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Verfahren zur spanlosen Kaltformung eines
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innenverzahnten Metall-Werkstückes, insbesondere eines Sitzbeschlagteiles
eines Kraftfahrzeugsitzes und nach dem Verfahren hergestellter Gegenstand Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines aus Metall, insbesondere aus
Stahl bestehenden Werkstückes, z.B. eines Sitzbeschlagteiles für Fahrzeugsitze,
mit einer Innenverzahnung und einer im Zentrum der Innenverzahnung angeordneten
Lagerstelle, durch spanlose Kaltformung, wobei in ein ebenes Blech eine Vertiefung
eingepreßt wird, in deren Randbereich die Verzahnung geformt wird und in den Boden
der Vertiefung die Lagerbohrung eingeformt wird Bekannt sind Sitzbeschläge für Kraftfahrzeugsitze,
die eine stufenlose Verstellung der Neigung der Rückenlehne des Sitzes gestatten.
Bei einer bekannten Ausführung eines solchen Beschlages befindet sich an einem Beschlagteil
eine
Innenverzahnung mit z.B. einunddreißig Zähnen. In diese Innenverzahnung
greift ein außenverzahntes Rad ein, das eine geringere Zähnezahl, z. B. dreißig
Zähne hat. Dieses Rad ist auf dem Exzenter einer Exzenterwelle gelagert, die ihrerseits
in eine Lagerbohrung eingreift, die sich an dem innenverzahnten Teil befindet und
die zentrisch zu der Innenverzahnung angeordnet ist. Bei jeder Umdrehung der Exzenterwelle,
die mittels eines Handrades drehbar ist, wälzt sich das außenverzahnte Rad einmal
auf der Innenverzahnung ab, wobei die Lehnenneigung um den einer Zahnteilung entsprechenden
Winkel, also z.B. um 12 Winkelgrade verstellt wird.
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Die Innenverzahnung muß bei gegebenen Eigenschaften des Werkstoffes
und bei gegebenem Modul der Verzahnung eine gewisse Mindesthöhe aufweisen, um dem
Beschlag die nötige Haltbarkeit zu geben. Die Verzahnung muß ja auf einem verhältnismäßig
kleinen Radius große Lehnenmomente abstützen können, z.B. Lehnenmomente in der Größenordnung
von 1.000 Nm.
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Bei Beschlägen, die dieses Moment auf einer Seite der Lehne aufnehmen
müssen, ist hierfür eine Zahnhöhe von ca. 3,5 mm erforderlich, während bei beidseitig
angeordneten Beschlägen immer noch eine Zahnhöhe von 2,7 mm nötig ist, um die vorkommenden
Kräfte mit der erforderlichen Sicherheit auffangen zu können.
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Solche Sitzbeschlagteile wurden auch bisher schon spanlos geformt.
Dabei wurde von einem Blech ausgegangen, dessen Dicke mindestens 1 mm größer ist
als die geforderte Zahnhöhe. In einem Feinstanzwerkzeug wurde in ein solches Blech
eine Vertiefung geprägt, an deren Rand die Innenverzahnung durch einen Stanzschnitt
gebildet wurde. Die die Zahnhöhe übersteigende Blechdicke ist dabei notwendig, um
noch einen genügend dicken Verbindungssteg zwischen dem Boden der Vertiefung und
dem übrigen Teil des Werkstückes zu erhalten. Es sind deshalb mit Rücksicht auf
die Verzahnung für einseitige Beschläge Blechdicken von mindestens 4,5 mm und für
doppelseitige Anordnung bestimmte Beschläge Blechdicken von etwa 4 mm erforderlich,
obwohl so große Blechdicken für die geforderte Festigkeit des Beschlagteiles im
übrigen nicht nötig wären. Es entsteht dadurch ein großer Materialaufwand, der sich
stark auf die Kosten auswirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art vorzuschlagen, das es gestattet, als Ausgangsmaterial Bleche zu verwenden,
deren Dicke höchstens gleich,, vorzugsweise aber kleiner ist als die Höhe der herzustellenden
Zähne, wobei dennoch ein genügend dicker Übergang zwischen dem die Lagerbohrung
enthaltenden Boden der Vertiefung und dem übrigen Werkstück vorhanden sein soll.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in das ebene
Blech zunächst eine napfförmige Vertiefung
eingeformt wird, daß
ein ringförmiger Bereich, in dem die Innenverzahnung gebildet wird, mittels Ringzacken
eines Werkzeuges zur Verhinderung des seitlichen Abfließens von Material fixiert
wird und daß anschließend daran die Verzahnung durch Fließpressen gebildet wird,
wobei den Zähnen eine Höhe gegeben wird, die gleich oder größer ist als die Dicke
des Bleches.
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Während bei der bisherigen Herstellungsmethode im wesentlichen ein
Stanzvorgang angewendet wurde, wird gemäß der Erfindung im wesentlichen ein Fließpreßvorgang
vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Zahnhöhe gleich oder
größer auszubilden als die Dicke des Ausgangsbleches, da bei dem Fließpreßvorgang
Material in den Bereich der Zähne gebracht wird. Eine definierte Verformung ist
dadurch möglich, daß der Bereich, in dem die Zähne gebildet sind, mittels Ringzacken
des Werkzeuges fest eingespannt wird. Bei der Konstruktion des Werkzeuges muß beachtet
werden, daß der durch die Ringzacken eingegrenzte Bereich des Werkstückes weder
Material abfließen läßt noch den Zutritt von Material gestattet. Es muß deshalb
darauf geachtet werden, daß die gewünschte Endform des Werkstückes in dem genannten
Bereich das gleiche Materialvolumen enthält wie das mit napf förmiger Vertiefung
versehene Vorprodukt. Bei Materialmangel würde eine vollständige Ausformung nicht
möglich sein. Bei MaterialUberschuß würden die gewünschten Maße ebenfalls nicht
erreicht werden können. Auch
wäre ein vollständiges Schließen des
Werk#euges dann nicht möglich bzw. es würden sich Grate bilden. Die Erfindung bringt
den wesentlichen Vorteil, daß von einer wesentlich geringeren Blechdicke ausgegangen
werden kann, z.B.
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von einer Blechdicke von 2,5 mm, wenn eine Zahnhöhe von ca. 3 mm gewünscht
wird. Hierdurch wird eine wesentliche Materialersparnis erzielt, ohne daß die Funktionstüchtigkeit
des Werkstückes leidet. Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit der Herstellung
von Sitzbeschlägen gemacht, ist jedoch auch bei anderen Werkstücken anwendbar, bei
denen eine Innenverzahnung geformt werden muB, die sich am Rande einer durch einen
Boden begrenzten Vertiefung befindet.
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Als vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß
Anspruch 2 erwiesen. Die Erfindung ist jedoch auch dann ausführbar, wenn die Tiefe
des Napfes gleich ist oder kleiner ist als die Tiefe der Vertiefung am Fertigprodukt.
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Bei einer Ausführungsforn gemäß Anspruch 3 erhält man einen günstigen
Fließvorgang, da das Material auf kurzem Wege in die Zähne hineingepreßt wird. Man
kann aber stattdessen auch eine Ausführungsforin gemäß Anspruch 4 vorsehen oder
die Ausffihrungsformen nach den Ansprüchen 3 und 4 miteinander kombinieren. Bei
der Ausführungsform gemäß Anspruch 4 wird ebenfalls eine günstige Fließrichtung
erreicht, wobei Material direkt in Richtung der Höhenerstreckung der Zähne gedrückt
wird.
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Besonders vorteilhaft ist die Weiterbildung gemäß Anspruch 5, da der
Verformungsgrad beim Fertigpressen des Werkstückes verringert wird. Beim Ziehen
der napf förmigen Vertiefung nämlich wird bereits Material in die Räume gebracht,
in denen später die Zähne gebildet werden.
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Die Anformung eines Halses gemäß den Ansprüchen G und 7 bringt eine
Verlängerung der Lagerbohrung über die Dicke des Ausgangsbleches hinaus und ermöglicht
es, auf jeden Fall die gewünschte spezifische Lagerbelastung zu erhalten. Es wird
dadurch ein gewisser Nachteil, den die Verwendung dünneren Bleches mit sich bringt,
mehr als ausgeglichen.
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Das im Anspruch 8 angegebene Verhältnis zwischen Dicke des Ausgangshleches
und Zahnhöhe ist nur beispielhaft. Die Erwindung bringt bereits Vorteile, wenn die
Zahnhöhe etwa gleich der Blechdicke gewählt wird.
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Schutz wird auch beansprucht für das Produkt als solches.
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Sichtbare Merkmale des angewendeten Herstellungsverfahrens sind das
Vorhandensein einer Zahnhöhe, die gleich oder größer ist als die Blechdicke des
Ausgangswerkstoffes und eine Werkstuckform, wie insbesondere verschiedene Wandstärken,
die auf ein partielles Fließpressen im Anschluß an einen Ziehvorgang hinweisen.
Das Herstellungsverfahren durch Anwendung des Fließpressens wirkt sich naturgemäß
auch in der Struktur des Werkstoffes aus und konnte bei einer entsprechenden Werkstoffuntersuchung
auch festgestellt werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eineAnsicht eines Sitzbeschlagteiles mit Blickrichtung auf die
Innenverzahnung, Fig. 2 in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab einen Ausschnitt
aus dem Sitzbeschlagteil in einem Zwischenstadium der Herstellung, Fig. 3 einen
Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung,
Fig. 5 einen Schnitt durch das Fertigprodukt im Bereich der Verzahnung entsprechend
der Schnittlinie V-V in Fig. 6, Fig. 6 eine Draufsicht auf das Fertigprodukt in
Richtung des Pfeiles VI in Fig. 5, Fig. 7 eine denFig 3 und 4 entsprechende Darstellung,
wobei ein Zwischenstadium bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gezeigt und der Schnitt entsprechend der Linie VII-VII in Fig. 10 gelegt ist,
Fig.
8 einen Schnitt durch ein Fertigprodukt, das aus dem Zwischenprodukt nach Fig. 7
hervorgegangen ist, Fig. 9 einen der Fig. 8 entsprechenden Schnitt bei einer weiteren
Abwandlung der Erfindung und Fig. 10 eine Draufsicht entsprechend dem Pfeil X in
Fig. 7.
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Fig. 1 zeigt einen fertigen Sitzbeschlagteil, der insgesamt mit B
bezeichnet ist. In diesem Sitzbeschlagteil befindet sich eine Vertiefung 1, in deren
Randbereich eine Innenverzahnung 2 angeordnet ist. Es sei angenommen, daß es sich
hierbei um die Ausführungsform gemäß den Fig. 5 und 6 handelt, wobei allerdings
in Fig. 6 weniger Zähne gezeigt sind als in Fig. 1, was aber für das Prinzip der
Erfindung ohne Belang ist.
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Die Vertiefung 1 ist durch einen Boden 3 begrenzt, in dem sich eine
Lagerbohrung 4 befindet. Der Boden 3 hängt ueber einen relativ dünnen Bereich 5
mit dem hebelartigen Teil 6 des Beschlagteiles B zusammen. In diesem hebelartigen
Beschlagteil 6 befinden sich Löcher 8 und 8', die zur Verbindung des Beschlagteiles
mit dem Rahmen einer Lehne oder dem Rahmen eines Sitzunterteiles dienen.
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Die Dicke des hebelartigen Bereiches 6 hat noch eine genügende Festigkeit,
wenn eine Blechdicke von z.B. 2,5 mm gewählt wird.
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Auch könnte man den hebelartigen Bereich 6 durch Sickenprägungen oder
einen rundum hochgezogenen Rand versteifen.
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Die Zähne 7 der Verzahnung 2 jedoch müssen eine Höhe h haben, die
größer als 2,5 mm ist, da die spezifische Belastung der Zähne einen gewissen Wert
nicht überschreiten darf, wenn das Lehnenmoment auf dem verhältnismäßig kleinen
Radius der Verzahnung aufgenommen werden soll. Hierbei muß ein Lehnenmoment von
1.000 Nm aufgenommen werden können, um der Belastung der Rückenlehne zu entsprechen,
wie sie z.B. bei Auf fahrunfällen im vorderen Fahrzeug entstehen oder beim Abstützen
des Oberkörpers auf der oberen Lehnenkante. Das nachfolgend beschriebene Herstellungsverfahren
nun ermöglicht es, die Höhe der Zähne 7 größer zu machen als die Dicke des Bleches.
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Bei der Herstellung kann gleichzeitig mit dem Ausstanzen der Kontur
9 und der Löcher 8 und 8' oder auch nach dem Ausstanzen dieser Kontur eine napfförmige
Vertiefung 10 hergestellt werden. Es handelt sich hierbei im wesentlichen um einen
Ziehvorgang, bei dem das Blech vor allem in dem Übergangsbereich 11 verformt wird.
Die Tiefe t der napf förmigen Vertiefung 10 ist vorzugsweise ein wenig größer als
die Höhe h der herzustellenden Zähne 7.
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In einem weiteren Arbeitsgang, der in einem Folgewerkzeug ausgeführt
wird, werden der Übergangsbereich 11 und beiderseits daran anschließende Bereiche
fest im Werkzeug eingespannt.
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Dieser eingespannte Bereich ist in den Fig. 4 und 5 durch die Linien
12 und 13 definiert. Der zwischen diesen Linien liegende Bereich
ist
insgesamt mit 14 bezeichnet.
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Vor der weiteren Verformung werden in das Material Ringzacken des
Werkzeuges eingedrückt, d.h. kreisförmige Vorsprünge, die in dem Zwischenprodukt
Nuten 15 und 18 bilden. Das Einspannen des Bereiches 14 mit Hilfe der Ringzacken
verhindert ein Abfließen von Material aus dem Bereich 14 oder ein Hineinfließen
von Material in diesen Bereich. Es findet danach im wesentlichen ein Fließvorgang
statt, bei dem der Bereich 14 in die aus Fig. 5 ersichtliche Form gebracht wird.
Hierbei werden die Zähne 7 gebildet. Im Obertangsbereich 5 wird eine kegelstumpfförmige
Fläche 19 angeformt, die vorzugsweise mit einem WinkeldC von ungefähr 450 gegenüber
der ebenen Fläche 35 geneigt ist. Gleichzeitig wird die Lagerbohrung 4 durch Ausstanzen
gebildet.
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Bei diesem Verformungsvorgang wird in Fig. 5 betrachtet das Material
im wesentlichen schräg von unten außen nach oben innen in den Bereich der Zähne
7 verdrängt. Bei der Konstruktion des Werkzeuges muß sorgfältig darauf geachtet
werden, daß das Materialvolumen im Bereich 14 ausreicht, um die Form nach Fig. 5
voll auszufüllen. Andererseits darf auch ein Materialüberschuß nicht vorhanden sein,
weil sonst das Material innerhalb der vorhandenen Hohlräume keinen Platz findet,
so daß ein vollständiges Schließen des Werkzeuges
nicht möglich
ist bzw. Grate entstehen. Bei der Umformung aus dem Stadium nach Fig. 4 in das Fertigstadium
nach Fig. 5 wurde die Tiefe t wieder etwas verringert. Dies ist für den Verformungsvorgang
vorteilhaft.
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Bei der in den Fig. 7, 8 und 10 gezeigten Variante wird zunächst eine
Vertiefung 20 von etwas komplizierterer Form hergestellt.
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Im Gegensatz zu den Fig. 3 und 4 nämlich werden im Randbereich der
Vertiefung Buckel 21 gebildet, die nach innen vorspringen. Wie man aus Fig. 10 ersehen
kann, sind die Buckel 21 gleich angeordnet wie die später herzustellenden Zähne.
Bei der Bildung der Buckel wird von der Unterseite des Bleches Material nach innen
gedrückt, so daß einem Buckel 21 an der Innenseite der Vertiefung eine Einbuchtung
22 an der Außenseite der Vertiefung entspricht. Gleichzeitig wird im Zentrum des
Bodens 23 ein Hals 24 angeformt, der eine Durchbrechung 25 enthält.
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In einem zweiten Arbeitsgang wird dann die Form nach Fig. 8 hergestellt.
Hierbei wird im Bereich jedes Buckels 21 ein Zahn 7' gebildet. Auch hierbei wurde
ein durch die Linien 26 und 27 definierter Bereich mittels Ringzacken des Werkzeuges
eingespannt. Auch hier hinterlassen die Ringzacken am Werkstück Nuten 28 bis 31.
Der Hals 24 ist dabei weiter ausgeformt worden zu einem Hals 24', wobei auch eine
fertige Lagerbohrung 4' gebildet wurde. Die tragende Länge 1 dieser Lagerbohrung
ist wesentlich größer als die Dicke s des Ausgangsbleches. Diese Dicke wird außerhalb
des Bereiches der
Innenverzahnung nicht verändert. Man erreicht
dadurch eine geringe spezifische Lagerbelastung. Die Lagerbohrungen 4 und 4' sind
für die eingangs erwähnte Lagerung einer Exzenterwelle bestimmt.
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Die Vertiefungen 22 an der Außenseite sind am Fertigprodukt wieder
flacher geworden und dort mit 22' bezeichnet.
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Die Ausführungsform nach den Fig. 7, 8 und 10 hat den Vorteil, daß
der Verformungsgrad beim Fertigpressen des Werkstückes geringer ist als bei der
Ausführungsform gemäß den Fig. 2 bis 6, da ja schon beim Herstellen der Vertiefung
20 Material in den Bereich der Zähne transportiert wird.
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Die in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von den
vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen dadurch, daß der hier mit 32 bezeichnete
Boden nicht durchgehend die gleiche Dicke hat, sondern in seinem äußeren Bereich,
nämlich im Bereich unterhalb der Zähne 7" einen dünneren Bereich 32a aufweist, dessen
Dicke etwa nur halb so groß ist wie der innere Bereich 32b. Am Übergang befindet
sich eine Stufe 33. Der dünnere Bodenteil 32a wurde dadurch hergestellt, daß beim
Fertigpressen des Werkstückes von unten her Material in die Zähne 7 hineingepreßt
wurde Es wurde gleichzeitig mit der Herstellung der Verdünnung 32a auch hier ein
kegelstumpfförmiger Bereich 34 geb et; so daß gleichzeitig
Material
von unten her, und, wie anhand der Fig. 5 beschrieben, schräg von unten außen nach
oben innen verdrängt wurde.
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Die Erfindung wurde am Beispiel der Herstellung eines Sitzbeschlagteiles
beschrieben. Als Material für diesen Sitzbeschlagteil wird man im allgemeinen Stahl
verwenden. Bei Verwendung von Stahl erhält man mit einer Blechdicke s von 2,5 mm
einen ausreichend kräftigen Beschlag. Die Zahnhöhe kann ja trotz dieser relativ
geringen Blechdicke so groß gewählt werden, daß die zulässige spezifische Beanspruchung
nicht überschritten wird. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen Werkstücken
anwendbar, bei denen innerhalb einer Innenverzahnung ein Boden angeordnet ist, der
einen Zusammenhang mit dem die Innenverzahnung tragenden Werkstück haben muß.