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Vorrichtung zum Erzeugen gerader oder zur Werkstückachse schräg verlaufender,
paralleler Profile, z. B. von Verzahnungen, durch einen Walzvorgang Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen gerader oder zur Werkstückachse schräg verlaufender,
paralleler Profile, z. B. von Verzahnungen, bei der ringartig profilierte auf einer
Planetenbahn umlaufende Walzen einzeln schlagartig und im wesentlichen in Profillängsrichtung
mit gleichbleibendem Richtungssinn auf das Werkstück einwirken, wobei der Werkstoff
schrittweise jeweils innerhalb kleiner Werkstücklängsabschnitte, d. h. Profilabschnitte,
aus dem Profilgrund zur Werkstückoberfläche hin verdrängt wird.
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In einer bekanntgewordenen Walzvorrichtung der eingangs genannten
Gattung sind die Profilwalzen, die dabei zur Anwendung kommen, frei drehbar in einem
motorisch angetriebenen Schlagkopf gelagert, der bei seiner Drehung die in ihm gelagerten
Profilwalzen auf einer Kreisbahn führt.
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Die freie Drehbarkeit der Profilwalzen in dem umlaufenden Schlagkopf
führt dazu, daß der wiederholt erfolgende Eingriff der Profilwalzen in das Werkstück
im wesentlichen eine Abrollbewegung darstellt, wobei sich die Profilwalze in bezug
auf die Planetenumlaufbewegung, die ihr durch den Schlagkopf aufgezwungen wird,
gegensinnig um ihre eigene Achse drehen muß.
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Da der die Walzen tragende Schlagkopf mit verhältnismäßig hoher Drehzahl
umläuft, kommen die Profilwalzen in sehr kurzen Zeitabständen wiederholt mit dem
Werkstück in Walzberührung, wobei sie entsprechend ihrem Abrollen auf der Werkstückfläche
in rasche Rotation versetzt werden.
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Es wurde bisher angenommen, daß die auf diese Weise während eines
jeden Walzeingriffes erneut drehbeschleunigten Profilwalzen ihre Drehzahl bis zu
dem folgenden Walzeingriff ungefähr beibehalten und deshalb beim erneuten Eingriff
in das zu walzende Profil nur ganz unwesentlich beschleunigt werden müssen.
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Es zeigte sich jedoch bei der praktischen Erprobung des Verfahrens,
daß während eines Umlaufes der Walzen offenbar wesentliche Schwankungen der Drehzahl
der Walzen auftreten, so daß bei dem schlagartigen Auftreffen jeder Walze auf das
Werkstück eine plötzliche und recht erhebliche Rotationsbeschleunigung der einzelnen
Walze im Sinne der Drehung um ihre eigene Achse auftritt und daß die zur Beschleunigung
notwendigen Kräfte schwer zu beherrschende Schwingungen und stoßartige Beanspruchungen
zwischen der Profilwalze und dem Werkstück hervorrufen können, die zur Minderung
der Oberflächenbeschaffenheit der erzeugten Profilkörper führen. Um diese hohen,
schlagartig auftretenden Beschleunigungskräfte herabzudrücken - oder sie sogar vollständig
zu vermeiden - sollen gemäß der vorliegenden Erfindung die Profilwalzen zumindest
auf einem außerhalb ihrer Eingriffsstrecke liegenden Teil ihrer Bahn - wie an sich
vorgeschlagen - in einem entgegengesetzt zu dem Drehsinn ihrer Planetenbewegung
gerichteten Drehsinn, aber mit einer weitgehend der Abrollumfangsgeschwindigkeit
an dem Werkstück W entsprechenden Winkelgeschwindigkeit antreibbar sein.
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Auf diese Weise lassen sich die nachteiligen plötzlichen Beschleunigungen
sowie nur stoßweise auftretende gleitende Reibung zwischen beiden Teilen weitgehend
vermeiden.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einer bekannten Einrichtung
zum Erzeugen von Gewinden durch einen Walzvorgang, die grundsätzlich nach dem gleichen
Verfahren wie die erfindungsgemäße Walzvorrichtung arbeitet, die das Gewinde formenden,
im Durchmesser relativ kleinen Walzen zwangläufig über Zahnräder anzutreiben, um
zusätzlich zu der Abwälzbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück eine relative Gleitbewegung
zu erzeugen, die vorzugsweise durch eine dem Sinn der Vorschubbewegung während des
Abwälzens entgegengesetzte Zusatzdrehung der Profilwalze erzwungen wird. Durch diese
Maßnahme sollen bei Gewinden besonders glatte, verschleiß- und ermüdungsfeste Oberflächen
entstehen.
Bei einem solchen schlagartig durchgeführten Walzen von
Gewinden treffen die im wesentlichen konvex gekrümmten Profilflächen der Walzen
etwa tangential und auf beiden Seiten des Profils mit einer geringen zeitlichen
Verzögerung- auf ebenfalls konvex gekrümmte Werkstückfläehen auf, außerdem ist infolge
des formschlüssigen Antriebs der Walzen auch die relative Gleitbewegung nicht sehr
groß; infolgedessen treten die oben geschilderten Nachteile hier nicht in dem Maße
auf, wie beispielsweise beim Walzen von Zahnrädern, bei dem das Walzenprofil in
eine gerade oder nur wenig gekrümmte Profilnut eintaucht und die Walze, deren Drehzahl
wesentlich niedriger ist als die Drehzahl beim Abwälzen, keilartig in das Werkstückprofil
hineinschlägt, gleichzeitig an beiden Profilflanken anliegt und an der Eingriffsstelle
plötzlich stark beschleunigt werden muß.
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Das erfindungsgemäße Antreiben der Profilwalzen mit einer der Abwälzdrehzahl
möglichst genau entsprechenden Drehzahl kann an sich formschlüssig, z. B. durch
einen Planetenzahntrieb, erfolgen, wobei dann die Drehzahl und die Umfangsgeschwindigkeit
der Walzen eindeutig festliegen. Günstiger ist es jedoch, die Profilwalzen über
kraftschlüssig mit ihnen gekuppelte Antriebsmittel anzutreiben, so daß in beschränktem
Maße Gleitbewegungen der Profilwalzen möglich sind. Der kraftschlüssige Antrieb
hat den Vorzug, daß während des Walzeingriffes Drehzahländerungen der Walze erfolgen
können, die sich bei jedem Teilwalzvorgang infolge sich verändernder Eindringtiefe
der Walze von selbst einstellen.
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Es dürfte klar sein, daß sich beim Walzen von Nut- oder Zahnprofilen
Gleitbewegungen zwischen der das Profil formenden Walze und dem Werkstück nicht
völlig vermeiden lassen, da das Abwälzen des Walzenprofils auf dem Werkstückprofil
nur jeweils auf einem Wälzkreis mit bestimmtem Radius ohne Gleiten verläuft, während
auf Wälzkreisen mit kleinerem öder größerem Radius gleichzeitig ein negativer bzw.
positiver Schlupf, d. h. eine gleitende Reibung, auftreten muß.
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Es genügt, wenn bei der Walzvorrichtung nach der Erfindung die Drehzahl
der Walzen so hoch gehalten wird, daß der Beschleunigungsstoß beim Auflaufen der
Walzen auf das Werkstückprofil klein gehalten wird und der Gleitschlupf relativ
gering bleibt.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen von Werkzeughaltern
mit Schlagköpfen dargestellt, die als Beispiele für die Verwirklichung der erfindungsgemäßen
Walzvorrichtung dienen. In diesen Ausführungsbeispielen sind formschlüssige und
kraftschlüssige Antriebe für die Profilwalzen vorgesehen. Es zeigt Fig. 1 einen
Axialschnitt durch eine Walzvorrichtung (Schlagkopfträger) mit einem Schlagkopf
und in dem Schlagkopf achsparallel gelagerten, antreibbaren Profilwalzen, Fig. 2
einen Axialschnitt durch eine abweichende Ausführungsform einer Walzvorrichtung
ähnlich Fig. 1, Fig. 3 eine Teildarstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 2, Fig.4
eine Teildarstellung ähnlich Fig. 3, jedoch zu einer abweichenden Schlagkopfausführung
gehörig, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Schlagkopfes ähnlich Fig. 2,
Fig. 6 einen Schlagkopf mit Flüssigkeitskupplung für die Profilwalzen, Fig. 7 eine
schematische Querschnittsdarstellung der Flüssigkeitskupplung gemäß Fig. 6, Fig.
8 eine weitere Ausführungsform eines Schlagkopfes, Fig. 9 einen Teilquerschnitt
durch den Schlagkopf gemäß Fig. 8, Fig. 10 einen Teilquerschnitt durch einen Schlagkopf
ähnlich den Fig. 8 und 9.
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Die Fig. 1 zeigt einen fest in der Maschine gelagerten Schlagkopfträger
1, in dem der Schlagkopf 2 mittels seiner Antriebswelle 3 drehbar gelagert ist.
Der Schlagkopf 2 trägt seinerseits eine Reihe von Profilwalzen 4, die auf zu einander
parallelen Achsen 5 sitzen. Die Achsen 5 sind im Schlagkopf 2 drehbar gelagert.
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Bei der Drehung des Schlagkopfes 2 werden die Profilwalzen 4 in einer
Planetenbahn an dem mit strichpunktierten Linien angedeuteten Werkstück W vorbeigeführt,
wobei die Profilrippen --- gegebenenfalls nur eine derartige Rippe --- kurzzeitig
in Walzberührung mit dem Werkstück W treten.
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An dem ruhenden Schlagkopfträger 1 ist ein Zahnkranz 6 mit Innenverzahnung
befestigt; mit der Innenverzahnung dieses Zahnkranzes 6 kämmen die an die Achsen
5 der Profilwalzen 4 angearbeiteten Zähne 7.
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Wenn der Schlagkopf 2 gedreht wird, so treibt der ruhende Zahnkranz
6 über die Zähne 7 die Achsen 5 und damit die Profilwalzen 4 in der Weise an, daß
der Drehsinn dieser Walzen entgegengesetzt zur Umlaufrichtung des Schlagkopfes ist.
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Wenn der Teilkreisdurchmesser der Zähne 7 größer oder kleiner gewählt
wird als der mittlere Eingriffsdurchmesser der Profilrippen der Profilwalzen 4,
so ergibt sich zwischen jeder der Profilwalzen 4 und dem Werkstück W infolge des
Antriebes ein im Drehsinn der Planetenbewegung der Walzen positives oder negatives
Gleiten. Man hat es in der Hand, durch Wahl dieses Teilkreisdurchmessers die praktisch
gleichbleibende Drehzahl der Profilwalzen auf einen gewünschten Wert einzustellen,
z. B. derart, daß der Eingriff der Walzen in das Werkstück nahezu stoßlos erfolgt.
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Bei dem Schlagkopf gemäß den Fig. 2 und 3 wird die Profilwalze 4 ----
die diesmal auf ihrer Achse 5 drehbar gelagert ist --. zwischen zwei im Schlagkopfträger
1 sitzenden Reibringen 8 und 9 axial geführt, von denen der Reibring 9 unter Wirkung
der Tellerfedern 10 reibend auf die Seitenfläche der Formwalze 4 drückt.
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Das Maß der Reibung läßt sich durch mehr oder weniger starkes Anspannen
des mit winkelförmigem Querschnitt ausgeführten Druckflansches 11 einstellen.
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An den Reibflächen der Profilwalze 4 (bzw. an den Reibringen 8 und
9) sind Verschleißringe 12 und 12' angeordnet, die ausgewechselt werden können.
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Die Reibfläche zwischen den auf der Profilwalze 4 sitzenden Verschleißringen
12 und den Reibringen 9 ist in Achsansicht in Fig. 3 durch Kreuzschraffur gekennzeichnet.
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An Stelle der Reibringe 8 und 9 können auch an dem Schlagkopfträger
1 Reibglieder in Form von Reibfedern 13 befestigt sein, die reibend auf den Umfang
der Profilwalze 4 einwirken (vgl. Fig. 4).
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Der Schlagkopf gemäß Fig. 5 stellt gewissermaßen eine Kombination
der Ausführungen gemäß den Fig. 2 und 4 dar. Die Profilwalzen 4 weisen an beiden
Stirnseilen
Kegelflächen 19 auf, gegen die in dem Schlagkopfträger
1 nicht drehbar befestigte Federringe 20 und 20' mit entsprechenden kegelförmigen
Reibflächen gedrückt werden. Durch in. ihrer Stärke wählbare Distanzringe 21 und
21' kann der Reibungsdruck an den Kegelflächen 19 der Profilwalzen 4 eingestellt
werden. Die Federringe 20 und 20' können aus ihrer Kreisform heraus in eine Polygonform
federn. Auch bei dieser Ausführung des Schlagkopfes bewirken die Federringe
20 und 20' eine axiale Festlegung der Profilwalzen 4.
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Die Fig.6 und 7 zeigen die Verwendung einer Flüssigkeits-Wirbelbremse
als Antriebsglied für die Profilwalzen 4. In einer von der Maschine mit Drucköl
versorgten Ölkammer 14 laufen. Verlängerungen der Profilwalzenachsen 5 planetenförmig
um, an denen je zwei mit Abstand voneinander angeordnete Schaufelkränze 15 und 15'
sitzen. Zwischen diese beiden Schaufelkränze greift der fest an dem Schlagkopfträger
1. befestigte Schaufelkranz 16 ein.
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Die Flüssigkeitswirbelbremse wirkt als kraftschlüssige Flüssigkeitskupplung.
Ihre Wirkungsweise entspricht der bereits oben geschilderten Wirkungsweise der Reibungskupplungen
zwischen dem Schlagkopfträger 1 und den Profilwalzen 4.
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An Stelle der Flüssigkeitskupplung könnte auch eine Kupplung verwendet
werden, die mit einem gasförmigen Übertragungsmittel, z. B. Luft, arbeitet und auf
die Profilwalzen 4 ein Drehmoment im Sinne der Aufrechterhaltung ihrer Drehzahl
überträgt.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 7 wird die Relativbewegung
des Schlagkopfes 2 gegenüber dem Schlagkopfträger 1 dazu benutzt, die Profilwalzen
4 anzutreiben. Demgegenüber erfolgt bei den Ausführungen gemäß den Fig. 8,
9 und 10 der Antrieb der jeweils nicht im Eingriff befindlichen Profilwalzen 4 mit
Hilfe eines Kupplungsgliedes, das sämtliche Profilwalzen des Schlagkopfes kraftschlüssig
miteinander kuppelt.
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Bei der Ausführung gemäß Fig.8 erfolgt diese Kupplung sämtlicher Profilwalzen
4 mit Hilfe einer elastischen, endlosen Kordel 17, die in ringförmigen Rillen 18
der Profilwalzen 4 läuft und alle Profilwalzen des Schlagkopfes 2 umschlingt. Durch
diese Kupplung mehrerer in einem Schlagkopf geführter Profilwalzen wird der Abfall
der Drehzahl der einzelnen Profilwalzen wesentlich verringert, da bei jedesmaligem
Eingriff einer der Profilwalzen in das Werkstück eine erneute Drehbeschleunigung
sämtlicher Profilwalzen erfolgt. Infolgedessen treffen die einzelnen Profilwalzen
auf das Werkstück mit einer wesentlich größeren Drehzahl auf, als wenn sie unabhängig
voneinander wären.
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An Stelle der endlosen Kordel 17 kann auch zur kraftschlüssigen
Kupplung sämtlicher Profilwalzen 4 des gleichen Schlagkopfes ein gemeinsamer Reibring
22 Verwendung finden (vgl. Fig. 10), der entweder federnd oder mit einer kegelförmigen
Kante auf dem Umfang der mit entsprechenden kegelförmigen Gegenflächen versehenen
Profilwalzen 4 drückt. Der Reibring 22 kann auch auf begrenzte Abschnitte der Stirnflächen
der Profilwalzen 4 wirken, wenn er in axialer Richtung gefedert wird. Abweichend
von den Reibringen in den Fig. 2, 3 und 5 wird jedoch der Reibring 22 nicht an dem
Schlagkopfträger 1 festgelegt, sondern nur lose an dem umlaufenden Schlagkopf 2
gelagert, damit er sich gegenüber dem Schlagkopf frei drehen kann. Die in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele können in beliebiger Weise ergänzt bzw. erweitert
werden. So kann man z. B. an Stelle der hydraulischen Bremse oder Kupplung (Fig.
6 und 7) irgendeine andere Reibungskupplung oder eine pneumatische Kupplung vorsehen.
Außerdem können alle Kupplungsvorrichtungen je nach der Richtung des Arbeitsdruckes
auf die Profilrippen der Profilwalzen 4 einseitig oder symmetrisch zum Werkstückaxialschnitt
angeordnet werden.