innengewindes wird ebenfalls
in die untere Formhälfte 10 ein Bolzen 5 eingeführt.
Dieser Bolzen 5 umfasst ein Werkzeugaußengewinde 6,
welche als Negativabdruck für das zu fertigende Innengewinde
des Werkstücks 2 dient. Zuvor ist ein Loch in
das Werkstück 2 gestanzt worden, in dass das Werkzeugaußengewinde 6 des
Bolzens 5 eingeführt werden kann. Dieses Loch
hat einen derartigen Durchmesser, dass das Werkzeugaußengewinde 6 des
Bolzens 5 ohne Schraubbewegung in das Loch eingeführt
werden kann.
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Ferner
sind in die obere Formhälfte 9 zwei weitere Bolzen 11 eingebracht,
die beim Pressvorgang in zwei weitere Löcher 12,
die die untere Formhälfte 10 aufweist, eingeführt
werden können.
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2 zeigt
einen zweiten Fertigungsschritt zur Herstellung des Lagerschildes 1 durch
Kaltfließpressen.
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Nunmehr
ist der Zustand nach dem Pressen der oberen Formhälfte 9,
die als Stempel dient, auf die untere Formhälfte 10,
die als Matrize dient, dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das
Material des Werkstücks 2 in das Werkzeuginnengewinde 8 der Form 7 geflossen
ist und somit an dem Werkstück 2 das gewünschte
Außengewinde 4 angeformt wurde. Ferner ist das
Material des Werkstücks 2 in der Umgebung des
Loches durch den Pressvorgang an das Werkzeugaußengewinde 6 des
Bolzens 5 angeformt worden, wodurch das gewünschte
Innengewinde 3 erzeugt wurde.
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3 zeigt
einen dritten Fertigungsschritt zur Herstellung des Lagerschildes 1 durch
Kaltfließpressen. Nach dem in 2 gezeigten
Pressvorgang werden die Form 7 und der Bolzen 5 aus
den durch Kaltfließpressen entstandenen Gewinden herausgedreht.
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4 zeigt
den zweiten Fertigungsschritt in einer anderen Schnittdarstellung,
wobei zu erkennen ist, dass die weiteren Bolzen 11 gleichzeitig
mit der Ausformung der Gewinde 3, 4 Durchgangslöcher
in das Lagerschild 1 gepresst haben. Weiterhin ist in 4 wie
auch bereits in 2 und 3 zu erkennen,
dass bei demselben Pressvorgang Passungen 12 und Dichtsitze 13 für
Lager und Rotorwelle ausgeformt wurden.
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5 zeigt
schließlich das gefertigte Lagerschild 1 mit dem
jeweils zweifach vorhandenen Außengewinde 4 und
Innengewinde 3. Ebenfalls zu erkennen sind die Passung 12 für
das Lager sowie die durch die weiteren Bolzen 11 gepresste
Löcher 14.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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