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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur spanlosen Herstellung von Verbindungs-, Befestigungs- oder Verschlusselementen aus Metall mit Außengewinde, zur Verwendung als Hohlschrauben, Hohlwellen, Gewindehülsen, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
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Zur Herstellung von Außengewinden auf metallischen Werkstücken sind zwei klassische Verfahrensarten bekannt, die in Abhängigkeit von der Größe des Gewindes, der Gestalt des Werkstückes und/oder der Härte des metallischen Werkstoffes in der Praxis Anwendung finden, das Walzen bzw. Rollen oder Schneiden von Gewinden.
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Beim Walzen bzw. Rollen werden Maschinen mit zwei oder drei angetriebenen Rundrollen oder sich zueinander bewegenden Flachbacken (Parallelbacken) eingesetzt. Das Gewinde kann auch mittels in Drehmaschinen eingespannten Rollköpfen erzeugt werden, wobei das Werkstück angetrieben wird.
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Das Kaltwalzen von Gewinde auf dünnwandigen Hohlteilen mittels eines Profilwalzwerkzeuges ist z. B. aus der
DE 195 36 817 A1 bekannt.
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Das Walzen oder Rollen von Außengewinde auf hohlzylindrischen Werkstücken aus Metall hat als Massenfertigung in der Praxis die größte Bedeutung erlangt. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass die hohlzylindrischen Werkstücke eine ausreichende Wanddicke aufweisen. Die Wanddicke sollte beim Gewindewalzen auf Zweirollenwalzmaschinen mindestens ca. 1/5 des Außendurchmessers/Wandstärke und auf Dreirollenwalzmaschinen ca. 1/8 des Außendurchmessers/Wandstärke betragen.
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Liegt das Verhältnis unter diesem Wert, so lässt sich das Gewinde nur durch eine spanende Bearbeitung herstellen oder mittels Rollköpfen auf Drehmaschinen. Das Herstellen der Gewinde auf Mehrspindeldreh- oder Gewindeschneidautomaten ist jedoch material- und zeitaufwendiger als bei einer umformtechnischen Herstellung.
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Bei der Herstellung von Außengewinden durch spanabhebende Formgebung auf Drehautomaten mittels Drehmeißel lässt sich keine pressblanke kaltverfestigte Oberfläche erzielen.
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Aus der
EP 2 156 909 A2 ist zur Herstellung von Schrauben oder Gewindebolzen aus metallischem Vollmaterial bekannt, dass in einer ersten Pressstufe in einen vorgefertigten Rohling mehrere in axialer Richtung verlaufende Ausnehmungen in einem festgelegten radialen Abstand eingeformt werden. In einer zweiten Pressstufe wird der vorgefertigte Rohling in ein mehrteiliges Backenwerkzeug mit einer die Außenkontur bildenden Innenprofilierung eingelegt, derart dass sich an den Stellen, wo die Pressbacken geöffnet sind die Ausnehmungen befinden. Durch Schließen der Backen wird mittels radialer Krafteinwirkung auf den schaftförmigen Abschnitt des Rohlings eine radiale Außenkontur gepresst.
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Bekannt (
DE 83503 A ) ist ein Verfahren zur Herstellung von Befestigungs- oder Verbindungsmitteln mit radialen Außenkonturen, insbesondere Schrauben oder Gewindebolzen, aus metallischem Vollmaterial. Der vorgeformte Rohling, der einen länglichen, in der Mitte eingeschnürten Querschnitt aufweist, wird zwischen zwei Gewindepressbacken gelegt. Durch Annäherung der Pressbacken wird der eingeschnürte Teil des Bolzens bzw. Rohlings gestaucht, wodurch Material nach außen gedrängt und in das Gewinde der Pressbacken gepresst wird.
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Aus der
DE 10 2009 048 040 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur spanlosen Herstellung eines Außengewindes auf hohlförmigen Werkstücken aus Metall bekannt, wobei ein hohlförmiger Rohling in ein Backenwerkzeug mit Gewindeprofilierung eingelegt und durch Aufweiten mittels eines Dornes das Gewinde geformt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur spanlosen Herstellung von Verbindungs-, Befestigungs- oder Verschlusselementen aus Metall mit Außengewinde zu schaffen, das sich durch eine einfachere Verfahrensweise sowie verbesserte Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Ferner soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitgestellt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahrensweise sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 11. Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 12 bis 14 angegeben.
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Gemäß der vorgeschlagenen Verfahrensweise wird als Ausgangsmaterial ein aus Vollmaterial bestehender Rohling aus Draht- oder Stangenmaterial eingesetzt. Der Rohling wird in ein geöffnetes oder geschlossenes mehrteiliges Backenwerkzeug mit einem Formhohlraum eingelegt, dessen Innenwandung mit einer als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung versehen ist. Im geschlossenen Zustand des Werkzeuges berühren die vorstehenden Kanten der Gewindeprofilierung allenfalls die Mantelfläche des Rohlings bzw. es besteht zwischen diesen ein geringes Spiel. Durch die Schließbewegung der Backen des Backenwerkzeuges wird die Form des Rohlings nicht verändert. An einer der beiden Stirnseiten des Rohlings greift mindestens ein Werkzeug oder erster Stempel als Gegenhalter an, um zu verhindern, dass während des nachfolgenden Kaltumformvorganges der Rohling in axialer Richtung verschoben wird. Zur Erzeugung eines Außengewindes auf dem Rohling sind zwei Möglichkeiten vorgesehen.
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An der gegenüberliegenden Stirnseite wird durch Napfen mittels eines Napfdornes eine axiale Vertiefung als Sackloch und dabei gleichzeitig durch Verdrängung von Material in die als Negativ ausgebildete Gewindeprofilierung des Backenwerkzeuges das Außengewinde erzeugt. Während des Napfvorganges werden die Konturen der Gewindeprofilierung durch einen überwiegend radialen Materialfluss (Querfließpressen) ausgefüllt und somit das Außengewinde erzeugt. Gleichzeitig entsteht durch den Napfvorgang eine axiale Vertiefung als Sackloch.
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Nach Beendigung des Napfens wird das Backenwerkzeug geöffnet und das fertige Verbindungs- oder Befestigungselement aus diesem entfernt. Die Formgebungskräfte zur Erzeugung des Außengewindes werden ausschließlich durch den Napfvorgang aufgebracht. Das Backenwerkzeug muss während des Napfvorganges geschlossen bleiben und darf sich nicht öffnen.
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Bei dieser ersten Ausführungsvariante überragt der in das Backenwerkzeug eingelegte Rohling nicht die Stirnseite, an der das Napfwerkzeug angreift.
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Der als Gegenhalter an der gegenüberliegenden Seite angreifende Stempel ist vorzugsweise in einer Hülse geführt, die als Fließbremse wirkt, um während des Napfens ein Rückwärtsfließen von Material zu unterdrücken.
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Das Endprodukt bzw. die fertige Schraube ist nicht in axialer Richtung durchgehend hohl, sondern besitzt nur einen hohlen Abschnitt bzw. ein Sackloch im Bereich des Außengewindeabschnittes. An den hohlen Abschnitt bzw. das Sackloch schließt sich ein Abschnitt aus Vollmaterial an. Bei Stiftschrauben gibt es auch Ausführungen mit einem Bund aus Vollmaterial im mittleren Abschnitt und zwei gegenüberliegenden Gewindeabschnitten, die sich ebenfalls nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise herstellen lassen. Gegebenenfalls kann nach erfolgter Formgebung des Außengewindes in einem weiteren Bearbeitungsschritt, vorzugsweise durch Stanzen, die axiale Vertiefung (Sackloch) zu einem Durchgangsloch umgeformt werden.
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Durch den Napfvorgang können auch in ihrer Querschnittsgeometrie unterschiedliche Formen, wie z. B. als Vierkant oder Sechskant, erzeugt werden, die dann beim Einsatz als Verbindungs-, Befestigung- oder Verschlusselement als Antrieb genutzt werden können. Der Napfvorgang wird fließtechnisch so gesteuert, dass der Anteil an rückwärtsfließendem Material möglichst gering gehalten wird. Beispielsweise wird durch eine mechanische Fließsperre ein Rückwärtsfließen von Material unterdrückt. Eine solche kann durch eine Abstufung des als Gegenwerkzeug zum Einsatz kommenden Stempels realisiert werden.
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Rohling und Außengewinde sollten in ihrer Dimensionierung so ausgelegt sein, dass durch den Napfvorgang zur Erzeugung des Außengewindes nur so viel Material verdrängt wird, wie Hohlraumvolumen zwischen der Mantelfläche des Rohlings und der als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung vorhanden ist.
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Der Rohling kann unterschiedliche Ausgangsformen aufweisen. An der Napfseite kann dieser eine bereits vorgeformte Ausnehmung, z. B. in Form einer Kalotte, besitzen. Alternativ kann der Rohling in einer Richtung konisch verjüngt ausgeführt sein.
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Eine andere Variante, die insbesondere bei kleinvolumigen Teilen angewendet werden kann, besteht darin, dass während des Napfens anfallendes überschüssiges Material in eine Nebenkavität gedrückt wird. Die Nebenkavität kann z. B. im Backenwerkzeug oder im Gegenwerkzeug angeordnet sein. Der in der Nebenkavität entstehende Materialpfropfen kann entweder entfernt werden oder in der Nebenkavität verbleiben, z. B. als integrierter Bestandteil des Formteils.
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Der Vorteil der ersten Ausführungsvariante besteht in einer gleichzeitigen Erzeugung eines Außengewindes und eines Sackloches im Bereich des Gewindeabschnittes in einem Arbeitsgang, ohne die Gefahr, dass sich die Querschnittsform verändern kann, wie dies beim Rollen von Gewinde auf dünnwandigen Hohlteilen der Fall ist.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante überragt der in das Backenwerkzeug eingelegte Rohling die Stirnseite der Gewindeprofilierung des Backenwerkzeuges, an der das Werkzeug zur Erzeugung des Außengewindes angreift. Das Werkzeug zur Erzeugung des Außengewindes besteht aus einer Hülse mit einem in axialer Richtung bewegbaren zweiten Stempel. Die Innenquerschnittsfläche der Hülse entspricht der Querschnittsfläche des überstehenden Abschnittes des Rohlings. Nach dem Zustellen des Werkzeuges befindet sich dieser innerhalb der Hülse. Über den druckbeaufschlagten Stempel wird durch Stauchen ein Fließpressvorgang ausgelöst und Material in die Hohl- oder Zwischenräume der als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung des Backenwerkzeuges gedrückt. Um ein axiales Verschieben des Rohlings zu verhindern greift analog wie bei der ersten Ausführungsvariante mindestens ein Stempel oder Werkzeug als Gegenhalter an der gegenüberliegenden Seite des Rohlings an.
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Der überstehende Abschnitt des Rohlings kann so groß sein wie das Hohlraumvolumen der Gewindeprofilierung. Bei gleicher Größe schließt dann die fertige Schraube bündig mit der Stirnseite des Backenwerkzeuges ab. Ist der überstehende Abschnitt größer, so kann der verbleibende Rest an Material zur Ausformung einer Spitze genutzt werden. Ist dieser kleiner, so entsteht an der entsprechenden Stirnseite des Formteils eine Vertiefung bzw. Ausnehmung.
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Die gemäß der zweiten Ausführungsvariante hergestellten Endprodukte bestehen aus Vollmaterial, besitzen also keinen Hohlraum bzw. Vertiefung im Bereich des Außengewindeabschnittes.
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Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise lassen sich vor allem Standard- und Sonder- bzw. Spezialschrauben, insbesondere Verschlussschrauben, Ölablass- oder Durchlassschrauben wirtschaftlich herstellen. Auch zur Herstellung von Stift- oder Madenschrauben mit Innenantrieben ist das Verfahren gut geeignet.
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Zur Herstellung von Kopfschrauben wird ein Rohling eingesetzt, der das Backenwerkzeug an der Kopfseite überragt. Vor der Erzeugung des Außengewindes wird der überstehende Abschnitt mittels separaten Stempelwerkzeugen in einem oder mehreren Umformschritten zu einem Schraubenkopf, z. B. als Sechskant, umgeformt. Während der Umformung wird der Rohling an der gegenüberliegenden Seite mittels eines Stempels abgestützt. Erforderlichenfalls kann vor oder nach der Erzeugung des Außengewindes in den oberen Abschnitt bzw. den Kopfabschnitt des Rohlings durch einen zusätzlichen Pressvorgang ein Antrieb erzeugt werden, beispielsweise kann so in eine Schraube mit Sechskantkopf zusätzlich in den Kopf noch ein Innenantrieb als Sechskant geformt werden.
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Das Risiko, dass während des Napfens Material in den Schließspalt zwischen die Backen des Backenwerkzeuges gelangt, kann dadurch vermieden werden, indem im Bereich der Schließkanten der Backen die Profilhöhe der als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung verringert wird. Dadurch wird an den Stellen des Rohlings, die sich im Bereich der Schließkanten der Backen befinden, keine oder nur eine abgeschwächte Gewindeprofilierung erzeugt. Im Bereich der Schließkanten der Backen sind die Gewindegänge abgesenkt bzw. praktisch nicht mehr vorhanden.
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Die Gewindeprofilierung der Negativform kann auch aus mehreren in ihrer Geometrie unterschiedlichen Gewindeabschnitten bestehen, wobei sich während des Napfvorganges Gewindeabschnitte mit unterschiedlicher Gewindegeometrie erzeugen lassen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die radiale Materialverdrängung der Gewindeabschnitt kaltverfestigt wird und gleichzeitig eine blanke Oberfläche entsteht, sodass keine weitere Nachbearbeitung erforderlich ist. Die zusätzliche Kaltverfestigung ermöglicht eine stärkere mechanische Belastung des Gewindeabschnittes.
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Die erforderlichen maschinentechnischen Aufwendungen zur Erzeugung der Außengewinde sind vergleichsweise gering.
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Als metallische Werkstücke kommen solche in Frage, die aus kaltumformbarem Material, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Stahl, bestehen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch innerhalb einer Mehrstufenpresse zur Anwendung gelangen. Hinsichtlich des bekannten Verfahrensablaufes einer Mehrstufenpresse wird auf die
EP 2 156 909 A2 verwiesen.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einem mehrteiligen, in eine Öffnungs- und Schließstellung bewegbaren Backenwerkzeug mit einem an beiden Seiten offenen zylindrischen Formhohlraum zur Aufnahme eines aus Vollmaterial bestehenden Rohlings. Die den Formhohlraum begrenzende Innenwandung der Backen ist mit einer als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung ausgerüstet. Während der Schließbewegung der Backen gelangt die Gewindeprofilierung nicht in Kontakt mit der Mantelfläche des Rohlings. Über die Bewegung der Backen erfolgt keine Verformung des Rohlings.
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Der durch die Innenwandung der Backen begrenzte Formhohlraum ist in seiner Größe so bemessen, dass im geschlossenen Zustand der Backen zwischen der Mantelfläche des einschiebbaren Rohlings und der Innenwandung des Formhohlraumes nur ein geringes Spiel oder allenfalls Berührungskontakt besteht.
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An einer der Stirnseiten des Backenwerkzeuges greift mindestens ein erster Stempel oder Werkzeug an, die als Gegenhalter dienen. An der gegenüberliegenden Stirnseite ist zur Erzeugung eines Außengewindes ein in axialer Richtung bewegbarer zweiter Stempel oder Dorn als Verformungswerkzeug angeordnet.
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Das Verformungswerkzeug kann als Napfwerkzeug oder als Stauchwerkzeug ausgebildet sein, wobei der Napfdorn oder der Stempel zum Stauchen jeweils in einer Matrize oder Hülse geführt sind. Die Matrize ist Bestandteil des Backenwerkzeuges und besitzt eine entsprechende Führung für Napfdorn oder Stempel. Die Hülsen können zusätzlich noch die Funktion als Auswerfer für das fertige Teil übernehmen.
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Vorzugsweise ist die als Negativ ausgebildete Gewindeprofilierung der Backen so ausgeführt, dass sich im Bereich der Randzonen der Backen der Gewindeaußendurchmesser nach beiden Seiten kontinuierlich verringert, d. h. die Profilhöhe nimmt ab. Dadurch wird das Risiko, dass während des Gewindepressvorganges Material zwischen die Backen gelangen kann, deutlich verringert.
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Die Gewindeprofilierung der Backen kann durch andere Profilierungen unterbrochen sein oder die Backen sind außerhalb der Gewindeprofilierung mit anderen Profilierungen ausgerüstet.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen
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1 einen vorgeformten Rohling zur Herstellung einer hohlförmigen Madenschraube mit Außengewinde, in vergrößerter Darstellung, als Längsschnitt,
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2 ein Backenwerkzeug mit drei Pressbacken im beladenen Zustand, in vereinfachter Darstellung, als Längsschnitt,
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3 das Backenwerkzeug gemäß 2 während des Napfvorganges,
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4 das Backenwerkzeug gemäß 2 im geöffneten Zustand,
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5 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in 3, in vergrößerter Darstellung, ohne Rohling,
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6 die erfindungsgemäß hergestellte Madenschraube als Einzelteil,
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7 zwei weitere Ausführungsformen von Rohlingen,
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8 die Verfahrensstufen zur erfindungsgemäßen Herstellung einer Hohlschraube mit Kopf in vereinfachter schematischer Darstellung,
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9 eine zweite Ausführungsvariante des Backenwerkzeuges als Querschnittsdarstellung und
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10 die Verfahrensstufen zur erfindungsgemäßen Herstellung einer Vollschraube mit Kopf in vereinfachter schematischer Darstellung.
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Der in 1 gezeigte Rohling 1 aus Vollmaterial zur Herstellung einer hohlen Madenschraube mit Außengewinde besitzt im oberen Abschnitt 2 mittig einen vorgeformten Antrieb 3 als Innensechskant. Auf dem unteren Abschnitt 4 soll ein Außengewinde erzeugt werden, wobei der überwiegende Teil dieses Abschnittes hohl ausgebildet werden soll. Der mittlere Abschnitt 5 ist im Vergleich zu den beiden anderen Abschnitten 2 und 4 verjüngt ausgebildet.
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Der vorgeformte Rohling 1 wird in ein geöffnetes oder geschlossenes Backenwerkzeug 6 mit drei beweglichen Backen 7, 8 und 9 (5) eingelegt, wie in 2 gezeigt. Im geschlossenen Zustand der Backen 7, 8 und 9 besteht zwischen deren Innenseiten und der Mantelfläche des Rohlings 1 ein geringes Spiel von einigen Zehntel Millimetern. Die Backen 7, 8 und 9 besitzen an ihrer Innenseite bzw. Innenwandung eine Gewindeprofilierung 10 als Negativ. Im geschlossenen Zustand der Backen 7, 8 und 9 begrenzt die Innenwandung der Backen den Formhohlraum 11 (5).
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Bei der Herstellung von kopflosen Schrauben sollte der Rohling 1 die Backen des Backenwerkzeuges 6 nicht überragen.
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Das Backenwerkzeug 6 besteht aus einem äußeren, in axialer Richtung verschiebbaren Ring 12, in dem die drei Backen 7, 8 und 9 radial beweglich gelagert sind.
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Die Außenflächen der Backen 7, 8 und 9 besitzen eine kegelförmige Mantelfläche 13, und der äußere Ring 12 eine mit dieser korrespondierende kegelförmige Innenfläche 14, derart, dass die Backen 7, 8 und 9 innerhalb des äußeren Ringes 12 in eine Öffnungs- und Schließstellung bewegbar sind. Die erforderlichen Antriebseinheiten zur Bewegung der Backen sind in der Zeichnung nicht näher dargestellt, da es sich hierbei um an sich bekannte Systeme handelt. Die Öffnungs- und Schließbewegung der Backen 7, 8 und 9 wird über ein nicht näher dargestelltes Federpaket realisiert. Mit der Zustellbewegung über die Antriebseinheit wird das Federpaket gespannt, wobei der Ring 12 mit den Backen 7, 8 und 9 gegen einen Anschlag gefahren wird. Bei Bewegung in entgegengesetzter Richtung wird das Federpaket entspannt und dabei der Ring 12 nach oben bewegt, wobei sich die Backen öffnen.
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Zur Vorrichtung gehören außerdem noch ein Napfdorn 15, der in einer Hülse 16 axial beweglich geführt ist und gegenüberliegend ein erster Stempel 17, der ebenfalls in einer Hülse 18 geführt ist. Der Stempel 17 wird mit einem definierten Gegendruck beaufschlagt, um zu verhindern, dass der Rohling 1 während des Napfvorganges in axialer Richtung bewegt wird. Der Stempel 17 wirkt daher wie ein Gegenhalter.
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Im gezeigten Beispiel hat der in Richtung Rohling 1 zeigende Endabschnitt 19 des Stempels 17 die Form eines Sechskants, der genau in der Antriebsöffnung 3 des Rohlings 1 passt. Die beiden Hülsen 16 und 18, die an ihrer in Richtung Rohling zeigenden Stirnseite eine plane ringförmige Fläche besitzen, haben mehrere Funktionen. Einerseits dienen sie während der Öffnungsbewegung des Backenwerkzeuges 6 als Abstreifer bzw. Auswerfer für das fertige Formteil 20. Außerdem bilden die beiden Hülsen 16, 18 im Zusammenwirken mit dem Napfdorn 15 und dem Stempel 17 während der Formgebung einen Verschluss für die beiden gegenüberliegenden Öffnungen des Formhohlraumes 11 des Backenwerkzeuges 6. Die an der Napfseite angeordnete, unter Federspannung stehende Hülse 16, die während der Formgebung in stabiler, unveränderlicher Lage gehalten wird, soll verhindern, dass sich der Rohling 1 während des Napfens in Längsrichtung ausdehnt oder Material in axialer Richtung nach außen gedrückt wird. Sie wirkt als Fließbremse bzw. -sperre. Die an der gegenüberliegenden Seite angeordnete Hülse 18 dient zur Führung des Stempels 17.
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Während des Napfens, wie in 3 gezeigt, wird auf den Napfdorn 15 in axialer Richtung eine definierte Druckkraft ausgeübt, wodurch das verjüngte vordere Ende des Napfdornes 15 in den Rohling 1 eindringt. Die Bewegungsrichtungen des Napfdornes 15 sind durch Pfeile gekennzeichnet. Über die Bewegung des Napfdornes 15 wird durch einen Fließpressvorgang gezielt Material des Rohlings 1 nach außen in die Hohlräume der als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung 10 gedrückt. Gleichzeitig wird durch den Napfvorgang im Bereich des Gewindeabschnittes ein Hohlraum in Form eines Sackloches 22 (6) erzeugt. Der Napfdorn kann aus Schnellarbeitsstahl oder Hartmetall bestehen. Nach Beendigung des Napfvorganges wird das Backenwerkzeug 6 geöffnet und die fertige Madenschraube 20 mittels der Auswerferhülsen 16, 18 ausgestoßen (4).
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In 6 ist die fertige Madenhohlschraube 20 als Einzelteil gezeigt. Im oberen Abschnitt ist der als Sechskant ausgebildete Innenantrieb 3 angeordnet. Mittels eines zugehörigen Imbusschlüssels kann die Madenschraube 20 eingedreht werden. Der Abschnitt, auf dem sich das Außengewinde 21 befindet, ist durch das gebildete Sackloch 22 hohlförmig. In 7 sind zwei weitere Ausführungsformen a und b an Rohlingen gezeigt. Der Rohling 23 gemäß der Ausführung b besitzt an einer seiner beiden Stirnseiten eine kalottenförmige Ausnehmung 24. Diese befindet sich an der Napfseite. Dadurch wird verhindert, dass zum Napfen des Außengewindes zu viel überschüssiges Material vorhanden ist. Insbesondere bei Rohlingen mit größeren Außendurchmessern kann dies von Vorteil sein. Als Alternative kann der Abschnitt des Rohlings 25, auf dem das Gewinde erzeugt werden soll, in einer Richtung konisch verjüngt ausgebildet sein, wie in Abbildung a zu sehen. In beiden Fällen ist das Verhältnis von vorhandenem Gewindehohlraum zu Sacklochvolumen entscheidend. Die Verjüngung 26 sollte so bemessen sein, dass der Rohling 25 noch ausreichend im Backenwerkzeug 6 fixiert werden kann.
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In 8 sind die Verfahrensstufen I, II und III zur Herstellung einer Hohlschraube mit Kopf (Standardschraube), ausgehend von einem zylindrischen Rohling 27, gezeigt. Ausgehend von der Schraubenlänge ist das Backenwerkzeug 6 so ausgelegt, dass der zur Ausformung des Kopfes bestimmte Abschnitt 28 des Rohlings 27 nach dem Einlegen in das Backenwerkzeug 6 dieses überragt. Die Napfseite 29 des Rohlings 27 schließt bündig mit der Unterseite des Backenwerkzeuges 6 ab. An dieser Seite liegt ein erster stationärer Gegenstempel 30 an, durch den der eingelegte Rohling 27 in seiner Lage während der Verfahrensstufen I und II fixiert ist. An der Kopfseite 31 wird ein erstes Stempelwerkzeug 32 zugestellt, bestehend aus einer hülsenförmigen Matrize 33 und einem in dieser geführten, druckbeaufschlagbaren Stempel 34, wobei durch die Bewegung des Stempels 34 in Richtung Napfseite 29 der obere Abschnitt 28 des Rohlings 27 durch Stauchen vorgeformt wird.
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Nach Beendigung der ersten Verformung des Kopfabschnittes 28 (Stufe I) wird das erste Stempelwerkzeug 32 zurückgefahren und ein zweites Stempelwerkzeug 35 zugestellt. Dieses besteht ebenfalls aus einer hülsenförmigen Matrize 36 und einem Stempel 37. Die beiden Stempelwerkzeuge 32 und 35 unterscheiden sich in ihrer formgebenden Kontur. In der zweiten Stufe II wird durch die Bewegung des Stempels 37 in Richtung Napfseite 29 die endgültige Form als Sechskantschraubenkopf 40 erzeugt. Nach Beendigung dieser Verfahrensstufe II wird der Gegenstempel 30 weggefahren und ein Napfwerkzeug 38 zugestellt. In der Verfahrensstufe III (Napfen und Gewindeformen) verbleibt das zweite Stempelwerkzeug 35 in seiner Position und übernimmt die Funktion eines Gegenhalters während des Napfvorganges. Das Napfwerkzeug 38 besteht aus Napfdorn 15 und Hülse 16, wie bereits vorstehend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben. Nach Beendigung des Napfens unter gleichzeitiger Verdrängung von Material in den Hohlraum der Gewindeprofilierung 10 und Erzeugung des Außengewindes 21 sowie eines Sackloches 22 wird das zweite Stempelwerkzeug 35 weggefahren. Anschließend wird das Backenwerkzeug 6 geöffnet und die fertige Schraube 39 mittels der Auswerferhülse 16 ausgestoßen.
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Falls in den Kopf der Schraube noch ein Antrieb eingebracht werden soll, so kann dies noch unmittelbar nach der Verfahrenstufe II in einer zusätzlichen Napfstufe erfolgen. Eine derartige Napfstufe ist in der Zeichnung nicht mit dargestellt.
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In der 9 ist noch eine zweite Variante eines Backenwerkzeuges 6 gezeigt, das sich von der Ausführung gemäß der 2 bis 5 nur dadurch unterscheidet, dass die als Negativ ausgebildete Gewindeprofilierung 10 der einzelnen Backen 7, 8, 9 so gestaltet ist, dass sich die Profilhöhe bzw. Gewindetiefe 41 der einzelnen Gewindegänge jeweils in Richtung Schließspalt bzw. Rand 48 der Backen 7, 8, 9 verringert. Im unmittelbaren Bereich der Schließkanten 48 der Backen ist dann keine Gewindeprofilierung als Negativ mehr vorhanden. Dadurch verringert sich das Risiko, dass durch den Fließpressvorgang Material in den Schließspalt gelangen kann, erheblich.
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In der 10 sind die Verfahrensstufen I, II und III zur Herstellung einer Vollschraube mit Kopf (Standardschraube), ausgehend von einem zylindrischen Rohling 42, gezeigt. Dabei handelt es sich um die zweite Ausführungsvariante. Der Rohling 42 besitzt einen zur Ausformung des Kopfes bestimmten oberen Abschnitt 28 und einen unteren Stauchabschnitt 43. Die Ausformung des Schraubenkopfes erfolgt in analoger Weise wie bereits bei der ersten Ausführung gemäß 8 beschrieben. Nach dem Einlegen des Rohlings 42 in das Backenwerkzeug 6 überragt der Stauchabschnitt 43 die untere Seite des Backenwerkzeuges 6. Der an dieser Seite anliegende Gegenstempel 30 besitzt an seinem oberen Abschnitt eine entsprechende Ausnehmung zur Aufnahme des Stauchabschnittes 43. Nach Beendigung der Verfahrensstufen I und II wird der Gegenstempel 30 weggefahren und ein Stauchwerkzeug 44 zugestellt. Das Stauchwerkzeug besteht aus einer hülsenförmigen Matrize 46 und einem in dieser geführten axial bewegbaren Stempel 45. Die an der benachbarten Werkzeugseite anliegende Hülse 46 umschließt den vorstehenden Stauchabschnitt 43 des Rohlings 42, was in der 10 nicht zu sehen ist.
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Durch die unter hohem Druck stattfindende axiale Bewegung des zweiten Stempels 45 (Stauchen) wird ein in axialer und radialer Richtung verlaufender Materialfluss erzeugt und dadurch Material in den Hohlraum bzw. die Zwischenräume der als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung 10 gedrückt. Der Stauchabschnitt 43 ist in seinem Materialvolumen so bemessen, dass dieses dem zu füllenden Hohlraum der Gewindeprofilierung 10 entspricht. Nach Beendigung des Stauchvorganges sollte die Stirnseite der Vollschraube 47 nahezu bündig mit der unteren Seite des Backenwerkzeuges 6 abschließen. Abschließend wird das Backenwerkzeug 6 geöffnet und die fertige Vollschraube 47 ausgeworfen.
