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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gewindedurchsetzung.
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Gewindedurchsetzungen werden vorzugsweise verwendet, wenn eine Schraubverbindung mit einem Blechteil hergestellt werden soll und haben den Vorteil, dass sie sehr kostengünstig hergestellt werden können und dass das Problem des Handlings einer losen Mutter entfällt. Allerdings können Gewindedurchsetzungen in der Regel keine so großen Kräfte aufnehmen wie beispielsweise massive Muttern.
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Es ist bereits bekannt, eine Gewindedurchsetzung durch Umformen eines lokalen Bereichs des Blechteils zu erzeugen. Hierzu wird zunächst ein Durchbruch oder eine Bohrung im Blechteil hergestellt. Anschließend wird ein im wesentlichen kreisringförmiger, die Bohrung bzw. den Durchbruch umgebender Bereich des Blechteils durch ein Tiefziehwerkzeug bzw. ein Dorn so umgeformt, dass das Blechteil im Bereich des Durchbruchs einen auf einer Seite des Blechteils um ein gewisses Maß überstehenden kreisrunden Kragen erhält. In diesen Graben wird ein Gewinde eingeschnitten. Auf diese Weise hergestellte Gewindedurchsetzungen können vielfältig eingesetzt werden, wobei allerdings Probleme entstehen können, wenn die Gewindedurchsetzung sehr hohen Belastungen ausgesetzt ist, d. h. die Anwendungsmöglichkeiten sind zu hohen Belastungen hin begrenzt.
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Aus der
DE 101 49 012 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Flanschplatten bekannt, in dem in einem Blechstreifen vorgebbarer Dicke Vorlöcher, insbesondere Gewindelöcher, eingeformt und in einem späteren Arbeitsschritt gelocht werden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Gewindedurchsetzung so auszubilden, dass sie möglichst hohen Belastungen standhält. Diese Aufgabe wird mit Hilfe des in Anspruch 1 beanspruchten Verfahrens gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Gewindedurchsetzung in einem Blechteil wird in einem ersten Schritt auf einer Vorderseite des Blechteils ein Durchhalsstempel gegen das Blechteil gepresst, so dass auf einer Rückseite des Blechteils ein Formkörper ausgebildet wird, der einen geschlossenen Boden aufweist. Das Blechteil stützt sich während des ersten Schritts im Bereich der Rückseite auf eine Durchhalsmatrize ab, die wenigstens bereichsweise hohlzylindrisch ausgebildet ist und den Formkörper aufnimmt. In einem zweiten Schritt wird auf der Rückseite des Blechteils eine Kalibriermatrize gegen den Boden des Formkörpers gepresst und dadurch der Boden eingeebnet. In einem dritten Schritt wird der Boden des Formkörpers entfernt und in einem vierten Schritt wird ein Innengewinde im Formkörper hergestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass mit einem vergleichsweise geringem Aufwand eine relativ hoch belastbare Gewindedurchsetzung herstellbar ist.
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Der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Durchhalsstempel kann bereichsweise kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Dadurch wird die Ausbildung der gewünschten Form des Formkörpers unterstützt.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Blechteil während des ersten Schritts im Bereich des Bodens des Formkörpers auf der Rückseite des Blechteils nicht unterstützt. Weiterhin kann die Durchhalsmatrize den Krümmungsradius vorgeben, mit dem der Formkörper in das unverformte Blechteil übergeht. Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass der Formkörper in der gewünschten Form ausgebildet werden kann, ohne dass das Material des Blechteils in einer unzulässigen Weise beansprucht wird.
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Zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt kann ein Zwischenschritt durchgeführt werden, bei dem ein Prägestempel, der gestuft ausgebildet ist, auf der Vorderseite des Blechteils gegen das Blechteil gepresst wird, so dass im Bereich des Formkörpers eine Vertiefung in die Vorderseite des Blechteils eingeprägt wird und der Formkörper axial verlängert wird. Der Prägestempel kann auf jeder Stufe zylinderförmig ausgebildet sein. Der Zwischenschritt hat den Vorteil, dass zusätzliches Material in dem Bereich des Formkörpers verdrängt wird und somit für die Ausbildung der Gewindedurchsetzung zur Verfügung steht und es weiterhin zu einer Verdichtung des Materials kommt, wodurch letztendlich die Festigkeit und damit die Belastbarkeit der Gewindedurchsetzung erhöht wird.
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Die Kalibriermatrize kann eine Ausnehmung aufweisen, die den Formkörper aufnimmt. Mit der Kalibriermatrize kann die Außenseite des Formkörpers wenigstens bereichsweise auf ihre endgültigen Abmessungen kalibriert werden. Während des zweiten Schritts kann sich der Boden des Formkörpers auf einen auf der Vorderseite des Blechteils angeordneten Kalibrierstempel abstützen. Der Kalibrierstempel kann insbesondere gestuft ausgebildet sein. Durch die Kalibrierung lässt sich eine hohe Maßhaltigkeit der Gewindedurchsetzung erzielen.
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Der Boden des Formkörpers kann durch einen Stanzvorgang entfernt werden. Die Stanzoperation lässt sich schnell und kostengünstig durchführen und kann zudem von der gleichen Bearbeitungsstation wie die anderen Operationen ausgeführt werden.
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Schließlich kann das Innengewinde in den Formkörper eingeschnitten werden. Alternativ dazu kann das Innengewinde auch in den Formkörper eingerollt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
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Es zeigen:
- 1, 2, 3, 4 und 5 verschiedene Verfahrensschritte, die beim bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in dieser Reihenfolge hintereinander ausgeführt werden in einer schematischen Schnittdarstellung und
- 6 ein Blechteil mit einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellten Gewindedurchsetzung in Schnittdarstellung.
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1 zeigt einen ersten Verfahrensschritt in einer schematischen Schnittdarstellung. Bei diesem Verfahrensschritt wird ein Blechteil 1 umgeformt, indem ein Durchhalsstempel 2 auf einer Vorderseite 3 des Blechteils 1 gegen das Blechteil 1 gepresst wird. Dabei stützt sich das Blechteil 1 auf seiner Rückseite 4 auf eine Durchhalsmatrize 5 ab. Als Ergebnis der Umformung wird auf der Rückseite 4 des Blechteils 1 ein Formkörper 6 ausgebildet, der einen geschlossenen Boden 7 aufweist und auf seiner Innenseite 8 komplementär zum Durchhalsstempel 2 geformt ist. Auf seiner Außenseite 9 nimmt der Formkörper dort, wo er an der Durchhalsmatrize 5 anliegt, deren Form an. Dies bedeutet insbesondere, dass der Formkörper im Bereich des Übergangs zum unverformten Blechteil 1 den Krümmungsradius der Durchhalsmatrize 5 in diesem Bereich aufweist. Dieser Radius ist vergleichsweise groß gewählt, um der Gewindedurchsetzung eine hohe Festigkeit zu verleihen. Der Stempel 2 weist insgesamt eine sich zu seinem dem Blechteil 1 zugewandten Ende verjüngende Form auf und kann sich insbesondere aus zylindrischen, kegelstumpfförmigen und gekrümmten Abschnitten zusammensetzen. Dies führt dazu, dass der Formkörper 6 auf seiner Außenseite 9 nicht nur eine Krümmung aufweist, sondern auch bereichsweise kegelstumpfförmig ausgebildet ist. An den ersten Verfahrensschritt kann sich optional ein in 2 dargestellter Zwischenschritt anschließen, der nicht unbedingt erforderlich ist, aber eine deutliche Verbesserung der Eigenschaften der Gewindedurchsetzung zur Folge hat.
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2 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt in einer schematischen Schnittdarstellung. Bei diesem Verfahrensschritt wird ein Prägestempel 10 auf der Vorderseite 3 des Blechteils 1 im Bereich des Formkörpers 6 gegen das Blechteil 1 gepresst. Auf seiner Rückseite 4 stützt sich das Blechteil 1 weiterhin auf die Durchhalsmatrize 5 bzw. auf eine entsprechend der Durchhalsmatrize 5 ausgebildete Matrize ab. Der Prägestempel 10 ist gestuft ausgebildet und weist an seinem dem Blechteil 1 zugewandten Ende einen ersten zylindrischen Abschnitt 11 und daran anschließend einen zweiten zylindrischen Abschnitt 12 auf, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts 11. Diese Ausbildung des Prägestempels 10 hat zur Folge, dass durch den zweiten zylindrischen Abschnitt 12 eine Vertiefung 14 in das Blechteil 1 geprägt wird und dabei Material des Blechteils 1 verdrängt und verdichtet wird. Damit das Material nicht zur Rückseite 3 des Blechteils 1 ausweichen kann, ist dort eine Unterlage 13 angeordnet, die am Blechteil 1 anliegt und einen Materialfluss in diese Richtung verhindert. Dies hat zur Folge, dass das mit dem zweiten zylindrischen Abschnitt 12 verdrängte Material zum Formkörper 6 hin ausweicht. Unterstützt durch den vom zweiten zylindrischen Abschnitt 12 des Prägestempels 10 erzeugten axialen Materialflusses und in Zusammenwirkung mit der Durchhalsmatrize 5 bewirkt der erste zylindrische Abschnitt 11 des Prägestempels 10 eine axiale Verlängerung des Formkörpers 6. Insgesamt entsteht durch den Zwischenschritt somit ein axial verlängerten und wenigstens bereichsweise verdichteter Formkörper 6.
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Der nächste Bearbeitungsschritt ist in 3 dargestellt 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Bearbeitungsschritts, bei dem eine Kalibrierung des Formkörpers 6 erfolgt. Hierzu wird ein Kalibrierstempel 15 auf der Vorderseite 3 des Blechteils 1 in den Formkörper 6 eingeführt Der Kalibrierstempel 15 ist gestuft ausgebildet, wobei eine erste Stufe 16 in den Formkörper 6 hineinragt und eine zweite Stufe 17 die Vertiefung 14 ausfüllt. Die Stufen 16 und 17 sind jeweils zylindrisch geformt und legen die inneren Konturen des Formkörpers 6 und der Vertiefung 14 fest. Auf der Rückseite 4 des Blechteils 1 wird eine Kalibiermatrize 18 gegen den Formkörper 6 gepresst und bestimmt dort, wo der Formkörper 6 an der Kalibriermatrize 18 anliegt die Außenkontur des Formkörpers 6. Die Kalibriermatrize 18 weist eine zentrale Ausnehmung 19 auf mit einer ebenen Bodenfläche 20 und einer Seitenwand 21, die im Übergangsbereich zur Stirnseite der Kalibriermatrize 18 eine Krümmung aufweist. Der Krümmungsradius wird relativ groß gewählt und ist vorzugsweise größer als die halbe Dicke des Blechteils 1. Beispielsweise hat sich bei einer Dicke des Blechteils 1 von 4mm ein Krümmungsradius von 3 mm bewährt. Als Ergebnis des in 3 dargestellten Verfahrensschritts weist das Blechteil 1 auf seiner Vorderseite 3 eine zylindrische Vertiefung 14 mit definierten Abmessungen auf. Der Formkörper 6 weist einen ebenen Boden 7 auf und geht auf seiner Außenseite 9 mit einer definierten Krümmung in den unverformten Bereich des Blechteils 1 über. Die Innenseite 8 des Formkörpers 6 ist zylindrisch ausgebildet und weist definierte Abmessungen auf. Der sich anschließende Bearbeitungsschritt ist in 4 dargestellt.
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4 zeigt einen Bearbeitungsschritt, bei dem der Boden 7 des Formkörpers 6 ausgestanzt wird. Das Ausstanzen wird mit Hilfe eines Lochstempels 22 durchgeführt, wobei das Blechteil 1 auf einer Lochmatrize 23 abgestützt wird. Hierzu wird die Lochmatrize 23 auf der Rückseite 4 des Blechteils 1 positioniert, so dass sie den Formkörper 6 in einer dafür vorgesehenen zentralen Durchgangsbohrung 24, die gestuft ausgebildet ist, aufnimmt. Der Lochstempel 22 wird auf der Vorderseite 3 des Blechteils 1 in den Formkörper 6 eingeführt und stanzt den Boden 7 des Formkörpers 6 aus, wobei er in die zentrale Durchgangsbohrung 24 in der Lochmatrize 23 eintaucht. Über die Durchgangsbohrung 24 kann der ausgestanzte Boden 7 des Formkörpers 6 abtransportiert werden. Zur Fertigstellung der Gewindedurchsetzung ist lediglich ein letzter Schritt erforderlich, der in 5 dargestellt ist.
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5 zeigt einen Verfahrensschritt zur Herstellung eines Innengewindes 25 im Formkörper 6 in einer schematischen Schnittdarstellung. Ein Gewindeschneidwerkzeug 26 wird auf der Rückseite 4 des Blechteils 1 in den Formkörper 6 eingedreht und schneidet dabei das Innengewinde 25 in die Innenseite 8 des Formkörpers 6. Alternativ dazu kann das Gewindeschneidwerkzeug 26 auch auf der Vorderseite 3 des Blechteils 1 in den Formkörper 6 eingeführt werden. Beim Einschneiden des Innengewindes 25 stützt sich das Blechteil 1 auf die Unterlage 13 ab. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Formkörper 6 beim Einschneiden des Innengewindes 25 radial abzustützen. Eine radiale Abstützung ist insbesondere dann erforderlich, wenn in einer alternativen Vorgehensweise das Innengewinde 25 nicht eingeschnitten, sondern eingerollt wird. Mit der Herstellung des Innengewindes 25 ist die Gewindedurchsetzung fertiggestellt.
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Bis auf das Einschneiden des Innengewindes 25 können die einzelnen Fertigungsschritte auf derselben Maschine hergestellt werden, bei der die Werkzeuge für die einzelnen Fertigungsschritte beispielsweise nebeneinander montiert sind und durch einen gemeinsamen Antrieb bewegt werden. Dabei wird das Blechteil 1, das beispielsweise noch Bestandteil eines Blechbandes ist, nach jeden Bearbeitungsschritt zum nächsten Werkzeug der Maschine transportiert.
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6 zeigt das Blechteil 1 mit der vollständig fertiggestellten Gewindedurchsetzung in Schnittdarstellung. Besonders prägnante Merkmale der Gewindedurchsetzung sind die Vertiefung 14 auf der Rückseite 3 des Blechteils 1, das Innengewinde 25, die bereichsweise kegelstumpfförmige Ausbildung der Außenseite 9 und die Krümmung im Übergang zum unverformten Bereich des Blechteils 1, die einen relativ großen Radius aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blechteil
- 2
- Durchhalsstempel
- 3
- Vorderseite des Blechteils 1
- 4
- Rückseite des Blechteils 1
- 5
- Durchhalsmatrize
- 6
- Formkörper
- 7
- Boden des Formkörpers 6
- 8
- Innenseite des Formkörpers 6
- 9
- Außenseite des Formkörpers 6
- 10
- Prägestempel
- 11
- erste Stufe des Prägestempels 10
- 12
- zweite Stufe des Prägestempels 10
- 13
- Unterlage
- 14
- Vertiefung im Blechteil 1
- 15
- Kalibrierstempel
- 16
- erste Stufe des Kalibrierstempels 15
- 17
- zweite Stufe des Kalibrierstempels 15
- 18
- Kalibriermatrize
- 19
- Ausnehmung in der Kalibriermatrize 18
- 20
- Bodenfläche der Aussparung 19
- 21
- Seitenwand der Aussparung 19
- 22
- Lochstempel
- 23
- Lochmatrize
- 24
- Durchgangsbohrung im Lochstempel 22
- 25
- Innengewinde des Formkörpers 6
- 26
- Gewindeschneidwerkzeug
