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DE19634723C2 - Verfahren zum Herstellen und Schichten von Bauteilen, sowie eine Vorrichtung dafür - Google Patents

Verfahren zum Herstellen und Schichten von Bauteilen, sowie eine Vorrichtung dafür

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DE19634723C2
DE19634723C2 DE19634723A DE19634723A DE19634723C2 DE 19634723 C2 DE19634723 C2 DE 19634723C2 DE 19634723 A DE19634723 A DE 19634723A DE 19634723 A DE19634723 A DE 19634723A DE 19634723 C2 DE19634723 C2 DE 19634723C2
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und Schichten von Bauteilen aus einzelnen Schichten, welche aus einem Materialstreifen ausgestanzt, ausgeschnitten od. dgl. und die Schichten nach dem Ausstanzen od. dgl. wieder in den Materialstreifen zurückgedrückt werden, sowie eine Vorrichtung hierfür.
Bauteile, bspw. für das Automobil, wie Pleuel, Nocken, Zahnräder, Zahnkränze od. dgl. werden entweder im Gussverfahren oder aus einem relativ dicken Materialstreifen durch Ausstanzen bzw. Ausschneiden hergestellt. Eine derartige Feinschneideinrichtung ist bspw. in der EP 0 183 648 A1 beschrieben.
Nachfolgend soll anhand eines Vollnockens eine bekannte Prozesskette für dessen Herstellung beschrieben werden. Zuerst wird ein Rohling durch die Stanzpresse aus einem Materialstreifen abgetrennt. Auf diesen Rohling wird ein Festschmierstoff aufgetragen. Danach erfolgt ein Erwärmen des Rohlings, ein Vorformen und ein Glühen.
Nunmehr wird wiederum ein Festschmierstoff aufgetragen, das Halbfabrikat vorgeformt und schlussendlich fertig-geformt. Jetzt erfolgt ein Kalibrieren und ein induktives Härten, wonach ein Räumen und Fasen zum fertigen Nocken erfolgt. Der Nocken wird dann auf ein Rohr gefügt, so dass eine Nockenwelle entsteht. Diese wird geschliffen. Ein derartiges Verfahren ist sehr aufwendig.
In der DE 38 41 205 A1 wird ferner das Herstellen von Werkstücken aus Metall beschrieben. Bezug genommen wird vor allem auf das Herstellen eines Pleuels, wobei das Pleuel konstruktiv in einzelne einfache Teilprofile zerlegt, diese durch Feinschneiden hergestellt und durch Schichten zum fertigen Teil zusammengefügt und miteinander verbunden werden. Hierbei handelt es sich also um das Herstellen eines konstruktiven schwierigen Teil aus unterschiedlichen Teilprofilen mit unterschiedlichen Konturen.
Aus der DE 27 50 742 A1 ist beispielsweise bekannt, von einem Blechbandmaterial Blechteile mittels einer Schere abzutrennen und sie anschliessend in einer Stapeleinrich­ tung aufeinanderzuschichten.
In Strasser F. "Gewindebohren in sehr kleinen Blechaus­ schnitten", in: Werkstatt und Betrieb, 93 Jg., 1960, Heft 3, Seite 155, wird beschrieben, dass Werkstücke in Folge­ schnitten gelocht und ausgeschnitten werden, wobei sie nach dem Ausschneiden nicht durch die Schnittplattenöffnung nach unten hinausfallen, sondern durch einen federbetätigten Anschlagstempel wieder in den Blechstreifen zurückgedrückt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dagegen, einfache Bauteile aus einer Mehrzahl von gleichen Schichten auf einfache und preisgünstige Weise herzustellen und exakt zueinander zu positionieren, sowie eine Vorrichtung dafür anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass die Schichten in einer nachfolgenden Station aus dem Materialstreifen ausgedrückt und in ein Stapelmagazin eingelegt werden, in dem eine Zentrierung und Verbindung der einzelnen Schichten zu dem Bauteil erfolgt, bevor das Bauteil aus dem Stapelmagazin ausgebracht wird.
Das bedeutet, dass Bauteile grösserer Dicke aus einzelnen, dünnen, gehärteten Lamellen durch Schichten hergestellt werden können. Bevorzugt werden diese Schichten in einem weiteren Bearbeitungsverfahren durch Nieten miteinander verbunden.
Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Herstellungsverfahrens ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
Weitergehende Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Die einzelnen Lamellen haben die Form des Teils, die Anzahl der einzelnen Lamellen ergibt die Nockenhöhe. Da die Lamellen sehr dünn sind (bspw. 0,1-2 Millimeter), können die Lamellen aus bereits gehärtetem Material herausgestanzt werden, so dass ein nachträgliches Härten oder Schleifen nicht mehr notwendig ist. Das geschichtete Bauteil ist ein Fertigteil. Das Material kann bereits eine Härte von bis über 63 HRC aufweisen.
Ferner ist durch das Stanzen der dünnen Lamellen möglich, Nocken mit kleinsten Querschnitten zwischen Innen- und Aussenkontur herzustellen. Die Nocken können auch sehr kleine Löcher von z. B. 1 Millimeter aufweisen. Diese Löcher dienen der Gewichtserleichterung, zum Massenausgleich oder können als Aufnahme für einen Niet verwendet werden.
Durch das Stanzen der dünnen Lamellen ist es ferner möglich, Toleranzqualitäten der Klasse 6 für Innen- und Aussenformen einzuhalten. Vor allem werden auch die Herstellungskosten reduziert, da der erfindungsgemässe Verfahrensablauf mit nur wenigen Arbeitsschritten auskommt. Zusätzliche Investitionen sind kaum notwendig. Der geschichtete Nocken hat bereits hohen Anforderungen im Motor genügt, und zeichnet sich durch einen hohen Dämpfungsgrad, geringe Geräuschbildung und geringsten Verschleiss aus, da durch die Lamellen eine Kapillarwirkung entsteht und ständig Schmieröl auf die Funktionsflächen getragen wird.
Herz der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren ist eine Stanzpresse, in deren Werkzeug gleichzeitig im Gesamtschnitt Innen- und Aussenform der Schicht geschnitten werden. Ein Folgewerkzeug wäre auch möglich, jedoch werden die Toleranzen zwischen Innen- und Aussenform zu gross.
Das geschnittene Teil wird in das Stanzgitter zurückgedrückt.
Die Innenformabfälle fallen durch den Schneidstempel und entsprechende Schächte im Maschinentisch der Stanzpresse und werden nach unten ausgetragen.
An das Stanzwerkzeug folgt eine Fügestation, in welcher die einzelnen Schichten in einem Stapelmagazin gesammelt, werden. Hierbei drückt ein Paketierstempel synchronlaufend zum Stösselhub der Stanzpresse die einzelnen Lamellen (Schichten) aus dem Stanzgitter.
Das ganze erfolgt erfindungsgemäss entweder in einer Takt- Vorschub-Einheit oder auf einem Rundschaltteller.
Nach einer bestimmten Anzahl von Stanzhüben, welche der Anzahl der Schichten zur Herstellung eines Bauteils (Noc­ ken) entspricht, schaltet der Rundschaltteller eine Position weiter bzw. wird das Stapelmagazin in der Takt- Vorschub-Einheit zur nächsten Station transportiert. Gleichzeitig gelangt ein leeres Stapelmagazin unter den Paketierstempel.
In der folgenden Station wird dem Stapelmagazin zumindest ein Niet zugeführt, in einer nächsten Station werden die Schichten zentriert und genietet, in einer nächsten Station wird bspw. durch einen Stempel das fertige Bauteil aus dem Stapelmagazin ausgedrückt, gelangt auf ein Band od. dgl. und wird zur Endmontage transportiert.
Der Materialstreifen gelangt bevorzugt von einer Coil- Haspel mit Eigenantrieb in die Stanzpresse, wobei hier eine entsprechende Bandschlaufensteuerung vorgesehen ist. Die Stammaschine selbst ist ein Präzisionsstanzautomat mit Einlaufvorschub, Bandschmierung u. s. w. Das erfindungsgemässe Verfahren ist, je nach benötigter Anzahl der Bauteile, mit einem 1-fach-fallenden Werkzeug, aber auch mit mehrfach fallenden Werkzeugen möglich, wodurch ein zusätzlicher Kostennutzen entsteht.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Herstellen und Schichten von Bauteilen;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine schematisch dargestellte Takt-Vorschub-Einheit in der Vorrichtung gemäss Fig. 1;
Fig. 3 einen schematisch dargestellten Verfahrensablauf für geschichtete Bauteile;
Fig. 4 einen vergrössert dargestellten Ausschnitt aus einer Stanzpresse in der Vorrichtung gemäss Fig. 1 im Bereich des Werkzeuges;
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Materialstreifen zum Formen der Bauteile,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Herstellen und Schichten von Bauteilen;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Nockens, hergestellt nach dem erfindungsgemässen Verfahren;
Fig. 8 Querschnitte durch den Nocken entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7 mit verschiedenen Nieten;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels eines Nockens, hergestellt nach dem erfindungsgemässen Verfahren;
Fig. 10 einen Querschnitt durch den Nocken nach Fig. 9 entlang der Linie X-X.
Gemäss Fig. 1 weist eine Vorrichtung R zum Herstellen und Schichten von Bauteilen eine Coil-Haspel 2, eine Stanzpresse 3, eine nur teilweise angedeutete Takt- Vorschub-Einheit 1 und eine Abfall-Haspel 4 auf.
Ein Materialstreifen 5 wird im Uhrzeigersinn von einer Coil-Haspel 2, welche mit einem Eigenantrieb versehen ist, abgerollt. Dieser Materialstreifen 5 passiert eine Lichtschranke 6, die anzeigt, wenn der Materialstreifen 5 zu tief durchhängt. Danach läuft der Materialstreifen 5 in einen Materialeinlauf 7 der Stanzpresse 3 ein und passiert dort ein Schmiergerät 8, über welches Schmieröl auf die Flächen des Materialstreifen 5 gelangt.
Der Materialstreifen 5 durchläuft als nächstes ein Werkzeug H zum Ausschneiden bzw. Stanzen der Innen- und Aussenformen von Bauteilschichten 30, im vorliegenden Ausführungsbeispiel von Nockenschichten.
Ein Ausschnitt aus dem Werkzeug H ist in Fig. 4 vergrössert dargestellt. Es besteht aus einem Oberteil O und einem Unterteil U.
Das Oberteil O, welches vertikal bewegbar ist, weist einen Stössel 10 auf, welcher in Fig. 1 besser ersichtlich ist. An diesen Stössel 10 schliesst eine Aufspannplatte 11 und daran eine Schneidplatte 12 an, in welcher wiederum ein Auswerfer 13 sowie zwei Innenformstempel 14, 15 geführt sind. Diese Innenformstempel 14, 15 dienen dazu, Innenformen aus den Nockenschichten 30 herauszustanzen. Der Auswerfer 13 steht unter dem Druck von Druckbolzen 16, 17.
Dem Unterteil U des Werkzeuges H ist ein Maschinentisch 18 zugeordnet. Auf diesem liegt eine Aufspannplatte 19 auf.
Eine Abstreiferplatte 20 steht unter dem Druck von Druckbolzen 21, 22. In der Aufspannplatte 19 und der Abstreiferplatte 20 ist ein Schneidstempel 23 vorgesehen, der konische Schächte 24.1, 25.1 aufweist. Die durch die Innenformstempel 14, 15 aus der Nockenschicht 30 herausgestanzten Innenformabfälle wandern durch Schächte 24.2, 25.2 im Maschinentisch 18 nach unten aus dem Werkzeug H. Die Teile werden nach dem Stanzen sofort wieder in das Stanzgitter gedrückt. Dazu wirken die Kräfte auf den Auswerfern 13 und die Abstreiferplatte 20. Eine der Materialdicke entsprechende Bandführung 26 dient der Sicherung des Vorschubes des Stanzgitters mit den zurückgedrückten Teilen zur nächsten Bearbeitungsstation.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf den Materialstreifen 5 zum Formen der Nockenschichten 30. Schraffiert angedeutet sind die als Innenformabfälle 27, 28 wegfallenden Teile. Ferner ist die erste Stufe der Takt-Vorschub-Einheit 1 erkennbar, in der ein in Fig. 1 dargestellter Paketierstempel 29 die gestanzte Nockenschicht 30 in ein Stapelmagazin 31 eingedrückt hat. Dem Stapelmagazin 31 kann ein Zwischenmagazin vorgeschaltet sein, in das der Paketierstempel 29 einzelne Teile ausdrückt.
Eine Draufsicht auf die vollständige Takt-Vorschub-Einheit 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Sie weist eine Ebene A und eine Ebene B auf. Der Materialstreifen 5 wird auf dem Maschinentisch 18 zur Ebene A transportiert. Auf dieser Ebene A finden die einzelnen Verfahrensstufen des Schichtens und Nietens statt, welche in Fig. 3 durch Stationen II-V dargestellt sind.
In Station II werden die gestanzten Nockenschichten 30 mittels des Paketierstempels 29 aus dem Materialstreifen 5 in das Stapelmagazin 31 gedrückt und so der Nocken 9, der aus mehreren solchen Nockenschichten 30 besteht, gebildet. In Fig. 3 zeigt die Station II sowohl im Schnitt als auch oben den fertig geschichteten Nocken 9 in seinem Stapelmagazin 31.
Nachdem eine vorbestimmte Anzahl an Nockenschichten 30 den Nocken 9 bildet, schiebt die Takt-Vorschub-Einheit 1 das Stapelfördermagazin 32 in Pfeilrichtung zur nächsten Station III weiter, während ein anderes Stapelmagazin 31 in die Station II gelangt, um den nächsten Nocken 9 zu bilden.
In Station III wird ein Niet 33A, B zugeführt, während anschliessend in Station IV die einzelnen Nockenschichten 30, aus denen der Nocken 9 besteht, mittels eines, exakt die Innenform ausfüllenden Zentrierbolzen 34 zentriert werden, um so eine exakte Nockenform zu erhalten. Ist dies erreicht, erfolgt das Nieten.
In Station V wird der fertig gestapelte und genietete Nocken 9 mittels eines Stempels 35 aus dem Stapelmagazin 31 herausgedrückt, auf ein Transportband 36 abgelegt und zur Endmontage transportiert.
Die leeren Stapelmagazine 31 werden nun aufgereiht, mittels der Absenkeinheit 37 auf die Ebene B abgesenkt, zur Hebeeinheit 38 transportiert und mittels der Hebeeinheit 38 wieder auf die Ebene A angehoben. Dort stehen sie dann vor der Station II wieder zur Aufnahme von Nockenschichten 30 zur Verfügung. Das Absenken auf die Ebene B erfolgt, damit die Stapelmagazine 31 unter dem Vorschub 47 hindurch gelangen können.
Der Materialstreifen 5, aus dem die einzelnen Nockenschichten 30 herausgestanzt wurden, läuft jetzt durch einen Vorschub 47 und wird mittels der Abfall-Haspel 4 zu einem Abfallcoil aufgehaspelt.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung R1 zum Herstellen und Schichten von Bauteilen schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung R1 weist ebenfalls eine Coil-Haspel 2 und eine Stanzpresse 3 auf, an die jedoch ein Rundschaltteller 39, ein Auslaufvorschub 42 und eine Schere 43 anschliesst, welche ein Abfallgitter 44 von dem Stanzgitter abschneidet.
Auf dem Rundschaltteller, welcher um eine Achse dreht, werden in Station II die gestanzten Nockenschichten 30 mittels des Paketierstempels 29 aus dem Materialstreifen 5 in das Stapelmagazin 31 gedrückt und so der Nocken 9, der aus mehreren dieser Nockenschichten 30 besteht, gebildet.
Danach erfolgt die weitere Bearbeitung in den Stationen III-V, wie oben beschrieben, jedoch auf dem Rundschaltteller 39.
Der Materialstreifen 5, aus dem die einzelnen Nockenschichten 30 herausgestanzt wurden, gelangt über eine Umlenkung 41 zu dem Auslaufvorschub 42 und wird mittels der Schere 43 abgeschnitten, so dass ein Abfallgitter 44 in einen nicht näher gezeigten Auffangbehälter fällt.
Die Fig. 7 bis 10 zeigen jeweils vollständig geschichtete und genietete Nocken 9 bzw. 9.1, hergestellt nach den erfindungsgemässen Verfahren. Die Anzahl der Nockenschichten 30 bestimmt die Nockenstärken 45.
Verschiedene Nieten zum Verbinden der Nockenschichten 30 sind in Fig. 8 im Querschnitt dargestellt. So zeigt Fig. 8a einen Hohlniet 33.B1 und Fig. 8b einen Vollniet 33.B2. Es ist auch möglich, den Niet 33.A1 nur im Nietbereich hohl zu lassen, wie dies in Fig. 8b gezeigt wird. Als vierte Möglichkeit wird in Fig. 8d noch ein Niet 33.A2 mit Bund dargestellt.
Bezugszeichenliste
1
Takt-Vorschub- Ein.
2
Coil-Haspel
3
Stanzpresse
4
Abfall-Haspel
5
Materialstreifen
6
Lichtschranke
7
Materialeinlauf
8
Schmiergerät
9
Nocken
10
Stössel
11
Aufspannplatte
12
Schneidplatte
13
Auswerfer
14
Innenformstempel
15
Innenformstempel
16
Druckbolzen
17
Druckbolzen
18
Maschinentisch
19
Aufspannplatte
20
Abstreiferplatte
21
Druckbolzen
22
Druckbolzen
23
Schneidstempel
24
Schächte
25
Schächte
26
Bandführung
27
Innenformabfälle
28
Innenformabfälle
29
Paketierstempel
30
Nockenschicht
31
Stapelmagazin
32
Stapelförderma­ gazin
33
A, BNiet
34
Zentrierbolzen
35
Stempel
36
Transportband
37
Absenkeinheit
38
Hebeeinheit
39
Rundschaltteller
40
Einlaufvorschub
41
Umlenkung
42
Auslaufvorschub
43
Schere
44
Abfallgitter
45
Nockenbreite
46
Achse
47
Vorschub
RVorrichtung
HWerkzeug
OOberteil
UUnterteil
AEbene
BEbene

Claims (19)

1. Verfahren zum Herstellen und Schichten von Bauteilen (9) aus einzelnen Schichten (30), welche aus einem Materialstreifen (5) ausgestanzt, ausgeschnitten od. dgl. und die Schichten (30) nach dem Ausstanzen od. dgl. wieder in den Materialstreifen (5) zurückgedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (30) in einer nachfolgenden Station (II) aus dem Materialstreifen (5) ausgedrückt und in ein Stapelmagazin (31) eingelegt werden, in dem eine Zentrierung und Verbindung der einzelnen Schichten (30) zu dem Bauteil (9) erfolgt, bevor das Bauteil aus dem Stapelmagazin (31) ausgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stapelmagazin (31) in einer Takt-Vorschub-Einheit (I) von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation transportiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stapelmagazin (31) auf einem Rundschaltteller (39) von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation transportiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstreifen (5) von einem Coil-Haspel (2) abgewickelt und nach dem Ausstanzen der Schichten (30) auf einer Abfall-Haspel (4) wieder aufgewickelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Materialstreifen (5) nach dem Ausstanzen der Schichten (30) Abfallgitter (44) abgeschnitten werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten (30) mittels Nieten (33A, B) zu dem Bauteil (9) verbunden werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nieten sowohl von unten als auch von oben erfolgen kann.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzpresse (3) ein Stapelmagazin (31) zum Aufnehmen der einzelnen Schichten (30) zugeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stapelmagazin (31) in einer Takt-Vorschub-Einheit (1) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stapelmagazin (31) auf einem Rundsschaltteller (39) aufsitzt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stapelmagazin (31) ein Paketierstempel (29) zugeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum kontinuierlichen Arbeiten ein Zwischenmagazin zwischen dem Ausdrückstempel (29) und dem Stapelmagazin (31) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Station (III) zumindest ein Niet (33A, B) die Schichten (30) zu dem Bauteil (9) verbindet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Station (IV) ein Zentrierbolzen (34) zum Zentrieren der Schichten (30) vor dem endgültigem Verbinden vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Station (V) ein Stempel (35) zum Ausdrücken des Bauteils (9) aus dem Stapelmagazin (31) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8-15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzpresse (3) eine Coil- Haspel (2) und ein Einlaufvorschub (7, 40) vorgeschaltet ist.
17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8-16, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzpresse (3) ein Auslaufvorschub (42, 47) nachgeschaltet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Auslaufvorschub (42, 47) eine Schere (43) oder eine Abfall-Haspel (4) folgt.
19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13-­ 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen der Niete (33A, B) sowohl von oben, als auch von unten erfolgen kann.
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