TECHNISCHE HOCHSCHULE DARMSTADT Institut fiir Produktionstechnik

und U n1f orm1naschinen Prof. Dr .Ing. D. Schmoeckel

Thema: Konstruktion von Fi.ihrungs- uncl Mefl­

vorrichtungen fiir eine Dri.ick-\i\Talz-Versuchsanlage

KONSTRUKTIVER ENTWURF

vorgelegt von

Mohruni, Amrifan Saladin

Darmstadt, i1n Herbst 1996

Professor Dr.-lng. D. Schmoeckel Produklionstechnik und Umformmaschinen Fachbereich 16 (Maschinenbau)

6100 Darmstadt, PetersenstraBe 30 Telefon (06151) 16 30 56 Telefax (06151) 16 30 21

Studienarbeit

fur

Herrn cand.-ing. Amrifan Saladin Mohruni

Thema: Konstruktion van Fuhrungs- und Melhorrichtungen fur eine Druck­

Walz-Versuchsanlage

Eine flexible M6glichkeit zur Herstellung van Zahnradvorformen ist die Ferti­

gung aus Blechronden unter Anwendung eines modifizierten Druck-Walz-Ver­

fahrens. Dazu werden Blechronden mit verschiedenen Durchmessern und

Blechdicken verwendet und auf einer Druck-Walz-Versuchsanlage zu Stirn­

und Kegelradvorformen umgeformt.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist eine Werkzeugfuhrung zur Integration

in ein bereits vorhandenes Werkzeugsystem sowie eine Mel1vorrichtung zur

Ermittlung des Planlaufs der Werkstucke zu konzipieren. Die beiden entwickel­

ten L6sungskonzepte soil en konstruktiv ausgearbeitet' und bis hin zu werkstatt­

gerechten Einzelteilzeichnungen ausgestaltet werden.

Beginn: 01.12.1995

Betreuer: Dipl.-lng. S. Hauk

Prof. Dr.-lng. D. Schmoeckel

11

Vorwort An dieser Stelle mochte ich mich bei alien bedanken, die mich bei der Anfertigung der vorliegenden Studienarbeit unterstiitzt haben.

Herrn Prof. Dr.-lng. D. Schmoeckel danke ich fiir die Moglichkeit zur Durchfiihrung dieser Arbeit am Institut fiir Produktionstechnik und Umformmaschinen.

Herrn Dipl.-Ing. Stefan Hauk danke ich fiir die engagierte und verstiindnissvolle Be­treuung und motivierende Unterstiitzung bei der Anfertigung dieser Stuclienarbeit.

Eidesstattliche Erklarung Hierm!t er~liire ich an Eides statt, daB ich die vorliegende Studienarbeit selbstanclig, nur m1t Htlfe der angegebenen Literatur und einem Kommilitonen bei der Sprach­korrektur angefertigt habe.

Darmstadt, im Herbst 1996

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Kurzbeschreibung des Driick-Walz-Yerfahrens

1.2 Problemstellung . . . . . . . . . . . . .

1.3 Konkretisierung der Aufgabenstellung .

2 Entwicklung der Radialkraftfiihrung

2.1 Anforderungen an die Radialkraftfi.ihrung .

2.1.1 Bewegungsgenauigkeit der Fiihrung

1

2

2

3

5

6

6

2.1.2 Platzverhaltnis an der Versuchsanlage . 6

2.1.3 Momentenaufnahme und I<raftrichtungen am Werkzeug . 9

2.1.4 VerschleiB und Normalien 9

2.1.5 Einstellmoglichkeiten ...

2.2 Zusammenstellung der Anforderungsliste

2.3 Konzipieren der Radialkraftfi.ihrung . . .

2.3.1 Aufstellen einer Funktionsstruktur

2.4 Prinzipielle Losungen fi.ir die Hauptfunktionen

2.4.1 Richten der Radialkraft . . . . . . . .

2.4.2 Ertragen des Biegemomentes der Radialkraft .

2.4.3 Anpassung an den vorhanclenen Bauraum ..

2.4.4 Anpassung an die vorhanclene vVerkzeugplatte

2.5 Prinzipielle Losungen fiir Nebenfunktionen .....

2.5.1 Austauschen von Klemmleisten ermoglichen

I

9

9

11

12

12

12

13

13

14

14

14

INHALTSVERZEICHNIS

3

2.5.2 Einstellmoglichkeiten

2.6 Entwicklung einer Wirkstruktur

2.6.1 Radialkraft richten . .

2.6.2 Biegemoment ertragen

2.6.3 Einstellmoglichkeiten .

2.7

2.6.4 Anpassung an die vorhandenen Werkzeugplatten .

2.6.5 Austauschmoglichkeiten von Klemmleisten

2.6.6 Anpassung an den vorhanclenen Bauraum

Entwicklung einer Baustruktur . . .

Konstruktion der Fiihrungseinheit

3.1

3.2

Dimensionierung cler Fi.ihrung

3.1.l Dimensionierung der Grunclplatte

3.1.2 Dimensionierung der AnschluBplatte

3.1.3 Dimensionierung der Boclenplatte

3. l.4 Dimensionierung der Sti.itzplatte .

3.1.5 Dimensionierung des Sti.itzwinkels .

3.1.6 Dimensionierung der Schienen

3.1.7 Dimensionierung cler Klemrnleisten

Ausarbeitung des ausgewahlten Entwurfs

3.2.1 Bodenplatte .

3.2.2 I<lemmleisten

3.2.3 Schienen ...

3.2.4 Beschreibung des Fi.ihrungszu~ammenbaus

4 Stander fiir einen Wegaufnehmer

4.1 Einleitung . . . .

4.2 Problernstellung .

4.3 Zusammenstellung cler A nforderungsliste

4.4 Weiterverarbeiten der Anforderungslist e

11

14

14

15

20

21

22

23

25

26

29

29

29

30

32

33

35

3.5

:36

37

37

37

38

38

41

41

41

42

44

INH ALTS V ERZ EICH N IS I I I

4.5 Zusammenbau cler fertigen Losungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5 Zusammenfassung

5.1 Optimierung der Fiihrungseinheit .......... .

5.2 Konstruktion eines Standers fiir einen \Vegaufnehmer

A Zeichnungen und Stiicklisten

47

47

48

51

Ab bild ungsverzeichnis

1.1 Flexibilsierungspotential des Dri.ick-Walz-Verfahrens .

1.2 Beschreibung der Prozesse im Diagramm

1.3 Die zu optimierende vorhandene Losung

1.4 Versagenfalle Faltenbildung (links) und Ausknicken

2.1 Grunclformen der Geraclfiihrungen . . . . . . . . . .

2.2 Versuchsanlage am Institut for Procluktionstechnik uncl Umforrnrna-

2

3

4

5

schinen TH Darmstadt . . . . . . . . . 7

2.3 Seitensicht Bauraum an cler Maschine . . . . . 8

2.4

2.5

2.6

Ein Beispiel for die Bearbeitung einer Ronde . 13

Profilformen for Fi.ihrungsflachen mit geraclen Spurlinien nach [2] 15

Konstruktionskatalog Geraclfohrungen mit gleicher Profilform nach [2] 16

2. 7 Systematik cler Gleit-, Walz- uncl Schwebepaarungen nach [2]

2.8 Geraclfiihrungen mit unterschiecllicher Profilform nach [2]

2.9 Variationsmoglichkeiten

2.10 Ausgewahlte Wirkstrukturkombination

17

18

19

19

2.11 Verschiedene Moglichkeiten von Wirkstrukturen gegen ein Biegemoment 20

2.12 Eingespannte, dickere, gestlitzte Platte . . 20

2.13 Schwalbenschwanzfiihrung mit Keilwinkel. 21

2.14 Schwalbenschwanzfi.ihrung mit I<lemmleisten 21

2.15 Vorhandene Werkzeugplatten im Insti tut fi.ir Produktionslechnik und Umformmaschinen TH Darmstadt . . . . . . . . . . . . . 22

2.16 'vVirkstrukturen fur die Anpassung die Werkzeugplatten . . . . . . . 2:3

I

ABBILDUNGSVERZEICHNIS II

2.17 Wirkstruktur fiir Austauschmoglichkeiten . 24

2.18 Beidseitige und einseitige Austauschmoglichkeit 24

2.19 Wirkstruktur zur Anpassung an den vorhandenen Bauraum 25

2.20 Ausgewahlte Wirkstrukturen als Grundlage der Baustruktur 26

2.21 Anordnung der Funktionstrager in einer Baustruktur . . . . 26

2.22 Ein Variante cler Prinzipskizze, die die Anforderungsliste erfi.illt 27

2.23 Grobgestaltung der Einzelteile in der Prinzipskizze . . . . . . 27

3.1 Vorhandener Bauraum for die zu konstruierende Grundplatte . 29

3.2 Vorhandener Bauraum fi.ir die zu konstruierende Anschluf3platte '.30

3.3 Vorhandener Bauraum fi.ir die zu konstruierende Bodenplatte . 32

3.4 Vorhandener Bauraum fi.ir die Sti.itzplattenkonstruktion 33

3.5 Grobe Gestaltung einer konstruierten Sti.itzplatte . . . 34

Kapitel 1

Einleitung

Zahnradvorformen werclen konventionell giel3technisch oder im Gesenkschrnieclever­fahren hergestellt. Beide Verfahren erforclern 'vVerkzeuge, in clenen die Werksti.i ck­form als Gravur eingearbeitet ist. Die Flexibilitat dieser Verfahren ist minimal, cla zur Herstellung verschieclener Vorformgeometrien jeweils spezielle \iVerkzeugsatze notwendig sind.

Eine hohe Fexibilitat bietet dagegen ein kombiniertes Verfahren aus Dri.icken uncl Walzen. Das Verf ahren erlaubt die Fertigung verschiedener Vorformgeometrien mit einer 'vVerkzeugkonfiguration und somit <las kostengi.instige Erstellen kleiner Los­grol3en, was im Sinne des inclustriellen Wettbewerbs ist.

Abbilclung 1. 1: Flexibilsierungspotential des Dri.ick-Walz-Verfahrens

KAPITEL 1. EINLEITUNG 2

1.1 Kurzbeschreibung des Driick-Walz-Verfahrens

Anhancl cler Vorform-Fertigung eines Stirnrades erkennt man schon clas Prinzip des Driick-vValz-Verfahrens. Die definierten Flachen cler Vorform werden mit drei vVerk­zeugelementen hergestellt. Im ersten Schritt wire! eine Ronde am A ul3enclurchmesser gestaucht, um eine iV[aterialanhauf ung zu erreichen. Als zweites werden die F_lanken der Zahnrad-Vorform gewalzt, so clal3 die Vorform ihre grobe Gestalt vorwe1st. Im clritten Schritt erhalt die Vorform ihre endgiiltige Geometrie. Man beschreibt cliesen

ProzeB als

Flankenwalzen

Vorwalzen Fertigwalzen A bbilclung 1.2: Beschreibung cler Prozesse im Diagrarnm

• racliales Vorwalzen (Recluziernng des Rondendurchmessers)

• axiales Flankenwalzen

• racliales Fertigwalzen (Umformen der inneren Radius)

Alie clrei Unterprozesse sincl nach DIN 8582 den Druckumformverfahren zuzuord­nen. Das racliale Vorwalzen und axiale Flankenwalzen konnen in die Untergruppe Querwalzen eingeordnet werden. Diese beziehen sich auf enclliche \Verkstiickraclien. Die Behancllung des lnnenraclius der Materialanhaufung finclet gegen Ende des Um­form prozesses gleichzeitig mit elem radial en Vorwalzen statt. Ab cliesem Vorgang sine! racliale Vor- uncl Fertigwalzen gemeinsam in die U ntergruppe Driick-\i\Talz-Verfahren eingeorclnet. ·

1.2 Proble1nstellung

Am Institut Produktionstechnik und Umforrnmaschinen an der Technischen Hoch­schule Darmstadt werden die Technologien cler sowohl Stirn- als auch Kegelradvor-

1.3. KONKRETISIERUNG DER AUFGABENSTELLUNG 3

formen mit verschiedenen Geometrien mittels Druck-·walz-Verfahren erforscht.

Bei dem Dri.ick-Walz-Verfahren besteht das Problem, daf3 nicht alle Vorformen die gewiinschte Geometrie erhalten. Dies begriindet sich aus der vVegungenauigkeit der Werkzeuge. Nlan vermutet, daf3 <lurch Krafteinwirkung wahrend des Umformvor­ganges auf <las Werkzeug eine Abweichung cler Krafteinleitung vom Werkzeug auf die Ronde ensteht. Um dieser Abweichung entgegenzuwirken benotigt das \1/erkzeug eine Fi.ihrung. In clieser Stuclienarbeit wird die Raclialkraftfi.ihrungeinheit konstru­iert. Fi.ir diesen Zweck liegt schon eine Losung vor, die optimiert werden muf3. Diese Losung besteht aus einer Platte und einer Pafifeder.

"" l1

"

.,,

ii

Abbilclung 1.3: Die zu optimierende vorhandene Losung

1.3 Konkretisierung der Aufgabenstellung

Vlie vorher schon erwahnt ist <las Ziel der vorliegenden Studienarbeit ein Radial­k'.·aftfi.ihn~n~ zu konstruieren, die die schon vorhanclene Losung opti1~1 iert. Durch d1ese Optnrnerung versucht man beim Dri.ick-Walz-Verfahren die auftretenden Felt­l~r z~ ver'.neiclen ~nd bessere Steuerungen zu erreichen. Im folgenclen Bild werclen die b1shengen typ1sch auftretenclen Versagenfalle gezeigt.

KAPITEL 1. EINLEITUNG 4

Abbildung 1.4: Versagenfalle Faltenbilclung (links) uncl Ausknicken

Literaturverzeichnis

[1] Spur, G. Schmoeckel , D.: Umformtechnik In : Handbuch der Fertigungstechnik Band 2/1 M unchen, Wien : Carl Hanser-Verlag 1983

[2] Roth, K.: Konstruieren mit Konstruktionskatalogen 1.Aufl. Berlin/ Heidelberg/ New York: Springer-Verlag 1982

[3] Schmoeckel, D. Hauk, S.: Flexible Production of Gear Molds Manufac­tured Out of Round Blanks in a Combined Chase-Roll Process. In : Production Engineering Vol II/2 Munich : Carl Hanser-Verlag 1995

[4] Mil berg, J. : Werkzeugmaschinen-Grundlagen 1.Aufl. Berlin/ Heidelberg/ New York/ Paris/ Tokyo/ Hongkong/ Barcelona / Budapest : Springer-Verlag 1992

[5] Pahl, G. Beitz, W. : Konstruktionslehre 3.Auflage Berlin/ Heidelberg/ New York/ London/ Paris/ Tokyo/ Hongkong / Barcelona / Budapest : Springer-Verlag 1993

[6] Schmoecke1, D. : Skriptum Umformtechnik I und II Technische Hochschule Darmstadt

[7] Schmoeckel, D. : Skriptum Umformmaschinen I und II Technische Hochschule Darmstadt

[8] Nagel, J.: Betriebmittelkonstruktion Vorrichtungsbau und Sonderma­schinenbau 5. Auflage Aschaffenburg : N-Verlag 1992

[9] Rufi, A.G. : Linearlager und Linearfiihrungssysteme In : Kontakt & Studium Maschinenbau Band 337 Ehningen: Expert-Verlag 1992

49

LITERATURVERZEICHNIS

(10] Profos, P. Pfeifer, T. :Handbuch der industriellen MeBtechnik 5. Auflage Munchen, Wien : R.oldenbourg-Verlag 1992

50

(11] Beitz, W. Kuttner, K.-H. : Dubbel Taschenbuch fiir den Maschinenbau 17. neubearbeitete Auflage Berlin / Heidelberg/ New York / London / Paris / Tokyo / Hongkong / Barcelona : Springer-Verlag 1990

[12] Meins, W. : Handbuch Fertigungs- und Betriebstechnik Braunschweig / Wiesbaden : Vieweg & Sohn 1989

[13] Birkhofer, I-I : Skriptum Hohere Konstruktionslehre Technische Hochschule Darmstadt