EP2097187A1 - Formteil und verfahren zur herstellung eines solchen formteils - Google Patents

Formteil und verfahren zur herstellung eines solchen formteils

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EP2097187A1
EP2097187A1 EP07845277A EP07845277A EP2097187A1 EP 2097187 A1 EP2097187 A1 EP 2097187A1 EP 07845277 A EP07845277 A EP 07845277A EP 07845277 A EP07845277 A EP 07845277A EP 2097187 A1 EP2097187 A1 EP 2097187A1
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EP
European Patent Office
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weakening
wall
molding
weakenings
forming
Prior art date
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EP07845277A
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English (en)
French (fr)
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EP2097187B1 (de
Inventor
Ralf Eckstein
Markus Meidert
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ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Presta AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp Presta AG
Priority to PL07845277T priority Critical patent/PL2097187T3/pl
Publication of EP2097187A1 publication Critical patent/EP2097187A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2097187B1 publication Critical patent/EP2097187B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/0815—Making tubes with welded or soldered seams without continuous longitudinal movement of the sheet during the bending operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/76—Making machine elements elements not mentioned in one of the preceding groups
    • B21K1/767—Toothed racks
    • B21K1/768—Toothed racks hollow

Definitions

  • the invention relates to a molded part according to the preamble of claim 1 and a method for producing a molded part according to the preamble of claim 12.
  • Such moldings are for example machine parts with contours for transmitting force and movement such as cams, ramps with gradients in the axial direction and in the circumferential direction, switching scenes in the form of openings, switching scenes in the form of depressions, meandering structures and gears. If high strength and accuracy requirements apply to such molded parts, their production is very complicated and expensive. For example, in racks, especially for steering systems of motor vehicles, it is important to obtain the most accurate tooth geometry and high tooth strength. In the prior art, there are a number of methods by which racks are produced by forming or machining processes and corresponding post-processing steps. But such racks often have a high weight and correspondingly high material costs.
  • JP 11-180318 A a method for producing a hollow rack made of a flat sheet is presented, in which in a first step, the sheet is bent into a U-shape, wherein the connecting portion between the two U-legs is semicircular. Subsequently, the toothing is pressed into the apex of the arc of the connecting portion and bent the legs to a closed tube profile.
  • the toothing is first pressed into the flat sheet metal. Subsequently, the areas of the sheet are bent next to the teeth to a closed tube.
  • the legs of the U-profile are unequal in length and it is the longer of the two legs transformed to form the closed pipe profile.
  • the tooth shape is not very accurate to produce. The bending operations bring tension in the area of the teeth, which leads to a distortion of the teeth. This also changes the uneven leg length only a little.
  • Sheet metal is assumed to be a (piecewise) plane strain state for simplicity, resulting in essentially two main strain directions, one inside the sheet metal piece In the case of bending, the shape of the piece of sheet metal is plastically deformed along these major changes in shape ptform selectedungs line be designated.
  • a bending line of the molding is defined as extending from a point of the molding along a maximum of the bend of the molding. In the case of bending deformation of the molding, it corresponds to the neutral fiber in cross-section at right angles to the axis about which the molding is bent.
  • the object of the invention is to provide a formed from a flat piece of sheet metal by forming the flat piece of sheet metal molded part of the type mentioned, which has a very precise form of the at least one element element at a low production cost.
  • a method for producing a molded part of the aforementioned type is to be provided in which a very high precision of the element is already achieved after the forming.
  • Core idea of the invention is that can be influenced by appropriately introduced into the sheet weakening and / or holding edges introduced by the subsequent forming steps in the sheet tension distribution.
  • stresses in particular bending stresses over transversely to a main strain curve line, such as a bending line, extending weakenings, such as beads or milled grooves, transmitted only to a small extent.
  • weakenings such as beads or milled grooves
  • the main strain-change line is selected along which the strain would be transmitted during the subsequent forming steps into the portion in which the forming element is disposed.
  • the partial region having the shaped element thus represents a region which is as uninfluenced as possible by the influence of subsequent transformations. At least the partial region corresponds in its extent to the expansion of the formula element.
  • the shaped element can be, for example, a surface contour introduced into the wall of the molded part within the partial area or a non-continuous or continuous recess introduced into the wall of the molded part in the partial area or can be formed by a plurality of such recesses.
  • a main deformation line for example a bending line, seen in front of and behind the partial area or the shaped element, ie in cross section parallel to the main strain line, for example a bending line, seen on both sides of the partial area or of the formula element in each case at least one weakening and / or holding edge.
  • a weakening or holding edge could be provided on each side of the subregion.
  • the subsequently planned forming operations are advantageously taken into account.
  • numerical simulations FEM simulations
  • the weakening points are to be designed in such a way that the stresses introduced outside the subregion, in particular bending stresses, can be dissipated at the weakened point. This means that as a rule the weakened areas partially or completely delimit a partial area to be protected.
  • the material flow is greatly reduced by the installation of the corresponding shoulders or edges on the tool.
  • the weakenings in this case also form holding edges at the same time. This further reduces an introduction of stresses into the subarea that is delimited by the weakenings.
  • at least one retaining edge is designed as a weakening.
  • retaining edges which do not simultaneously represent weakening. Weakening may be advantageous over retaining edges, inter alia, in that contact with the tool at the point of weakening during forming is not required to avoid unwanted deformations in the portion having the feature. In the case of a retaining edge, a tool contact is required.
  • a molded part according to the invention may, for example, be a machine part with a molding element arranged in at least one partial area for the purpose of transmitting force and / or movement, wherein the molding element may be, for.
  • a cam ramp with slope in the axial direction and / or in the circumferential direction
  • a shift gate in the form of a non-continuous or continuous recess (ie in the form of a depression or breakthrough), a meandering structure or a toothing can be.
  • the mold element is a surface structure with an optical effect, such. B. in a Fresnel lens.
  • Molded part is at least one further deformation of the molded part, which represents or includes in particular a bend of the molded part carried out, wherein the respective introduced weakening and / or holding edge counteracts a further uncontrolled deformation of the molded part in the partial area.
  • the partial region in which the molded element is located is preferably on both sides of at least one weakening and / or retaining edge, with reference to the main deformation line, for example a bending line, formed during the deformation, in particular bending operation, which takes place to form the molded part demarcated, this weakening or holding edge transverse, preferably orthogonal, to the main strain line, such as a bending line runs.
  • At least one preliminary forming of the piece of sheet metal which in particular constitutes or comprises a bending of the molding, has already been carried out.
  • the weakenings and / or holding edges are preferably formed linear.
  • the linear course can be straight. Also, a curvatures and / or angularly extending sections having line-shaped course is conceivable and possible. Furthermore, interruptions of the weakenings and / or holding edges in the linear course are possible.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a molded part according to the invention, which is in the form of a rack;
  • Figure 2 shows the starting workpiece, the flat sheet metal blank, for the production of the rack
  • Figure 3 shows a first forming stage for forming the rack, shown in cross section
  • Figure 4 shows a second forming stage for forming the rack, shown in cross section
  • Figure 5 shows a possible third forming stage for the production of the rack, shown in cross section
  • Figure 6 shows an embodiment of the finished formed rack in the tool, according to the figure 1, shown in cross section;
  • Figure 7 shows the semi-finished rack, according to the forming step corresponding to Figure 3 in isometric view;
  • Figure 9 shows an embodiment of the rack according to the invention, corresponding to the figure 1 in longitudinal section;
  • FIG. 10 shows a detail of the rack according to the invention, according to the
  • FIG. 4 is an isometric view; Figure 12 section Z of Figure 6;
  • Figure 13 shows a second embodiment of a molding according to the invention, which in
  • Figure 14 shows a third embodiment of a molded part according to the invention, which is in the form of a hollow rod with a sliding recess, in isometric
  • Figure 15 shows a fourth embodiment of a molding according to the invention, in
  • FIG. 1 shows a section of an embodiment of a molded part according to the invention in the form of a rack 1 in an isometric view.
  • the rack extends in a longitudinal direction 39 and comprises the wall 3, which surrounds the longitudinal axis 2 of the rack 1 with the formation of the cavity 49.
  • a toothing 6 with the teeth 13 is embossed as a molded element.
  • the subregion 5 expands at least over the region of the toothing 6.
  • weakenings 7 - 12 extend in the longitudinal direction 39 of the rack, that is parallel to the longitudinal axis 2, and have a length 25 which corresponds approximately to the length of the toothed portion 6.
  • the wall thickness of the wall 3 at the weakening points 7, 8, 9, 10, 11, 12 is made thinner in relation to the initial wall thickness or the wall thickness in the surroundings.
  • the invention also includes other types of gears in which, for example, the angle of the tooth direction with respect to the longitudinal direction 2 is in the range between 30 and 90 °.
  • the teeth can be configured as desired, for example as a helical toothing or as a toothing with variable pitch.
  • the circumferential direction 4 corresponds to the direction of the course of the bending line of the toothed rack 1 (see Fig. 6), which here corresponds to the main shape change line 52.
  • weakenings 7-12 are formed on the outer surface 15 and on the inner surface 14. It is also conceivable and possible to provide weakenings only on the outer surface 15 or only on the inner surface 14 of the wall 3.
  • FIGS. 9 and 10 the embodiment of the toothed rack 1 according to the invention is illustrated in longitudinal section (FIG. 9) and in a plan view of the toothing (FIG. 10).
  • the subregion 5 in the longitudinal direction 2 is additionally delimited by the holding edges 37, and arches 38, which also serve as holding edges.
  • the delimitation by the weakening points and / or holding edges does not have to take place without interruption. It is readily conceivable and possible to provide gaps in the portions of the weakenings and / or retaining edges.
  • the delimitation of the portion 5, in which the toothing 6 is introduced increases the quality in the longitudinal direction, but is not necessarily required because of the direction of the toothing and the forming steps necessary in the manufacturing process, since only a small proportion of stresses in the sub-range 5 is introduced from outside.
  • the weakenings 7 - 12 which delimit the partial region 5 with respect to the circumferential direction 4, are provided in order to transmit the stresses in the Part 5 to reduce. It is preferable in this case if the length 25 of the weakenings 7 - 12 corresponds at least to the length of the partial region 5, that is to say at least the length of the toothing 6, measured in the longitudinal direction 2. It is quite possible to form the weakenings 7, 8, 9, 10, 11, 12 with interruptions along their length.
  • the Weakening is formed as a press-fitted continuous groove, wherein its length 25 corresponds to the length of the partial region 5 or the toothing 6 in the longitudinal direction 2 or projects beyond this on both sides by up to 5%.
  • the depth 33 of the embossed groove is in the preferred case 1/4 to 1/3 of the wall thickness of the wall 3 (see also Fig. 12).
  • Wall 3 indentations are provided as a weakening, the depth of the groove can be further reduced.
  • the depth 33 is then preferably at least 1/6 of the wall thickness of the wall 3.
  • embossing depths that are greater than half the wall thickness, should be avoided.
  • the use of iHaltekanten is also conceivable and possible on these longitudinal sides of the portion 5, wherein it should be noted that the embossed grooves shown in the example already act in addition to the effect of weakening as a holding edge when the grooves in the subsequent forming in contact with the Stand tool.
  • the distance 24, 24 'of the center lines of the weakenings and / or holding edges 7, 8, 9, 10, 11, 12 from the outlet 32 of the toothing 6 in the circumferential direction 4 amounts to at least 1/3 of the wall thickness of the wall 3 in the preferred part.
  • the distance 24 is from the tooth outlet 32 to the first weakening and / or holding edge in Circumferential direction 4 in the preferred case approximately in the range of 1/3 of the amount, the wall thickness of the wall 3 to the entire amount of the wall thickness of the wall 3.
  • the distance 24 'from the tooth outlet 32 to the second weakening and / or holding edge in the circumferential direction 4 is located in the preferred case approximately in the range of 2/3 of the amount of wall thickness of the wall 3 to twice the wall thickness of the wall 3. If in addition to a further weakening 11, 12 on the inner surface 14 of the wall 3 are provided on both sides of the toothing, it is preferably arranged in the circumferential direction 4 between the two externally arranged weakenings and / or holding edges 7, 8, 9, 10.
  • the number of weakening points and / or holding edges and their location on the inner surface 14 or outer surface 15, the wall 3 set.
  • An arrangement of retaining edges is preferred only on the outer surface 15 of the wall 3, since it is simply possible only during the first forming stages, a tool contact between the retaining edge and
  • Weakening and / or Haitekanten that delimit the portion 5 in the circumferential direction 4 could also extend at an angle to the longitudinal direction 39, preferably at an angle of less than 45 ° to the longitudinal direction 39th
  • the flat sheet metal in a forming tool consisting of punch 17 and die 18, in a half-shell-shaped or U-shaped form, comprising two legs 19, 20 with two ends 21, 22 and a connecting portion 23 which is arranged between the two legs 19, 20, reshaped.
  • the two legs 19, 20 are not parallel to each other, but in the direction away from the connecting portion 23 is openably aligned.
  • the end pieces of the two legs 19, 20 are slightly bent after the forming, such that the planes on which the two leg ends 20, 21 are located within of the connecting portion 23 and of the Cut legs 19, 20 partially enclosed space. It is irrelevant whether the bending of the two leg ends 20, 21 in a previous forming step or integrated in this first step, as illustrated in Fig. 3, has taken place.
  • the workpiece is illustrated after the first forming step in an isometric view. The partial region 5 in which the toothing 6 is introduced in the later forming steps is indicated by the dashed lines.
  • the orientation of the legs 19, 20 ensures good accessibility of forming tools for subsequent forming operations.
  • the second and third forming steps are combined into a forming step at the same time in a forming tool.
  • a further forming tool consisting of punch 26 and die 27, the weakenings 7, 8, 9, 10 on the outer surface of the wall 3, the weakenings 11, 12 on the inside of the wall 3 and the toothing 6 in the Component pressed.
  • the open non-parallel alignment of the two legs 19, 20 facilitates retraction of the punch 26 to the inner surface 14, which on the one hand facilitates the formation of the toothing and on the other hand, the indentation of the weakenings 11, 12 on the inner surface 14 of Wall 3 allows.
  • the stamp 26 can be moved out of the workpiece after deformation without damaging the inner surface 14 and the leg ends 21, 22.
  • the die 27 at least the corresponding negative contours for the weakenings and the toothing 6 are formed.
  • Gearing 6 is formed.
  • the inner surface in the region of the toothing 6 is designed according Umformischen aspects such that the toothing 6 is formed in the best possible quality.
  • the quality standard used here is in particular the shape deviation and the residual stresses in the workpiece.
  • An example of this is the inner contour in the region of the toothing 6, as shown in FIG.
  • mold elements corresponding to the stamp 26, such as edges can be provided. At least one of these form elements, preferably all, is arranged in the circumferential direction at a distance from the toothing, so it is not below the same.
  • the formed workpiece corresponding to the same intermediate stage of the forming sequence, as illustrated in FIG. 4, is illustrated in an isometric view.
  • first the toothing and then the weakening can be introduced into the workpiece. It is also conceivable and possible to introduce some of the weakenings in a first step and then to introduce the toothing and subsequently the remaining weakenings into the workpiece. Alternatively, fewer weakenings can be introduced into the workpiece.
  • the weakenings can also be made in other ways than pressing. For example, the weakenings may be introduced by a rolling or rolling process.
  • the two legs 19, 20 are closed further.
  • the workpiece between the forming tools 29, 30 is inserted, which are closed according to the deformation. It is important that the
  • Upper die 29 has at least the negative contour of the toothing.
  • deformation takes place a facilitated bending along the fold lines 34, which are formed by the weakenings I 1 8, 9, 10, 11, 12 in the wall 3 of the workpiece.
  • the Forming stresses that lead to the deformation of the two legs can cause a plastic deformation in this way only to a very small extent or not at all in the area of the toothing 6.
  • Small remnants of the forming stresses are supported by the friction in the forming tool 29, which carries the negative contour of the toothing. As a result, a further deformation of the toothing can be largely avoided.
  • FIG. 6 illustrates the last forming step in which the two legs 19, 20 are formed into the final shape of the rack 1.
  • the formation of the teeth and the generation of the weakenings or holding edges can be done in this embodiment together in a single forming step in a forming tool.
  • Holding edges that limit a portion 5 of the flat sheet 16 are introduced, o in a further manufacturing step, the flat sheet in a first
  • the teeth 6 is pressed and then o in one or more subsequent forming steps, the ends 21, 22 of the two legs 19, 20 to form a in Direction of the longitudinal axis extending cavity are bent together.
  • the weakenings are formed as embossed grooves in the examples illustrated in the figures. It is alternatively conceivable and possible to interpret the weakenings as corrugations which may be rolled or pressed. Likewise, the weakenings and / or holding edges can be produced by a machining process, for example milling. However, it is also conceivable and possible to interpret the weakenings as breakthroughs. Further, areas of the workpiece may also be annealed to achieve such weakening.
  • the weakenings and / or holding edges are already introduced into the starting workpiece, the flat plate 16. This can be done in a simple manner by a stamping operation simultaneously with the cutting of the sheet metal pieces 16 of a coil. It is even conceivable and possible, the weakening and / or holding edges already during rolling of the metal strip from which the sheet metal pieces 16 are punched to introduce. In the course of the remaining steps of the procedure then no additional weakening and / or holding edges need to be introduced accordingly.
  • a rack according to the invention may be formed hollow overall or it may comprise a hollow portion, as shown for example in Fig. 1, on which one side or both sides further, for example, massive parts are attached, for. B. are welded.
  • the hollow portion of the toothing may, in addition to the substantially circular cross-sectional contour shown (apart from the toothing area), also have other cross-sectional contours, for example a square or triangular cross-sectional contour.
  • FIG. 1 A second embodiment of the invention is shown in FIG.
  • the molding is here in the form of an at least partially hollow rod 46 which has a cam contour 40.
  • the rod 46 in turn extends in a longitudinal direction 39 and has a wall 3, which surrounds the longitudinal axis 2 of the rod 46 in cross-section annular view.
  • the circumferential direction 4 again corresponds to the direction of the course of the main shape change line, here in the example of the bending line, the rod 46th
  • the cam contour 40 is formed in a portion 5 of the rod 46 on its outer surface 15. Of the cam contour 40, for example, a pressed-on this by spring force, not shown in Figure 13 part at a take place in the longitudinal direction 39 of the rod displacement of the rod 46 are displaced (in the direction perpendicular to the longitudinal axis 2).
  • the weakenings and instead or additionally providable holding edges can have all the configurations and arrangements already described in connection with the first embodiment.
  • the second embodiment shown schematically in Figure 13 thus differs from the first embodiment only by the nature of the arranged in the portion 5 element form.
  • a third embodiment of the invention is shown schematically in Figure 14, which again differs from the first embodiment only by the nature of the introduced formula element.
  • This is formed in the third embodiment of a recess formed in the form of a recess 41.
  • This serves to cooperate with a not shown in Figure 14, engaging in the sliding recess 41 part which is actuated during the displacement of the rod 47 in the longitudinal direction 39.
  • the sliding recess 41 could also be formed continuously through the wall 3, thus forming an opening in the wall 3.
  • a fourth embodiment of the invention is shown schematically in cross section in FIG.
  • the molding 48 in turn has an internal cavity 49 which, in contrast to the previously described embodiments, is not completely sealed off from the exterior space, but instead has an opening between the ends of the legs 50, 51 of the molding 48. Also in the direction perpendicular to the image plane of the cavity 49 may be open at the ends of the molding 48.
  • a surface contour 42 is formed on the outer surface 15 of the wall 49 partially surrounding the cavity.
  • weakenings 7, 8 of the wall 3 are arranged on both sides next to the surface contour 42. These extend at right angles to the main deformation line 52, here the bending line, of the molding 48.
  • the linear weakenings 7, 8 could in turn also include angles other than 90 ° with respect to the bending line 52, wherein the angle enclosed by the bending line 52 preferably in the range between 45 and 135 ° lie.
  • weakenings may also be arranged in front of and behind the surface contour 42, which weakenings are parallel to the bending line 52, for example.
  • FIG. 15 shows, together with the molded part 48, schematically a tool with which the last forming step has been carried out and which comprises the tool halves 43, 45.
  • the engraving of the tool half 43 contains the negative mold of the surface contour 42.
  • the tool half 43 has projections 53, 54, which engage in groove-shaped weakenings 7, 8.
  • the weakenings 7, 8 thus represent simultaneously holding edges.
  • the tool half 45 has a support punch 44, from which during the forming, the molding 48 is supported on its inner surface 14 over a part of the portion 5.
  • the tool half 45 comprises bending lugs 55, 56 for bending the legs 50, 51 when the tool halves 43, 45 are brought together.
  • weakenings 7, 8 could also be present on the inner surface 14 of the molding 48.
  • more than two weakenings 7, 8 could be arranged on the outer and / or inner surface 15, 14.
  • weakening or in addition to these pure holding edges could be provided, of which the wall 3 is not weakened.
  • the solution according to the invention is applicable to components with a very high aspect ratio in the region of the formula element.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Vehicle Interior And Exterior Ornaments, Soundproofing, And Insulation (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Description

FORMTEIL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SOLCHEN FORMTEILS
Die Erfindung betrifft ein Formteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Formteiles nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Derartige Formteile sind beispielsweise Maschinenteile mit Konturen zur Übertragung von Kraft und Bewegung wie Nocken, Rampen mit Steigungen in achsialer Richtung und in Umfangsrichtung, Schaltkulissen in Form von Durchbrüchen, Schaltkulissen in Form von Einsenkungen, mäanderförmige Strukturen und Verzahnungen. Wenn für solche Formteile hohe Festigkeits- und Genauigkeitsanforderungen gelten, ist ihre Herstellung sehr aufwändig und teuer. Beispielsweise bei Zahnstangen, insbesondere für Lenksysteme von Kraftfahrzeugen, ist es wichtig, eine möglichst genau definierte Zahngeometrie und hohe Zahnfestigkeit zu erhalten. Im Stand der Technik gibt es eine Reihe von Verfahren, mit denen Zahnstangen durch umformende oder spanende Verfahren und entsprechende Nachbearbeitungsschritte hergestellt werden. Derartige Zahnstangen weisen aber vielfach ein hohes Gewicht und entsprechend hohe Materialkosten auf.
In der JP 11-180318 A wird ein Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange aus einem ebenen Blech vorgestellt, bei dem in einem ersten Schritt das Blech in eine U-Form gebogen wird, wobei der Verbindungsabschnitt zwischen den beiden U-Schenkeln halbkreisförmig ausgebildet ist. Anschließend wird die Verzahnung in den Scheitel des Bogens des Verbindungsabschnitts eingepresst und die Schenkel zu einem geschlossenem Rohrprofil umgebogen.
In einer alternativen Ausführungsform der JP 11-180318 A wird die Verzahnung zunächst in das ebene Blech eingepresst. Im Anschluss daran werden die Bereiche des Blechs neben der Verzahnung zu einem geschlossenem Rohr umgebogen.
In beiden Ausführungsformen sind die Schenkel des U-Profils ungleich lang und es wird der längere der beiden Schenkel zur Bildung des geschlossenen Rohrprofils umgeformt. In beiden Ausführungsformen ist die Zahnform jedoch nicht sehr präzise herstellbar. Die Biegeoperationen bringen Spannungen in den Bereich der Verzahnung, die zu einem Verzug der Verzahnung führt. Daran ändert auch die ungleiche Schenkellänge nur wenig.
In der US 6,845,560 B2 wird ebenfalls die Herstellung einer Zahnstange aus einem ebenem Blech vorgestellt. Hier wird das Blech zu einem U-Profil mit zwei Seitenschenkeln und einem Verbindungsstück umgebogen. Im Verbindungsstück ist ein Bereich eben ausgebildet und beidseitig daran anschließend sind zwei Bereiche halbkreisförmig ausgebildet. Zusätzlich ist dieser halbkreisförmige Bereich neben dem ebenen Bereich mit größer werdendem Abstand vom ebenem Bereich mit einem ansteigenden Verlauf umgeformt. Im Anschluss an diese Umformung werden in einem zweiten Schritt die Verzahnung in den ebenen Bereich eingepresst und in einem dritten Schritt die Seitenschenkel zu einem Rohr zusammengebogen.
Auch in diesem Beispiel werden in der auf das Einpressen der Verzahnung nachfolgenden Umformung Spannungen in die Verzahnung eingebracht, die zu einem Verzug führen. Die speziell ansteigende Form des halbkreisförmigen Verbindungsabschnitts neben dem ebenen Bereich, in den die Verzahnung anschließend eingepresst wird, reicht nicht aus, derartige Spannungen zu vermeiden.
Bei einer Umformung werden in das Ausgangswerkstück durch Umformwerkzeuge oder Wirkmedien Spannungen eingebracht, die zu entsprechenden Formänderungen führen. In der Regel liegt im Werkstück ein mehrachsiger Spannungszustand vor, woraus dementsprechend mehrachsige Formänderungen resultieren. Nach „Umformtechnik, Handbuch für Industrie und Wissenschaft", herausgegeben von Kurt Lange, Springer Verlag 1984 können für derartige Formänderungen Hauptformänderungen definiert werden, die im Falle einer ebenen Formänderung in zwei Richtungen verlaufen (Bd. 1 , Seite 144). Bei der Umformung eines Blechs wird zur Vereinfachung ein (stückweise) ebener Formänderungszustand angenommen und es ergeben sich daraus im wesentlichen zwei Hauptformänderungsrichtungen, wovon eine innerhalb des Blechstücks verläuft. Im Falle der Biegung des Blechs verläuft eine der Hauptformänderungen tangential zur Biegelinie. Die Aneinanderreihung der Hauptformänderungen der einzelnen der Umformung unterworfenen Volumenelemente innerhalb des Blechstücks entspricht im Falle der Biegung der Biegelinie. Entlang dieser Haupformänderungen wird die Form des Blechstücks plastisch verformt. Diese Aneinanderreihung der Hauptformänderung in der Blecheben soll im weiteren analog zur Biegelinie als Hauptformänderungs-Linie bezeichnet werden.
Eine Biegelinie des Formteils ist dadurch definiert, dass sie ausgehend von einem Punkt des Formteils entlang eines Maximums der Biegung des Formteils verläuft. Im Falle einer Biegeverformung des Formteils entspricht sie der neutralen Faser im Querschnitt rechtwinklig zur Achse, um welche das Formteil gebogen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein aus einem ebenen Blechstück durch Umformung des ebenen Blechstücks ausgebildetes Formteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, das bei einem geringen Herstellungsaufwand eine sehr genaue Form des mindestens einen Formelements aufweist. Weiter soll ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils der eingangs genannten Art bereitgestellt werden, bei dem bereits nach der Umformung eine sehr hohe Präzision des Formelements erreicht wird.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Formteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit den Merkmalen des Anspruchs 12 . In den Unteransprüchen 2 bis 11 sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Formteils bzw. in den Unteransprüchen 13 bis 17 des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens für das Formteil vorgestellt.
Kerngedanke der Erfindung ist dabei, dass durch entsprechend in das Blech eingebrachte Schwächungen und/oder Haltekanten die durch die nachfolgenden Umformschritte in das Blech eingebrachte Spannungsverteilung beeinflusst werden kann. So werden beispielsweise Spannungen, insbesondere Biegespannungen über quer zu einer Hauptformänderungs-Linie, beispielsweise einer Biegelinie, verlaufende Schwächungen, beispielsweise Sicken oder auch Einfräsungen, nur in geringem Umfang übertragen. Zumindest der Großteil der Spannung wird durch eine Verformung an der
Schwächungsstelle abgebaut. An Haltekanten wird der Stofffluss durch den Kontakt mit dem Werkzeug behindert. Entsprechend kann eine auf der einen Seite der Haltekante eingebrachte Spannung mit der daraus resultierenden Verformung nur in geringerem Umfang auf die andere Seite der Haltekante weitergeleitet werden.
Es ist offensichtlich, dass die Hauptformänderungs-Linie ausgewählt wird, entlang derer sich die Verformung während der nachfolgenden Umformstufen in den Teilbereich, in dem das Formelement angeordnet ist, übertragen würde.
Bei einer Anordnung einer derartigen Schwächungsstelle und/oder Haltekante an einem Rand eines Teilbereichs des umzuformenden Blechstücks wird demzufolge nur ein geringer Teil der Spannungen, die bei einer nachfolgenden Umformung des zum Teilbereich benachbarten, auf der anderen Seite der Schwächung bzw. Haltekante liegenden Bereiches des Blechstücks in das Werkstück eingebracht werden, in diesen Teilbereich eingeleitet. Dadurch wird weitgehend verhindert, dass in ein eng toleriertes Formelement, beispielsweise eine Oberflächenkontur, das zuvor in den Teilbereich eingebracht worden ist, zusätzliche Spannungen und entsprechende Formänderungen durch die nachträgliche Umformung des durch die mindestens eine Schwächung und/oder Haltekante vom Teilbereich abgegrenzten Bereichs des Bleches bewirkt werden.
Dabei sei angemerkt, dass derartig präzise umgeformte Formelemente auch im Falle einer nachfolgenden Nachbearbeitung, z. B. Schleifoperation von Vorteil sind.
Der das Formelement aufweisende Teilbereich stellt somit einen vom Einfluss nachfolgender Umformungen möglichst unbeeinflussten Bereich dar. Zumindest entspricht der Teilbereich in seiner Ausdehnung der Ausdehnung des Formelements.
Es ist bevorzugt, wenn nicht nur mindestens eine sondern alle vorhandenen Schwächungen und/oder Haltekanten von der Verzahnung beabstandet sind, also einen Abstand größer als 0 aufweisen (bezogen auf die Umfangsrichtung). Es ist dann also keine Schwächung und/oder Haltekante vorhanden, die ohne Abstand zur Verzahnung angeordnet ist bzw. innerhalb dieser bzw. unterhalb dieser (bei einer Anordnung auf der gegenüberliegenden Innenfläche der Wandung des Werkstücks) liegt. Das Formelement kann beispielsweise eine in die Wandung des Formteils innerhalb des Teilbereichs eingebrachte Oberflächenkontur oder eine in die Wandung des Formteils im Teilbereich eingebrachte nicht durchgehende oder durchgehende Ausnehmung sein oder von einer Mehrzahl solcher Ausnehmungen gebildet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verlaufen in Richtung einer Hauptformänderungs-Linie, beispielsweise einer Biegelinie, des Formteils gesehen vor und hinter dem Teilbereich bzw. dem Formelement, also im Querschnitt parallel zur Hauptformänderungs-Linie, beispielsweise einer Biegelinie, gesehen beidseitig des • Teilbereichs bzw. des Formelements jeweils mindestens eine Schwächung und/oder Haltekante. Beispielsweise könnte beiderseits des Teilbereichs jeweils genau eine Schwächung oder Haltekante vorgesehen sein.
Zur Anordnung und Auslegung derartiger Schwächungsstellen werden vorteilhafterweise die nachfolgend geplanten Umformoperationen berücksichtigt. Hierzu können numerische Simulationen (FEM-Simulationen) herangezogen werden, in denen die Spannungsverläufe im Bauteil simuliert werden und damit können die richtige Anordnung und Auslegung der Schwächungsstellen bestimmt werden. Grundsätzlich sind die Schwächungsstellen derart auszulegen, dass die außerhalb des Teilbereiches eingebrachten Spannungen, wie insbesondere Biegespannungen, an der Schwächungsstelle abgebaut werden können. Das bedeutet, dass in der Regel die Schwächungsstellen einen zu schützenden Teilbereich teilweise oder vollständig umgrenzen.
Werden durch die Ausbildung der Schwächungen zusätzlich Absätze oder Kanten in das Werkstück eingebracht, so wird der Werkstofffluss durch die Anlage der entsprechenden Absätze oder Kanten am Werkzeug stark vermindert. Die Schwächungen bilden in diesem Fall also gleichzeitig auch Haltekanten aus. Dadurch wird zusätzlich eine Einbringung von Spannungen in den Teilbereich, der durch die Schwächungen abgegrenzt ist, weiter verringert. In einer Weiterführung der Erfindung ist demzufolge zumindest eine Haltekante als Schwächung ausgebildet.
Denkbar und möglich wäre es beispielsweise auch, Haltekanten auszubilden, die nicht gleichzeitig auch eine Schwächung darstellen. Schwächungen können gegenüber Haltekanten unter anderem dahingehend vorteilhaft sein, dass ein Kontakt mit dem Werkzeug an der Stelle der Schwächung während des Umformens nicht erforderlich ist, um unerwünschte Verformungen in dem das Formelements aufweisenden Teilbereich zu vermeiden. Im Fall einer Haltekante ist ein Werkzeugkontakt erforderlich.
Die mindestens eine Haltekante wird somit zur Beeinflussung von Spannungen verwendet, welche bei zur Herstellung der Zahnstange erforderlichen Prozessen auftreten. Ein erfindungsgemäßes Formteil kann beispielsweise ein Maschinenteil mit einem in mindestens einem Teilbereich angeordneten Formelement zur Übertragung von Kraft und/oder Bewegung sein, wobei das Formelement z. B. eine Nocke, Rampe mit Steigung in achsialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung, eine Schaltkulisse in Form einer nicht durchgehenden oder durchgehenden Ausnehmung (also in Form einer Einsenkung oder eines Durchbruchs), eine mäanderförmige Struktur oder eine Verzahnung sein kann. Weiters wäre es beispielsweise denkbar und möglich, dass das Formelement eine Oberflächenstruktur mit einer optischen Wirkung ist, wie z. B. in einer Fresnel-Linse.
Nach der Einbringung des mindestens einen Formelements in den Teilbereich des
Formteils wird mindestens eine weitere Umformung des Formteils, welche insbesondere eine Biegung des Formteils darstellt oder umfasst, durchgeführt, wobei die jeweilige eingebrachte Schwächung und/oder Haltekante einer weiteren unkontrollierten Verformung des Formteils im Teilbereich entgegenwirkt. Vorzugsweise ist der Teilbereich, in dem sich das Formelement befindet, hierbei bezogen auf die bei der Umformung, insbesondere Biegeoperation, die zur Ausbildung des Formteils erfolgt, ausgebildeten Hauptformänderungs-Linie, beispielsweise einer Biegelinie, des Blechstücks beidseitig von mindestens einer Schwächung und/oder Haltekante abgegrenzt, wobei diese Schwächung bzw. Haltekante quer, vorzugsweise orthogonal, zur Hauptformänderungs-Linie, beispielsweise einer Biegelinie, verläuft.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vor der Einbringung des mindestens einen Formelements schon mindestens eine vorausgehende Umformung des Blechstücks, welche insbesondere eine Biegung des Formteils darstellt oder umfasst, durchgeführt worden.
Die Schwächungen und/oder Haltekanten sind vorzugsweise linienförmig ausgebildet. Der linienförmige Verlauf kann hierbei gradlinig sein. Auch ein Krümmungen und/oder winklig zueinanderstehende Abschnitte aufweisender linienförmiger Verlauf ist denkbar und möglich. Weiters sind Unterbrechungen der Schwächungen und/oder Haltekanten im linienförmigen Verlauf möglich.
Die erfindungsgemäße Lösung wird in den Fällen mit Vorteil angewendet, in denen das in den Teilbereich einzubringende Formelement, wegen einer eingeschränkten
Zugänglichkeit, nicht vollständig bis zur fertigen Ausformung des Bauteils zwischen entsprechenden Werkzeuggravuren eines Ober- und Unterwerkzeuges gehalten werden können.
Im Weiteren wird die Erfindung beispielhaft anhand von schematischen Figuren erläutert. Die Figuren veranschaulichen: Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formteils, welches in Form einer Zahnstange ausgebildet ist;
Figur 2 das Ausgangswerkstück, die ebene Blechplatine, zur Herstellung der Zahnstange;
Figur 3 eine erste Umformstufe zur Bildung der Zahnstange, im Querschnitt dargestellt; Figur 4 eine zweite Umformstufe zur Bildung der Zahnstange, im Querschnitt dargestellt;
Figur 5 eine mögliche dritte Umformstufe zur Herstellung der Zahnstange, im Querschnitt dargestellt;
Figur 6 eine Ausführungsform der fertig umgeformten Zahnstange im Werkzeug, entsprechend der Figur 1 , im Querschnitt dargestellt; Figur 7 die halbfertige Zahnstange, entsprechend nach dem Umformschritt entsprechend der Figur 3 in isometrischer Ansicht;
Figur 8 die halbfertige Zahnstange nach dem Einprägen der Verzahnung und der
Schwächungen, korrespondierend mit der Figur 4 in Seitenansicht;
Figur 9 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnstange, entsprechend der Figur 1 im Längsschnitt;
Figur 10 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Zahnstange, entsprechend der
Ausführungsform der Figur 1 in Draufsicht auf die Verzahnungsseite der Zahnstange;
Figur 11 die halbfertige Zahnstange, entsprechend nach dem Umformschritt entsprechend
Figur 4 in isometrischer Ansicht; Figur 12 Ausschnitt Z aus Figur 6;
Figur 13 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Formteils, welche in
Form einer eine Nockenkontur aufweisenden hohlen Stange ausgebildet ist, in isometrischer Ansicht;
Figur 14 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Formteils, welches in Form einer hohlen Stange mit einer Kulissenausnehmung ausgebildet ist, in isometrischer
Ansicht;
Figur 15 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Formteils gemäß der Erfindung, im
Querschnitt dargestellt, zusammen mit einem schematisch dargestellten Umformwerkzeug zur Durchführung eines Umformschritts dieses Formteils.
Alle Figuren dienen nur der Veranschaulichung der Erfindung. Insbesondere sind die
Werkzeuggeometrien und/oder die Größenverhältnisse nur schematisch wiedergegeben.
Zur besseren Übersichtlichkeit sind die Werkzeuge in den Figuren 5, 6 und 15 auseinandergefahren und die Schnitte teilweise nicht als Schraffuren dargestellt.
In der Figur 1 ist ein Ausschnitt einer Ausführungsform eines in Form einer Zahnstange 1 ausgebildeten erfindungsgemäßen Formteils in isometrischer Ansicht dargestellt. Die Zahnstange erstreckt sich in eine Längsrichtung 39 und umfasst die Wandung 3, die unter Ausbildung des Hohlraums 49 die Längsachse 2 der Zahnstange 1 umschließt. In einem Teilbereich 5 ist als Formelement eine Verzahnung 6 mit den Zähnen 13 eingeprägt. Der Teilbereich 5 dehnt sich zumindest über den Bereich der Verzahnung 6 aus. Bezogen auf die tangentiale Richtung bzw. Umfangsrichtung 4 ist der Teilbereich 5 durch Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11 , 12 abgegrenzt, die sich in Umfangsrichtung um einen Abstand 24 bzw. 24' beabstandet beidseitig neben der Verzahnung 6 erstrecken. Diese Schwächungen 7 - 12 erstrecken sich in der Längsrichtung 39 der Zahnstange, also parallel zur Längsachse 2, und besitzen eine Länge 25, die in etwa der Länge des verzahnten Abschnittes 6 entspricht. Wie in der Schnittdarstellung (Figur 6, 12) gut erkennbar ist, ist die Wandstärke der Wandung 3 an den Schwächungsstellen 7, 8, 9, 10, 11 , 12 gegenüber der Ausgangswandstärke bzw. der Wandstärke in der Umgebung dünner ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel verlaufen die Zähne geradlinig und unter einem Winkel von α= 90° sowohl zur Längsachse 2 als auch zur Richtung der Schwächungsstellen 7, 8, 9, 10, 11 , 12 (siehe Figur 10). Die Erfindung umfasst jedoch auch anders geartete Verzahnungen, bei denen beispielsweise der Winkel der Zahnrichtung in Bezug zur Längsrichtung 2 im Bereich zwischen 30 und 90° liegt. Dabei können die Verzahnungen beliebig ausgebildet sein beispielsweise als schraubenförmige Verzahnung oder als Verzahnung mit variabler Teilung .
Die Umfangsrichtung 4 entspricht der Richtung des Verlaufs der Biegelinie der Zahnstange 1 (vgl. Fig. 6), die hier der Hauptformänderungs-Linie 52 entspricht.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind an der Außenfläche 15 und an der Innenfläche 14 Schwächungen 7 - 12 ausgebildet. Denkbar und möglich ist es auch, Schwächungen nur an der Außenfläche 15 oder nur an der Innenfläche 14 der Wandung 3 vorzusehen.
In den Figuren 9 und 10 ist die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnstange 1 im Längsschnitt (Fig. 9) und in einer Draufsicht auf die Verzahnung (Fig. 10) veranschaulicht. Insbesondere anhand der Figuren 9 und 10 ist erkennbar, dass im Beispiel der Teilbereich 5 in Längsrichtung 2 zusätzlich durch die Haltekanten 37, und Bögen 38, die auch als Haltekanten dienen, abgegrenzt ist. Wie im Beispiel zu erkennen ist, muss dabei die Abgrenzung durch die Schwächungsstellen und/oder Haltekanten nicht ohne Unterbruch erfolgen. Es ist ohne weiteres denkbar und möglich Lücken in den Abschnitten der Schwächungen und/oder Haltekanten vorzusehen. Die Begrenzung des Teilbereiches 5, in den die Verzahnung 6 eingebracht ist, in Längsrichtung erhöht zwar die Qualität, ist jedoch aufgrund der Richtung der Verzahnung und der im Fertigungsprozess notwendigen Umformschritte nicht unbedingt erforderlich, da über diesen Weg nur ein geringer Anteil Spannungen in den Teilbereich 5 von außerhalb eingebracht wird.
Durch die Biegung des Werkstücks quer zur Längsrichtung 2 wird der größte Teil der Spannungen in Umfangsrichtung 4 in das Werkstück eingebracht Daher sind die Schwächungen 7 - 12, die den Teilbereich 5 bezogen auf die Umfangsrichtung 4 abgrenzen, vorgesehen, um eine Übertragung der Spannungen in den Teilbereich 5 zu reduzieren. Es ist dabei zu bevorzugen, wenn die Länge 25 der Schwächungen 7 - 12, zumindest der Länge des Teilbereiches 5, also zumindest der Länge der Verzahnung 6, in Längsrichtung 2 gemessen entspricht. Dabei ist es durchaus möglich die Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11 , 12 mit Unterbrechungen entlang ihrer Länge auszubilden. Bevorzugt ist die Schwächung als eingepresst durchgehende Nut ausgebildet, wobei ihre Länge 25 der Länge des Teilbereiches 5 bzw. der Verzahnung 6 in Längsrichtung 2 entspricht oder diese um bis zu 5% beidseitig überragt. Die Tiefe 33 der eingeprägten Nut beträgt im bevorzugten Fall 1/4 bis 1/3 der Wandstärke der Wandung 3 (siehe hierzu auch Fig. 12). Für den Fall, dass sowohl an der Innenfläche 14 als auch an der Außenfläche 15 der
Wandung 3 Einprägungen als Schwächung vorgesehen sind, kann die Tiefe der Nut noch herabgesetzt werden. Die Tiefe 33 beträgt dann vorzugsweise zumindest 1/6 der Wandstärke der Wandung 3. Prägetiefen, die größer als die Hälfte der Wandstärke betragen, sollten vermieden werden. Alternativ ist auch an diesen Längsseiten des Teilbereiches 5 der Einsatz von iHaltekanten denkbar und möglich, wobei festzustellen bleibt, dass die im Beispiel dargestellten eingeprägten Nuten bereits zusätzlich zur Wirkung als Schwächung auch als Haltekante wirken, wenn die Nuten bei der nachfolgenden Umformung in Kontakt mit dem Werkzeug stehen.
Der Abstand 24, 24' der Mittellinien der Schwächungen und/oder Haltekanten 7, 8, 9, 10, 11, 12 von dem Auslauf 32 der Verzahnung 6 in Umfangsrichtung 4 beträgt dabei im bevorzugten Teil zumindest 1/3 der Wandstärke der Wandung 3. Im Falle, dass zwei parallel verlaufende Schwächungen und/oder Haltekanten 7, 8, 9, 10 auf jeder Seite der Verzahnung in der Außenfläche 15 der Wandung 3 vorgesehen sind, liegt der Abstand 24 vom Zahnauslauf 32 bis zur ersten Schwächung und/oder Haltekante in Umfangsrichtung 4 im bevorzugten Fall etwa im Bereich von 1/3 des Betrages, der Wandstärke der Wandung 3 bis zum ganzen Betrag der Wandstärke der Wandung 3. Der Abstand 24' vom Zahnauslauf 32 bis zur zweiten Schwächung und/oder Haltekante in Umfangsrichtung 4 liegt im bevorzugten Fall etwa im Bereich von 2/3 des Betrages der Wandstärke der Wandung 3 bis zum doppelten Betrag der Wandstärke der Wandung 3. Falls zusätzlich noch eine weitere Schwächung 11, 12 auf der Innenfläche 14 der Wandung 3 beidseits der Verzahnung vorgesehen sind, so wird diese vorzugsweise in Umfangsrichtung 4 zwischen den beiden außen angeordneten Schwächungen und/oder Haltekanten 7, 8, 9, 10 angeordnet.
Je nach Wandstärke der Wandung 3 und den Umformschritten ist die Anzahl der Schwächungsstellen und/oder Haltekanten und ihre Lage an der Innenfläche 14 oder Außenfläche 15, der Wandung 3 festzulegen. Dabei ist eine Anordnung von Haltekanten nur an der Außenfläche 15 der Wandung 3 zu bevorzugen, da es nur während der ersten Umformstufen einfach möglich ist, einen Werkzeugkontakt zwischen Haltekante und
Werkzeuggravur zu erreichen. Je nach Lage der Schweißnaht 35 in Umfangsrichtung kann es sogar genügen nur eine einzige Schwächung und/oder Haltekante vorzusehen. Da in' der Regel jedoch die Zahnstange sehr hohen Belastungen standhalten muss, wird in der Regel die Wandstärke der Wandung 3 relativ dick sein müssen. Entsprechend werden bevorzugt auf jeder Seite des Teilbereiches drei Schwächungen, jeweils zwei an der Außenfläche 15 und eine an der Innenfläche 14 der Wandung 3, in das Werkstück eingebracht. Die beiden Schwächungen 7, 8 an der Außenfläche 15, die am dichtesten am Teilbereich angeordnet sind, sind dabei gleichzeitig als Haltekanten ausgelegt. Die geometrische Gestaltung der Schwächungen ist vorzugsweise so auszuführen, dass eine Entnahme des Werkstücks nach dem Umformen der Verzahnung nicht durch Hinterschneidungen behindert wird.
Schwächungen und/oder Haitekanten, die den Teilbereich 5 in Umfangsrichtung 4 abgrenzen, könnten auch winkelig zur Längsrichtung 39 verlaufen, vorzugsweise in einem Winkel von weniger als 45° zur Längsrichtung 39.
Die Verfahrensfolge zur Herstellung der Zahnstange aus einem ebenen Blech 16 ist in den Figuren 2, 3, 4 , 5 und 6 beispielhaft in ihren Hauptschritten veranschaulicht.
In einem ersten Schritt (Fig. 3) wird das ebene Blech in einem Umformwerkzeug, bestehend aus Stempel 17 und Matrize 18, in eine halbschalenförmige bzw. U-förmige Form, umfassend zwei Schenkel 19, 20 mit zwei Enden 21 , 22 und einem Verbindungsabschnitt 23 der zwischen den beiden Schenkeln 19, 20 angeordnet ist, umgeformt. Im bevorzugten Fall sind die beiden Schenkel 19, 20 nicht parallel zueinander, sondern in Richtung weg vom Verbindungsabschnitt 23 sich öffnend ausgerichtet. Die Wandung 3 des Werkstück umfasst nach der Umformung eine konkave Fläche (Hnnenfläche 14) und eine konvexe Fläche (=Außenfläche 15). Zur Verbesserung der Ausbildung einer kreisrunden Endform der Zahnstange 1, sind die Endstücke der beiden Schenkel 19, 20 nach der Umformung etwas abgewinkelt, derart, dass die Ebenen auf denen die beiden Schenkelenden 20, 21 liegen, sich innerhalb des vom Verbindungsabschnitt 23 und von den Schenkeln 19, 20 teilweise umschlossenen Raumes schneiden. Es ist dabei unerheblich, ob die Abwinklung der beiden Schenkelenden 20, 21 in einem vorausgehenden Umformschritt oder integriert in diesen ersten Schritt, wie er in Fig. 3 veranschaulicht ist, erfolgt ist. In der Figur 7 ist das Werkstück nach dem ersten Umformschritt in isometrischer Darstellung veranschaulicht. Der Teilbereich 5, in dem in den späteren Umformschritten die Verzahnung 6 eingebracht wird, ist durch die gestrichelten Linien gekennzeichnet.
Durch die Ausrichtung der Schenkel 19, 20 wird eine gute Zugänglichkeit von Umformwerkzeugen für nachfolgende Umformoperationen gewährleistet.
Die Figur 4 veranschaulicht einen zweiten und dritten Umformschritt zur Einbringung der Schwächungen 7 - 12 und der Verzahnung 6. In der bevorzugten Verfahrensfolge erfolgen der zweite und dritte Umformschritt in einen Umformschritt zusammengefasst gleichzeitig in einem Umformwerkzeug. In diesem Umformschritt werden in einem weiteren Umformwerkzeug, bestehend aus Stempel 26 und Matrize 27, die Schwächungen 7, 8, 9, 10 an der Außenfläche der Wandung 3, die Schwächungen 11, 12 an der Innenseite der Wandung 3 und die Verzahnung 6 in das Bauteil eingepresst. Die geöffnete nichtparallele Ausrichtung der beiden Schenkel 19, 20 erleichtert das Einfahren des Stempels 26 an die Innenfläche 14, was einerseits die Ausformung der Verzahnung erleichtert und andererseits die Einformung der Schwächungen 11 , 12 an der Innenfläche 14 der Wandung 3 ermöglicht. Insbesondere kann der Stempel 26 nach der Umformung ohne Beschädigung der Innenfläche 14 und der Schenkelenden 21, 22 aus dem Werkstück herausgefahren werden. In der Matrize 27 sind zumindest die entsprechenden Negativ- Konturen für die Schwächungen und die Verzahnung 6 ausgebildet. Im Stempel 26 sind die Negativ-Konturen für die Schwächungen und für die Innenfläche im Bereich der
Verzahnung 6 ausgebildet. Die Innenfläche im Bereich der Verzahnung 6 wird dabei nach umformtechnischen Gesichtspunkten derart ausgelegt, dass die Verzahnung 6 in möglichst guter Qualität ausgebildet wird. Als Qualitätsmaßstab dient dabei insbesondere die Formabweichung und die Eigenspannungen im Werkstück. Beispielhaft hierfür ist die Innenkontur im Bereich der Verzahnung 6, wie sie in der Figur 9 dargestellt ist.
Zur Ausbildung von mindestens einer Schwächung 11 , 12 an der Innenfläche 14 der Wandung 3 (im Ausführungsbeispiel sind es zwei Schwächungen 11 , 12) können im Stempel 26 entsprechenden Formelemente, wie Kanten, vorgesehen sein. Mindestens eines dieser Formelemente, vorzugsweise alle, ist in Umfangsrichtung gesehen im Abstand zur Verzahnung angeordnet, liegt also nicht unterhalb derselben.
In der Figur 11 ist das umgeformte Werkstück, entsprechend der gleichen Zwischenstufe der Umformfolge, wie in Figur 4 veranschaulicht, in isometrischer Darstellung veranschaulicht. Die Schwächungen I1 9, begrenzen den Teilbereich 5, in dem die Verzahnung 6 eingebracht ist.
In der Figur 8 ist das Werkstück nach dem erfolgten zweiten und dritten Umformschritt in Seitenansicht dargestellt
Es ist denkbar und möglich den im Ausführungsbeispiel zusammengefassten zweiten und dritten Umformschritt in zwei oder mehr Teilschritte zu zerlegen, bei denen erst die Schwächungen und anschließend die Verzahnung eingeformt wird. Alternativ kann auch zunächst die Verzahnung und anschließend die Schwächung in das Werkstück eingebracht werden. Denkbar und möglich ist es ebenso, in einem ersten Schritt einige der Schwächungen einzubringen und im Anschluss daran die Verzahnung und daran anschließend die restlichen Schwächungen in das Werkstück einzubringen. Es können alternativ auch weniger Schwächungen in das Werkstück eingebracht werden. Die Schwächungen können auch auf andere Art und Weise als Pressen hergestellt werden. Beispielsweise können die Schwächungen durch ein Roll- oder Walzverfahren eingebracht sein.
Im nächsten Umformschritt (Fig. 5) werden die beiden Schenkel 19, 20 weiter geschlossen. Hierzu wird das Werkstück zwischen die Umformwerkzeuge 29, 30 eingelegt, die entsprechend zur Umformung geschlossen werden. Wichtig ist dabei, dass die
Obermatrize 29 zumindest die Negativ-Kontur der Verzahnung besitzt. Im Verlaufe der, Umformung erfolgt eine erleichterte Biegung entlang der Knicklinien 34, die durch die Schwächungen I1 8, 9, 10, 11, 12 in der Wandung 3 des Werkstücks ausgebildet sind. Die Umformspannungen, die zur Umformung der beiden Schenkel führen, können auf diese Weise nur in sehr geringem Ausmaß oder überhaupt nicht im Bereich der Verzahnung 6 eine plastische Formänderung bewirken. Geringe Reste der Umformspannungen werden durch die Reibung im Umformwerkzeug 29, das die Negativ-Kontur der Verzahnung trägt abgestützt. Dadurch kann eine weitere Umformung der Verzahnung weitgehend vermieden werden.
Die Figur 6 veranschaulicht den letzten Umformschritt, bei dem die beiden Schenkel 19, 20 in die endgültige Form der Zahnstange 1 umgeformt werden. Nach erfolgter Umformung stehen die beiden Schenkelenden 21 , 22, abgesehen von einer möglichen kleinen elastischen Rückfederung, miteinander in Kontakt, der durch die im ersten Umformschritt vorzugsweise ausgebildete Abwinkelung nahezu vollflächig ist. Nachfolgend können die Schenkelenden 21, 22, bevorzugt schweißtechnisch, miteinander verbunden werden (hier nicht dargestellt). Neben dem Zusammenführen der beiden Schenkelenden 21, 22 erfolgt im letzten Umformschritt auch die endgültige Ausformung der beiden Schenkel 19, 20 in eine Kreisabschnittsform. Auch in diesem Schritt reduzieren die, durch die Schwächungen gebildeten, Knicklinien 34, das Eindringen der Umformspannungen in den Bereich der Verzahnung. Auch in diesem Schritt ist in der Obermatrize 31 die Negativ-Kontur der Verzahnung ausgebildet. Darüberhinaus sind in der Obermatrize 31 und der Untermatrize 30 die Negativ-Kontur der fertigen Zahnstange im Wesentlichen ausgebildet. Die Einschränkung im Wesentlichen betrifft dabei eine eventuelle Abweichung von der Endkontur zum Vorhalten eventuell vorhandener Rückfederungen und/oder entsprechende Materialzugaben für anschließende mechanische Bearbeitungen der Zahnstange.
Es ist offensichtlich, dass bei diesem Zusammenbiegen ein Werkzeugkontakt an der Innenfläche 14 der Wandung 3 der Zahnstange 1 im Bereich der Verzahnung nicht mehr einfach möglich ist und im gezeigten Ausführungsbeispiel auch nicht durchgeführt wird.
Wie im Beispiel dargestellt, liegt die von der Längsachse 2 weggerichtete Fläche der Verzahnung 6 während der auf die Einbringung der Verzahnung 6 bis zum Zusammenbiegen der Enden 21 , 22 der Seitenschenkel 19, 20 folgenden Umformschritte in der Werkzeuggravuran. Es kann jedoch aus Gründen der Fertigungsfolge erforderlich sein, diesen Werkzeugkontakt nicht in allen folgenden Umformstufen aufrecht zu erhalten. Das ist jedoch mit Nachteilen verbunden und daher ist diese Verfahrensfolge möglichst zu vermeiden, auch wenn sie von der Erfindung mit umfasst ist.
Es ist offensichtlich, dass die beiden, in den Figuren 5 und 6 veranschaulichten, vorgenannten Umformschritte zu einem einzigen Umformschritt zusammengefasst werden können. Dies wäre dann der vierte Umformschritt bzw. der dritte Umformschritt, wenn der genannte zweite und dritte Umformschritt wie erwähnt in einem einzigen Umformschritt zusammengefasst werden. Die Aufteilung oder Zusammenlegung der oben einzeln dargestellten Umformschritte erfolgt nach den für den Fachmann bekannten Techniken der Methodenplanung. Dabei ist es stets das Ziel, möglichst viele Umformschritte zusammenzufassen und in einem Prozessschritt in einem Werkzeug durchzuführen.
Ein Beispiel für ein Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens folgende Schritte umfasst:
o in einem ersten Fertigungsschritt das ebene Blech in einem ersten Umformwerkzeug 17, 18 in eine Halbschalen-Form oder U-Form, umfassend zwei Schenkel 19, 20 mit zwei Enden 21 , 22, die den Enden 21, 22 gegenüberliegend durch einen Verbindungsabschnitt 23 miteinander verbunden sind, umgeformt wird, o in einem zweiten Umformschritt eine oder mehrere Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11 , 12 und/oder Haltekanten, in tangentialer Richtung 4 vom Teilbereich 5 der Wandung 3, der in einem Bereich des Verbindungsabschnittes 23 angeordnet ist, beabstandet, in
Längsrichtung 2 mindestens entlang eines Teils der Länge 25 des Teilbereichs 5 verlaufend, eingeformt werden, o in einem dritten Umformschritt in den Teilbereich 5 die Verzahnung 6 eingepresst wird und danach o in einem oder mehreren nachfolgenden Umformschritten die Enden 21 , 22 der beiden Schenkel 19, 20 unter Ausbildung eines sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Hohlraums zusammengebogen werden.
Ein weiteres Beispiel für ein Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens folgende Schritte umfasst:
o in einem ersten Fertigungsschritt das ebene Blech in einem ersten Umformwerkzeug 17, 18 in eine Halbschalen-Form oder U-Form, umfassend zwei Schenkel 19, 20 mit zwei Enden 21, 22, die den Enden 21, 22 gegenüberliegend durch einen Verbindungsabschnitt 23 miteinander verbunden sind, umgeformt wird, o in einem zweiten Umformschritt in den Teilbereich 5 die Verzahnung 6 eingepresst wird und o in einem dritten Umformschritt eine oder mehrere Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11 , 12, und/oder Haltekanten in tangentialer Richtung 4 vom Teilbereich der Wandung 3, der in einem Bereich des Verbindungsabschnittes 23 angeordnet ist, beabstandet, in
Längsrichtung 2 mindestens entlang eines Teils der Länge 25 des Teilbereichs 5 verlaufend, eingeformt wird und danach o in einem oder mehreren nachfolgenden Umformschritten die Enden 21, 22 der beiden Schenkel 19, 20 unter Ausbildung eines sich in Längsachse erstreckenden Hohlraums zusammengebogen werden. Die Ausformung der Verzahnung und die Erzeugung der Schwächungen oder Haltekanten kann in diesem Ausführungsbeispiel gemeinsam in einem einzigen Umformschritt in einem Umformwerkzeug erfolgen.
Ein weiteres Beispiel für ein Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens folgende Schritte umfasst:
o in einem ersten Schritt eine oder mehrere Schwächungen 7, 8, 9, 10, 11 , 12 und/oder
Haltekanten, die einen Teilbereich 5 des ebenen Blechs 16 begrenzen eingebracht werden, o in einem weiteren Fertigungsschritt das ebene Blech in einem ersten
Umformwerkzeug 17, 18 in eine Halbschalen-Form oder U-Form, umfassend zwei Schenkel 19, 20 mit zwei Enden 21, 22, die den Enden 21 , 22 gegenüberliegend durch einen Verbindungsabschnitt 23 miteinander verbunden sind, umgeformt wird, o in einem weiteren Umformschritt, der vor der Ausbildung der U-Form, nach der
Ausbildung der U-Form oder gemeinsam mit der Ausbildung der U-Form erfolgt, in den Teilbereich 5 die Verzahnung 6 eingepresst wird und danach o in einem oder mehreren nachfolgenden Umformschritten die Enden 21, 22 der beiden Schenkel 19, 20 unter Ausbildung eines sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Hohlraums zusammengebogen werden.
Die Schwächungen sind in den in den Figuren veranschaulichten Beispielen als eingeprägte Nuten ausgebildet. Es ist alternativ denkbar und möglich die Schwächungen als Sicken, die gerollt oder gepresst sein können auszulegen. Ebenso können die Schwächungen und/oder Haltekanten durch ein spanendes Verfahren, beispielsweise Fräsen, erzeugt sein. Es ist jedoch auch denkbar und möglich die Schwächungen als Durchbrüche auszulegen. Weiter können auch Bereiche des Werkstücks weichgeglüht werden, um eine derartige Schwächung zu erreichen.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden die Schwächungen und/oder Haltekanten bereits in das Ausgangswerkstück, das ebene Blech 16, eingebracht. Dies kann in einfacher Weise durch eine Prägeoperation gleichzeitig mit dem Ausschneiden der Blechstücke 16 von einem Coil erfolgen. Es ist sogar denkbar und möglich die Schwächungen und/oder Haltekanten bereits beim Walzen des Blechstreifens, aus dem die Blechstücke 16 gestanzt werden, einzubringen. Im Verlaufe der übrigen Schritte des Verfahrensablaufs brauchen dann entsprechend keine zusätzlichen Schwächungen und/oder Haltekanten eingebracht werden.
Eine Zahnstange gemäß der Erfindung kann insgesamt hohl ausgebildet sein oder sie kann einen hohlen Abschnitt umfassen, wie er beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, an welchem einseitig oder beidseitig weitere, beispielsweise massive Teile angebracht sind, z. B. angeschweißt sind. Der hohle Abschnitt der Verzahnung kann außer der gezeigten im Wesentlichen (abgesehen von dem Verzahnungsbereich) kreisringförmigen Querschnittskontur auch andere Querschnittskonturen aufweisen, beispielsweise eine quadratische oder dreiecksförmige Querschnittskontur.
Denkbar und möglich wäre es auch, mehrere Teilbereiche 5 an der Zahnstange 1 vorzusehen, die an verschiedenen Positionen in Umfangsrichtung 4 und/oder an verschiedenen Positionen in Längsrichtung 39 in der Wandung 3 der Zahnstange 1 ausgebildet sind, wobei die Teilbereiche 5 entsprechend der Erfindung durch Schwächungen und/oder Haltekanten abgegrenzt sind. Dabei können die verschiedenen Teilbereiche 5 Verzahnungen 6 und/oder andere Formelemente, wie beispielsweise Funktionsflächen für die Lagerung der Zahnstange im Druckstück des Lenksystems, aufweisen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 13 dargestellt. Das Formteil ist hier in Form einer zumindest abschnittsweise hohlen Stange 46 ausgebildet, welche eine Nockenkontur 40 aufweist. Die Stange 46 erstreckt sich wiederum in eine Längsrichtung 39 und besitzt eine Wandung 3, die die Längsachse 2 der Stange 46 im Querschnitt gesehen ringförmig umschließt. Die Umfangsrichtung 4 entspricht wiederum der Richtung des Verlaufs der Hauptformänderungs-Linie, hier im Beispiel der Biegelinie, der Stange 46.
Die Nockenkontur 40 ist in einem Teilbereich 5 der Stange 46 an ihrer Außenfläche 15 ausgebildet. Von der Nockenkontur 40 kann beispielsweise ein an diese durch Federkraft angedrücktes, in Figur 13 nicht dargestelltes Teil bei einer in Längsrichtung 39 der Stange erfolgenden Verschiebung der Stange 46 verschoben werden (in Richtung rechtwinklig zur Längsachse 2).
In Umfangsrichtung 4 gesehen befinden sich vor und hinter der Nockenkontur 40 wiederum in Längsrichtung 39 verlaufende Schwächungen, von denen in Figur 13 nur die auf einer Seite der Nockenkontur 40 angeordneten Schwächungen 7, 9 sichtbar sind. Weiters können wiederum bezogen auf die Längsrichtung 39 vor und hinter der Nockenkontur 40 Schwächungen angeordnet sein, die sich quer zur Längsrichtung 39 erstrecken und von denen in Figur 13 nur die Schwächung 37 sichtbar ist.
An der Innenfläche der Wandung 3 können ebenfalls wiederum Schwächungen angeordnet sein.
Die Schwächungen und statt dessen oder zusätzlich vorsehbare Haltekanten können alle bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Ausbildungen und Anordnungen aufweisen. Das in Figur 13 schematisch dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel somit nur durch die Art des im Teilbereich 5 angeordneten Formelements.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 14 schematisch dargestellt, welches sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel wiederum nur durch die Art des eingebrachten Formelements unterscheidet. Dieses wird beim dritten Ausführungsbeispiel von einer in Form einer Einsenkung ausgebildeten Kulissenausnehmung 41 gebildet. Diese dient zum Zusammenwirken mit einem in Figur 14 nicht dargestellten, in die Kulissenausnehmung 41 eingreifenden Teil, welches bei der Verschiebung der Stange 47 in deren Längsrichtung 39 betätigt wird.
Die Kulissenausnehmung 41 könnte auch durch die Wandung 3 durchgehend ausgebildet sein, also eine Öffnung in der Wandung 3 bilden.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 15 schematisch im Querschnitt dargestellt. Das Formteil 48 besitzt wiederum einen inneren Hohlraum 49, der im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen aber gegenüber dem Außenraum nicht vollständig abgeschlossen ist, sondern zwischen den Enden der Schenkel 50, 51 des Formteils 48 eine Öffnung aufweist. Auch in Richtung senkrecht zur Bildebene kann der Hohlraum 49 an den Enden des Formteils 48 offen sein.
In einem Teilbereich 5 des Formteils 48 ist an der Außenfläche 15 der den Hohlraum 49 teilweise umgebenden Wandung 3 eine Oberflächenkontur 42 ausgebildet Im Querschnitt entsprechend Figur 15 durch das Formteil 48 gesehen sind beidseitig neben der Oberflächenkontur 42 Schwächungen 7, 8 der Wandung 3 angeordnet. Diese verlaufen rechtwinklig zur Hauptformänderungs-Linie 52, hier der Biegelinie, des Formteils 48. Die linienförmig verlaufenden Schwächungen 7, 8 könnten gegenüber der Biegelinie 52 wiederum auch andere Winkel als 90° einschließen, wobei die mit der Biegelinie 52 eingeschlossenen Winkel vorzugsweise im Bereich zwischen 45 und 135° liegen.
In Richtung rechtwinklig zur Schnittebene von Figur 15 gesehen könnten vor und hinter der Oberflächenkontur42 ebenfalls Schwächungen angeordnet sein, die beispielsweise parallel zur Biegelinie 52 liegen.
In Figur 15 ist zusammen mit dem Formteil 48 schematisch ein Werkzeug dargestellt, mit welchem der letzte Umformschritt durchgeführt worden ist und welches die Werkzeughälften 43, 45 umfasst Die Gravur der Werkzeughälfte 43 enthält die Negativform der Oberflächenkontur 42. Weiters besitzt die Werkzeughälfte 43 Vorsprünge 53, 54, die in nutförmig ausgebildeten Schwächungen 7, 8 eingreifen. Die Schwächungen 7, 8 stellen somit gleichzeitig Haltekanten dar. Die Werkzeughälfte 45 besitzt einen Abstützstempel 44, von dem bei der Umformung das Formteil 48 an seiner Innenfläche 14 über einen Teil des Teilbereichs 5 abgestützt wird. Weiters umfasst die Werkzeughälfte 45 Biegenasen 55, 56 zur Biegung der Schenkel 50, 51 beim Zusammenführen der Werkzeughälften 43, 45.
In der Figur 15 ist ein Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Lösung veranschaulicht, bei dem ein erster Bereich 57 des Formelements 42 bis zur fertigen Ausbildung des Formteils 48 zwischen den Gravuren einer oberen Werkzeug hälfte 43 und dem Abstützstempel 44 einer unteren Werkzeughälfte 45 gehalten ist. Ein Randbereich 58 des Formelements 42 kann an der Innenfläche 14 des Formelements 48 jedoch wegen der ungünstigen Zugänglichkeit nicht durch den Abstützstempel gehalten werden. Durch die Erfindungsgemäße Lösung wird das Formelement 42 jedoch dennoch in hoher Qualität ausgeformt.
Anstelle der Schwächungen 7, 8 oder zusätzlich zu diesen könnten auch Schwächungen an der Innenfläche 14 des Formteils 48 vorhanden sein. Auch mehr als zwei Schwächungen 7, 8 könnten an der Außen- und/oder Innenfläche 15, 14 angeordnet sein. Anstelle von Schwächungen oder zusätzlich zu diesen könnten auch reine Haltekanten vorgesehen sein, von denen die Wandung 3 nicht geschwächt wird.
Weiter ist die erfindungsgemäße Lösung anwendbar auf Bauteile mit sehr einer großen Aspektverhältnis im Bereich des Formelements.
Es ist offensichtlich, dass die erfindungsgemäße Lösung auch bei Bauteilen anwendbar ist, die mehrere Formelemente aufweisen.
L e i g e n d e zu den Hinweisziffern:
1 Zahnstange 40 Nockenkontur
2 Längsachse 45 41 Kulissenausnehmung
3 Wandung 42 Oberflächenkontur
4 Umfangsrichtung 43 Werkzeug hälfte
5 Teilbereich 44 Abstützstempel
6 Verzahnung 45 Werkzeughälfte
7 Schwächung 50 46 Stange
8 Schwächung 47 Stange
9 Schwächung 48 Formteil
10 Schwächung 49 Hohlraum
11 Schwächung 50 Schenkel
12 Schwächung 55 51 Schenkel
13 Zahn 52 Hauptformänderungs-Linie,
14 Innenfläche Biegelinie
15 Außenfläche 53 Vorsprung
16 ebenes Blech 54 Vorsprung
17 Umformwerkzeug, Stempel 60 55 Biegenase
18 Umformwerkzeug, Matrize 56 Biegenase
19 Schenkel 57 erster Bereich
20 Schenkel 58 Randbereich
21 Schenkelende α Winkel
22 Schenkelende
23 Verbindungsabschnitt
24 Abstand
24' Abstand
25 Länge
26 Umformwerkzeug, Stempel
27 Umformwerkzeug, Matrize
28 Umformwerkzeug
29 Umformwerkzeug
20 Umformwerkzeug
31 Umformwerkzeug
32 Zahnauslauf
33 Prägetiefe
34 Knicklinie
35 Schweißnaht
36 Knicklinie
37 Haltekante
38 Bogen
39 Längsrichtung

Claims

Ansprüche:
1. Formteil, das zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet ist und in seinem hohlen Bereich eine den Hohlraum (49) des Formteils zumindest teilweise umgebende Wandung (3) umfasst, die in mindestens einem Teilbereich (5) ein Formelement (6, 40, 41 , 42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung einer Hauptformänderungs- Linie (52) des Formteils vom Formelement (6, 40, 41 , 42) beabstandet mindestens eine lokale Schwächung (7 - 12) und/oder Haltekante in der Wandung (3) ausgebildet ist, die sich winklig zur Hauptformänderungs-Linie (52) zumindest über einen Teil der Ausdehnung des Formelements (6, 40, 41 , 42) neben diesem erstreckt.
2. Formteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem Querschnitt paral- IeI zur Hauptformänderungs-Linie (52) gesehen beiderseits des Formelements (6, 40,
41, 42) zumindest eine Schwächung (7, 8) oder Haltekante vorgesehen ist.
3. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schwächung (7, 8, 9, 10, 11, 12) und/oder Haltekante rechtwinklig zur Hauptformänderungs-Linie (52) ausgerichtet ist.
4. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schwächung (7, 8, 9, 10, 11, 12) oder Haltekante durch eine Einpressung an mindestens einer Fläche (14, 15) der Wandung (3) erzeugt ist.
5. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schwächung (7, 8, 9, 10, 11, 12) oder Haltekante durch eine gerollte Sicke in der Wandung (3) erzeugt ist.
6. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schwächung (7, 8, 9, 10, 11 , 12) an der Innenfläche (14) und/oder der Außenfläche (15) der Wandung (3) angeordnet ist.
7. Formteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfläche (15) der Wandung (3) beidseitig des Formelements (6, 40, 41, 42) jeweils zwei Schwächungen
(7, 8, 9 , 10) angeordnet sind.
8. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (6, 40, 41 , 42) eine Oberflächenkontur der Wandung oder eine Aus- nehmung in der Wandung (3) ist.
9. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Formteil in eine Längsrichtung (39) erstreckt und die Hauptformänderungs- Linie (52) rechtwinklig zur Längsrichtung (39) verläuft.
10. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schwächung (7 - 12) und/oder Haltekante einen linienförmigen Verlauf aufweist.
11. Formteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptformänderungs-Linie (52) einer Biegelinie entspricht.
12. Verfahren zur Herstellung eines hohlen Abschnitts eines Formteils oder eines hohlen Formteils aus einem ebenen Blech (16), wobei das Blech derart umgeformt wird, dass es eine den Hohlraum (49) des Formteils zumindest teilweise umgebende Wandung (3) bildet, welche in mindestens einem Teilbereich (5) ein Formelement (6, 40, 41 , 42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in das Blech (16) eine oder mehrere Schwächungen (7 - 12) und/oder Haltekanten in Richtung einer Hauptformänderungs-Linie (52) vom bereits eingebrachten oder noch einzubringenden Formelement (6, 40, 41 , 42) beabstandet eingeformt werden, die sich winklig zur Hauptformänderungs-Linie (52) zumindest über einen Teil der Ausdehnung des bereits eingebrachten oder noch einzubringenden Formelements (6, 40, 41, 42) neben diesem erstrecken.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Schwächungen (7 -12) und/oder Haltekanten vor mindestens einem nachfolgenden Umformschritt eingeformt werden, in welchem das ebene Blech (16) in eine gebogene
Form gebracht wird oder das bereits in eine gebogene Form gebrachte Blech in eine andere gebogene Form gebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Schwächungen (7 - 12) und/oder Haltekanten in das ebene Blech eingeformt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass während der auf die Einbringung des Formelements (6, 40, 41, 42) folgenden Umformschritte das Formelement (6, 40, 41 , 42) in der Matritze eines Umformwerkzeuges (27, 29, 31 , 43, 45) zumindest an der Außenfläche (15) abgestützt ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Blech (16) in einem ersten Umform Werkzeug (17, 18) in eine Halbschalenform oder U-Form, umfassend zwei Schenkel (19, 20), die durch einen Verbindungsabschnitt (23) miteinander verbunden sind und jeweils ein vom Verbindungsabschnitt abgelegenes Ende (21 , 22) aufweisen, umgeformt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass danach mindestens ein weiterer Umfangschritt durchgeführt wird, in welchem die Enden (21 , 22) der beiden Schenkel (19, 20) näher zueinander gebracht oder zusammengebracht werden und in welchem die mindestens eine Schwächung (7 - 12) und/oder Haltekante bereits eingebracht ist.
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