DE19531907A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Profilkörpern - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von ProfilkörpernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein
Verfahren zur Herstellung von insbesondere hohl ausgebil
deten Profilkörpern.
Derartige Profilkörper sind beispielsweise Lamellen
träger von Kupplungen, Zahnriemenscheiben oder ähnliche
Werkstücke mit einer zylindrischen Grundstruktur, die an
ihrer Umfangsfläche Längsvertiefungen aufweisen. Es ist
häufig erforderlich, solche Werkstücke mit hoher Genau
igkeit und Präzision zu fertigen. Insbesondere kommt es
beispielsweise bei Zahnriemenscheiben auf die Genauigkeit
und Oberflächenqualität der in die Außenumfangsfläche des
Werkstückes einzubringenden Nutung an. Teilungsungenau
igkeiten, Stufen oder Absätze in der Oberfläche oder
andere Fehler führen mit hoher Wahrscheinlichkeit zu
vorzeitigem Riemenverschleiß bei Verwendung einer Riemen
scheibe mit solchen Oberflächenfehlern.
Werkstücke der genannten Art sind außerdem häufig
Massenartikel, die nicht nur mit guter Qualität, sondern
außerdem in hoher Stückzahl herzustellen sind. Dies soll
verständlicherweise mit niedrigen Kosten möglich sein.
Aus der DE-OS 24 39 957 sind ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Kaltwalzen von parallelen Profilen, bei
spielsweise Zahnprofilen, aus dem vollen Material be
kannt. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zum Ein
spannen einer mit einem Zahnprofil zu versehenden Welle
auf. Diese Einrichtung ist dazu eingerichtet, gesteuert
axial verschoben zu werden und der Welle eine gewünschte
Winkelposition zu geben. Zum Walzen des Zahnprofils sind
zwei quer zu der Welle angeordnete Profilwalzen vorgese
hen, die jeweils eine exzentrisch gelagerte Profilrolle
enthalten. Die Profilwalzen laufen gegensinnig um, wobei
die exzentrisch geführten Rollen periodisch mit der Welle
in Eingriff kommen und diese schrittweise verformen.
Bei diesem Verfahren werden die an der Umfangsfläche
der Welle einzubringenden Nuten nacheinander und schritt
weise eingeformt, was für jede Welle einen längeren Zeit
raum erfordert.
Darüber hinaus ist aus der DE 31 27 392 A1 eine
Vorrichtung zum Kaltwalzen von Profilen bekannt, bei der
entsprechend profilierte Walzen an dem Umfang des dabei
rotierenden Werkstückes abgewälzt werden. Die Vorrichtung
weist dazu zwei profilierte Walzen auf, die in einem
Gestell gelagert sind und mittels einer Verstelleinrich
tung aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden
können. Zwischen den Walzen ist das zu profilierende
Werkstück drehbar gehalten, wobei die Drehachse des Werk
stückes zu den Drehachsen der profilierten Walzen
parallel ist. Zur Herstellung des Außenprofils werden die
profilierten Walzen in gleichsinnige Drehung versetzt,
wobei sie das gewünschte Profil an dem Werkstück aus
bilden.
Diese Vorrichtung und das Verfahren sind zur Ver
formung von massiven Werkstücken geeignet. Die entstehen
den, auf die profilierten Walzen wirkenden Reaktions
kräfte müssen von deren Lagerung aufgenommen werden, was
unter Umständen eine sehr massive Bauweise bedingen kann.
Die Verformung von hohlen Werkstücken wird in der obigen
Offenlegungsschrift nicht in Betracht gezogen.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Profilen
zu schaffen, mit denen sich mit einem Längsprofil ver
sehene Werkstücke wirtschaftlich und mit guter Oberflä
chenqualität herstellen lassen.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie das Verfahren mit
den Merkmalen des Patentanspruches 16 gelöst.
Das Verfahren ist zur Herstellung von Außenlängs
nuten oder vergleichbaren Oberflächenstrukturen an vor
zugsweise hohl ausgebildeten Werkstücken vorgesehen.
Solche Werkstücke sind meist einseitig teilweise oder
ganz geschlossen und werden deshalb auch als Gehäuse
bezeichnet.
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben ermöglicht es
die dem Patentanspruch 1 gemäße Vorrichtung, das Werk
stück aus einem Rohling mit glatter Außenkontur mittels
einer Presse herzustellen, wobei jeder Pressenhub aus
einem Rohling ein Werkstück ausformt. Damit läßt sich ein
ausgesprochen hoher Produktionsausstoß erzeugen, was eine
wirtschaftliche Fertigung ermöglicht.
Bei jedem Pressenhub läuft ein Walzvorgang ab, bei
dem die Profilrollen das gewünschte Außenprofil in die
Mantelfläche des Werkstückes eindrücken. Die Profilrollen
sind dabei in einer Öffnung des Unterwerkzeuges entlang
des Umfanges des zu bearbeitenden Werkstückes angeordnet
und mittels eines Käfigs in einer definierten axialen
Lage zueinander gehalten. Wird das Werkstück mittels
eines an einem Stempel der Presse befestigten Oberwerk
zeuges zwischen die Rollen gepreßt, stützen sich diese an
entsprechenden, an der Wandung der Öffnung vorgesehenen
Widerlagern radial nach außen hin ab. Mit ihrem mit dem
Werkstück in Eingriff stehenden Abschnitt verformen sie
dieses, wobei das zwischen den Rollen durchgedrückte
Werkstück die Rollen um den halben Arbeitshub weit mit in
die Öffnung nimmt. Die Profilrollen rollen dabei an den
Widerlagern ab. Die entstehenden Radialkräfte werden
ausschließlich von den die Rollen radial abstützenden
Widerlagern, nicht aber von dem Käfig aufgenommen, der
die Profilrollen in einer gemeinsamen Ebene hält.
Die Drehbewegung der Rollen wird insgesamt dadurch
hervorgerufen, daß sowohl das Werkstück als auch das
entsprechende Widerlager an jeder Rolle Umfangskräfte
verursachen, die in gleicher Umfangsrichtung wirken und
eine Drehung der Rolle herbeiführen. Die Umfangskräfte
werden durch die Haftreibung zwischen der jeweiligen
Profilrolle und dem Widerlager sowie dem Werkstück über
tragen, die mit zunehmender Radialkraft, d. h. zunehmender
Werkstückverformung, ebenfalls zunimmt. Die zur Lagerung
der Rollen dienenden Wellen oder Bolzen sind dabei im
wesentlichen kräftefrei; es wird allenfalls eine relativ
geringe, in Bewegungsrichtung des Werkstückes (Axialrich
tung) wirkende Kraft in die Profilrollen eingeleitet. Es
lassen sich damit große Walzkräfte erzeugen, wobei die
Achsen der Rollen hinsichtlich der Radialkraft völlig
entlastet sind. Je größer der Rollendurchmesser ist,
desto kleiner ist die in Axialrichtung gegebenenfalls
zusätzlich zu übertragende Kraft.
Nachdem die die Profilrollen abstützenden Widerlager
bezüglich der in dem Unterwerkzeug vorgesehenen Öffnung
radial außen vorgesehen sind, steht zur Kraftübertragung
eine beträchtliche Fläche zur Verfügung, so daß bei ent
sprechender Auslegung der Profilrollen ausgesprochen
große Radialkräfte aufgenommen werden können. Die Axial
kraft, die von dem Käfig auf die Profilrollen zu über
tragen ist, ist vergleichsweise gering. Deshalb entstehen
in entsprechenden Lagerungen der Profilrollen keine
nennenswerten, der Drehung der Profilrollen entgegen
stehenden Reibungskräfte.
Der Verformungsvorgang ist über einen Pressenhub
abschnitt verteilt, der etwa doppelt so groß ist wie die
Länge des an dem Werkstück zu verformenden Bereiches.
Damit wird der Pressenhub gewissermaßen untersetzt und es
wird eine gute Ausnutzung der von der Presse aufgebrach
ten Kraft oder Arbeit erreicht. Durch die gleichmäßige
und über den Weg des Pressenhubes verteilte Verformung
des Werkstückes werden insbesondere Kraftspitzen ausge
schlossen, wie sie ansonsten beim schlagartigen Verformen
von Werkstücken vorkommen können.
Das Unterwerkzeug läßt sich rotationssymmetrisch
aufbauen, wobei die das Profil des Werkstückes erzeugen
den einzelnen Profilrollen regelmäßig und mit einheitli
chen Winkeln zueinander entlang des Umfanges des Werk
stückes verteilt sind. Infolgedessen und infolge der sich
ergebenden rotationssymmetrischen Kräfteaufteilung wäh
rend eines Umformvorganges sind die einzelnen von den
jeweiligen Profilrollen hergestellten Nuten untereinander
praktisch gleich; es wird insbesondere eine absatzfreie
Außenkontur erreicht. Damit können Zahnriemenscheiben
hergestellt werden, die auch ohne Nacharbeit eine hohe
Lebensdauer eines später über diese Zahnriemenscheiben
laufenden Zahnriemens ermöglichen. Jedoch können bei
entsprechender Anordnung der Profilrollen auch unrunde
Werkstücke bearbeitet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung ist der Käfig mit einem Getriebe
verbunden, das den Käfig und damit die von diesem gehal
tenen Profilrollen in Axialrichtung mit halber Stößelge
schwindigkeit antreibt, sobald das Oberwerkzeug auf das
Unterwerkzeug aufgesetzt hat. Dieses Getriebe leitet
Axialkräfte in den Käfig, die zusätzlich zu den an den
Profilrollen angreifenden Umfangskräften ein sauberes
Abrollen derselben an den Widerlagern und dem Werkstück
ermöglichen und ein Rutschen verhindern.
Das Getriebemittel kann in einfacher Weise durch
eine Zahnradgruppe gebildet sein, die von der Profilrol
lengruppe beabstandet und von dem Käfig getragen ist.
Diese Zahnräder stehen mit einer an dem Umfang der Boh
rung vorgesehenen Verzahnung in Eingriff. An ihrer,
bezogen auf die Bohrungsachse innenliegenden Seite,
stehen die Zahnräder mit der Verzahnung eines stößelarti
gen Kraftübertragungselementes in Eingriff, das bei einem
Arbeitshub von dem Werkstück und damit letztlich von dem
Oberwerkzeug in die Öffnung des Unterwerkzeuges hineinge
trieben wird. Das so gebildete Zahnradgetriebe stellt
eine Zwangsführung für die Profilrollen dar, die dabei
jedoch in axialer Richtung lediglich so geführt werden,
wie sie bei exaktem Abrollen ohnehin laufen.
Andere Getriebemittel, wie beispielsweise Hebelge
triebe od. dgl. sind ebenfalls anwendbar.
Das Kraftübertragungselement dient der Aufnahme des
Werkstückes vor dessen Verformung und es weist dazu an
seiner dem Oberwerkzeug zugewandten Stirnseite eine ent
sprechende Aufnahme auf. Diese kann im einfachsten Falle
durch eine Planfläche gebildet sein, die bedarfsweise mit
Zentriermitteln versehen ist.
Um den Käfig bei einem Arbeitshub kräftefrei zu
halten, sind die Profilrollen an demselben vorzugsweise
radial verschiebbar gelagert.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die
Rollen einen Durchmesser auf, der wenigstens so groß ist,
daß die Rollen bei einem Pressenhub weniger als eine
halbe Umdrehung vollführen. Dies hat zur Folge, daß die
bei der Verformung des Werkstückes auftretenden Reak
tionskräfte vorwiegend Radialkräfte sind. Außerdem er
möglicht es, die Profilrollen zu teilen, so daß ein dem
Werkstück zugewandter Abschnitt mit dem zu walzenden
Profil und ein von dem Werkstück wegweisender, radial
außenliegender Abschnitt mit einem zur bestmöglichen
Kraftübertragung zu dem Widerlagermittel eingerichteten
Profil versehen ist.
Die Widerlager können in ihrer einfachsten Form als
geschlossener Ring ausgebildet sein, der die eingeleite
ten Radialkräfte in eine reine Zugbelastung wandelt.
Jedoch ist es vorteilhaft, wenn als Widerlager einzeln
justierbare Stützelemente vorgesehen sind, die radial
und/oder in ihrer Neigung verstellbar sind. Damit kann
der Durchmesser des zu verformenden Werkstückes in Gren
zen eingestellt werden.
Ist die Neigung justierbar, ergibt sich die Möglich
keit, die Profilrollen auf zu der Längsmittelachse der
Öffnung geneigten Bahnen zu führen. Dies hat zur Folge,
daß das zu verformende Werkstück in eine kegelstumpf
förmige Form überführt wird. Damit kann einer bei ein
seitig geschlossen, gehäuseförmigen Werkstücken häufig zu
beobachtenden Aufweitungstendenz nach erfolgtem Umform
vorgang entgegengewirkt werden.
Insbesondere bei einer Ausführungsform mit zwei
geteilten Rollen, die an ihrer dem Werkstück zugewandten
Seite ein Arbeitsprofil und an ihrer dem Widerlager zu
gewandten Seite ein Abstützprofil aufweisen, ist es vor
teilhaft, wenn an dem Unterwerkzeug Mittel vorgesehen
sind, um die Rollen hinsichtlich ihrer Drehung bei einem
Hub der Vorrichtung in einem festgelegten Winkelbereich
zu halten. Dies hat insbesondere für den Rückhub Bedeu
tung, bei dem das bereits verformte Werkstück kaum eine
nennenswerte Radialkraft auf die Profilrollen ausübt. Die
genannten Mittel drehen die Profilrollen jedoch in ihrer
Ausgangsposition zurück, so daß für den nächsten Arbeits
hub der gesamte profilierte Bereich für das Werkstück zur
Verfügung steht.
Die genannten Mittel können Verzahnungen sein, die
an der Widerlagerseite der Rollen vorgesehen sind und die
mit einer Zahnstange in kämmendem Eingriff stehen. Dabei
wird die Zahnstange von Radialkräften freigehalten und
sie weist vorzugsweise ein gewisses axiales Spiel auf.
Dieses stellt sicher, daß das Drehen der Profilrollen bei
einem Arbeitshub unabhängig von dem Eingriff mit der
Zahnstange erfolgt. Um bei einem Rückhub der Presse eine
definierte Ausgangsposition der Profilrollen zu errei
chen, kann die Zahnstange durch Federmittel auf eine
unverschobene Mittellage zu vorgespannt sein.
Das Verformen der genannten Werkstücke erfolgt mit
tels eines in Anspruch 16 beanspruchten Verfahrens, das
bei Betätigung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung
ausgeführt wird. Das Verfahren führt zu Werkstücken mit
einer guten Oberflächenqualität, die die Verwendung der
Werkstücke, beispielsweise als Lamellenträger für Kupp
lungen oder als Zahnriemenscheiben ohne weitere Nachbear
beitung ermöglicht. Außerdem ist mit dem Verfahren ein
hoher Ausstoß zu erreichen.
Bei dem Verfahren hat es sich als vorteilhaft her
ausgestellt, den die Rollen haltenden Käfig zusätzlich in
Axialrichtung anzutreiben, wozu ein entsprechendes Ge
triebe verwendet wird. Dabei werden günstige Verformungs
verhältnisse erreicht, wenn das Produkt aus den Radial
kräften und den Haftreibungsbeiwerten für die Profilrol
len und die Widerlager bzw. das Werkstück größer ist als
die auf das Werkstück durch die Presse ausgeübte Radial
kraft. Dies kann durch entsprechend große Bemessung der
Profilrollendurchmesser erreicht werden und hat zur
Folge, daß die über die Profilrollenachsen einzuleitenden
Kräfte und die damit dort entstehenden Reibungskräfte
gering sind, die die Profilrollen bremsen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Presse mit einer Vorrichtung zur Her
stellung von Parallelprofilen an rotationssymmetrischen
Gehäusen, in schematischer Darstellung und in Vorderan
sicht,
Fig. 2a, Fig. 2b ein hohlzylindrisches, einseitig
geschlossenes Werkstück vor bzw. nach seiner Verformung,
in der in Fig. 1 dargestellten Presse, in perspektivi
scher Darstellung,
Fig. 3 die Vorrichtung zum Herstellen von Parallel
profilen an rotationssymmetrischen Gehäusen oder Werk
stücken nach den Fig. 1 bzw. 2 im Längsschnitt und bei
Beginn des Arbeitshubes,
Fig. 4 die Vorrichtung nach Fig. 3 geschnitten
entlang der Linie IV-IV und in Draufsicht,
Fig. 5 die Vorrichtung nach Fig. 3 nach Beendigung
des Arbeitshubes in teilweise schematisierter Quer
schnittsdarstellung und
Fig. 6 eine schematische Veranschaulichung der
kinematischen Verhältnisse bei der in Fig. 3 dargestell
ten Vorrichtung, wenn diese so eingestellt ist, daß
entsprechende, mit dem Werkstück in Eingriff kommende
Profilrollen in Bezug auf die Bewegungsrichtung des
Werkstückes geneigt geführt werden.
In Fig. 1 ist eine Presse 1 dargestellt, die der
Fertigung der in der Fig. 2b dargestellten Werkstücke 2
aus den in Fig. 2a veranschaulichten Rohlingen 3 dient.
Die Presse weist einen ortsfest gelagerten Tisch 5 auf,
oberhalb dessen an einem Pressenständer 6 ein Stößel 7
auf den Tisch 5 zu und von diesem weg bewegbar gelagert
ist. Der Stößel 7 ist dabei von einer nicht weiter darge
stellten Antriebseinrichtung, wie beispielsweise einem
Exzentergetriebe, angetrieben. In der Presse 1 ist ein
Umformwerkzeug 8 angeordnet, das zur Bearbeitung der
Rohlinge 3 dient.
Zu dem Umformwerkzeug 8 gehört ein im einzelnen in
den Fig. 3 bis 5 dargestelltes Unterwerkzeug 9, das auf
dem Tisch 5 angeordnet ist und einem mit dem Stößel 7
verbundenes Oberwerkzeug 11 gegenüberliegt. Wie aus der
weiteren Beschreibung hervorgeht, sind das Unterwerkzeug
9 und das Oberwerkzeug 11 dabei so ausgebildet, daß die
Presse bei jedem Arbeitshub einen Rohling 3 zu einem
Werkstück 2 umformt.
Das aus Fig. 3 hervorgehende und ebenfalls zu dem
Umformwerkzeug 8 gehörende Oberwerkzeug 11 ist relativ
einfach ausgebildet und besteht im wesentlichen aus dem
an dem Stößel 7 befestigten Stempel 13, der mit einer
entsprechenden Ausnehmung 15 zur Aufnahme eines Form
teiles oder einer Patrize 17 für den Rohling 3 eingerich
tet ist. Die Patrize 17 ist ein im Bereich des Rohlinges
3 zylindrischer Körper, der an seiner Außenumfangsfläche
mit einer axialen Nutung versehen ist, die der Innenkon
tur des in Fig. 2b dargestellten auszuformenden Werk
stückes 2 entspricht.
Das Unterwerkzeug 9 ist ein sich beispielsweise aus
der Fig. 4 ergebender ringförmiger Rahmen 19, der eine
Öffnung 21 begrenzt. Die Öffnung 21 ist dabei koaxial zu
einer von dem rotationssymmetrischen Stempel 13 definier
ten Längsmittelachse 22 angeordnet. Konzentrisch zu der
Längsmittelachse 22 ist im wesentlichen innerhalb der
Öffnung 21 ein Käfig 24 angeordnet, in dem ein Satz von
Profilrollen 26 jeweils separat drehbar gelagert angeord
net ist.
Die Profilrollen 26 gehen außerdem beispielsweise
aus der Fig. 4 hervor und sie sind zur besseren Unter
scheidung jeweils mit einem Buchstabenindex versehen.
Jede Profilrolle 26 ist zweigeteilt und weist einen mit
dem Rohling 3 bzw. dem Werkstück 2 in Eingriff bring
baren, in Seitenansicht etwa halbkreisscheibenförmigen
Profilabschnitt 28 sowie einen an der Gegenseite liegen
den Stützabschnitt 30 auf, die zur besseren Unterschei
dung ebenfalls mit einem Buchstabenindex versehen sind.
Die Profilabschnitte 28 sind jeweils in Umfangsrichtung
mit einem Rillenprofil versehen, das zu dem an dem Werk
stück 2 auszubildenden Außenprofil komplementär ist.
Dabei weist jeder Profilabschnitt 28 insgesamt drei
Umfangsrippen auf, zwischen denen zwei in Umfangsrichtung
verlaufende Nuten liegen. Außerdem sind die Profilab
schnitte 28 derart ausgebildet, daß zwischen zwei Profil
abschnitten zweier einander benachbarter Profilrollen 26
eine Ausnehmung ausgebildet wird, die eine nach außen
vorstehende Rippe des auszuformenden Werkstückes 2 auf
nimmt.
Die Profilrollen 26 sind auf Bolzen 32 drehbar gela
gert, die von dem Käfig 24 gehalten sind. Die Bolzen 32
sitzen dabei in Führungen 34, die in dem Käfig 24 bezüg
lich der Längsmittelachse 22 radial nach außen bzw. nach
innen verschoben werden können. In Axialrichtung sind die
Führungen 34 jedoch bezüglich des Käfigs 24 im wesentli
chen spielfrei gehalten.
Entlang des Innenumfanges der Öffnung 21 sind als
Widerlager dienende Lagerelemente 35 angeordnet, die an
ihrer den Profilrollen 26 zugewandten Seite eine plane
Lauffläche aufweisen. Die Profilrollen 26 liegen mit ihren
Stützabschnitten 30 an den Laufflächen an. Die Lagerele
mente 35 weisen außerdem eine die Lauffläche durchsetzen
de Nut auf, in der jeweils eine Zahnstange 37 unterge
bracht ist. Zur besseren Veranschaulichung ist in Fig. 3
auf der linken Seite ein an der Zahnstange 37 vorbei
gehender Schnitt durch das Lagerelement 35 und auf der
rechten Seite ein Schnitt dargestellt, der das Lager
element 35 im Bereich der Zahnstange 37 (d) schneidet.
Wie die Profilrollen 26 sind aber auch die Lagerelemente
35 untereinander gleich ausgebildet.
Die Zahnstange 37 ist mit einem größeren Längsspiel
gelagert und an ihrer Rückseite mit einem Vorsprung 39
versehen, der mit einem mittels Schrauben vorgespannten
Federmittel in Eingriff steht und von diesem auf eine
Mittellage der Zahnstange 37 zu vorgespannt ist. Die
beiden, das Federmittel jeweils endseitig haltenden
Bolzen gestatten dabei eine Einstellung der Mittellage.
Jedes Lagerelement 35 ist, wie aus Fig. 3 hervor
geht, an seiner Rückseite abgeschrägt und somit keilför
mig ausgebildet. Es stützt sich an einem Stützring 41 ab,
der an seiner dem Lagerelement 35 zugewandten Seite eine
geneigte Ringfläche aufweist. Die Axialposition des
Lagerelementes 35 in Bezug auf den Stützring 41 ist über
eine sich einenends an dem Stützring 41 und anderenends
an dem jeweiligen Lagerelement 35 abstützender Einstell
schraube 43 (d, h) festgelegt. Ein Verstellen der
Einstellschraube 43 (d, h) hat ein Verstellen der Radial
position des entsprechenden Lagerelementes 35 zur Folge.
Die Axialposition des Käfigs 24 wird durch ein Ge
triebe 45 festgelegt, das unterhalb der Profilrollen 26
angeordnet ist. Das Getriebe enthält eine Gruppe von den
Profilrollen 26 beabstandeter und in Umfangsrichtung
verteilter Zahnräder 47 (Buchstabenindex zur Unterschei
dung), die an dem Käfig 24 drehbar gelagert sind. Die
Zahnräder 47 stehen mit ortsfest gelagerten, in dem
Rahmen 19 angeordneten Zahnstangen 51 in Eingriff. An
ihrer der Längsmittelachse 22 zugewandten Seite kämmen
die Zahnräder 47 mit einem außen verzahnten oder Zahn
stangen aufweisenden Stößelelement 53, das konzentrisch zu
der Längsmittelachse 22 angeordnet ist.
Das eine innere Zahnstange bildende Stößelelement 53
geht an seiner dem Oberwerkzeug 11 zugewandten Seite in
ein als Hochbringer bezeichnetes Matrizenelement 55 über,
das dazu eingerichtet ist, den Rohling 3 bzw. das Werk
stück 2 an seiner Stirnseite aufzunehmen. Das Matrizen
element 55 ist dazu eine gegebenenfalls mit Zentrier
mitteln, wie beispielsweise einer Bohrung und einen darin
einsetzbaren Zapfen versehen.
Das Stößelelement 53 steht mit einem sogenannten
Luftbolzen 57 in Verbindung, der koaxial zu der Längs
mittelachse 22 angeordnet und durch eine nicht weiter
dargestellt, vorzugsweise pneumatische Antriebseinrich
tung in Richtung der Längsmittelachse 22 angeordnet ist.
Die insoweit beschriebene Vorrichtung 8a arbeitet
wie folgt:
Bei geöffneter Vorrichtung 8, d. h. bei in seiner oberen Totlage befindlichem Stempel 7, wird zunächst ein Rohling 3 auf das Matrizenelement 55 aufgesetzt und nachfolgend setzt die Patrize 17 auf dem Rohling 3 auf. Die Patrize 17 und der Stempel 13 sind im Betrieb ein Teil, also fest verbunden. Bei dem sich anschließenden Pressenhub preßt der Stempel 13 mit der Patrize 17 den Rohling 3 zwischen den Profilrollen 26 durch in die in Fig. 5 dargestellte Lage.
Bei geöffneter Vorrichtung 8, d. h. bei in seiner oberen Totlage befindlichem Stempel 7, wird zunächst ein Rohling 3 auf das Matrizenelement 55 aufgesetzt und nachfolgend setzt die Patrize 17 auf dem Rohling 3 auf. Die Patrize 17 und der Stempel 13 sind im Betrieb ein Teil, also fest verbunden. Bei dem sich anschließenden Pressenhub preßt der Stempel 13 mit der Patrize 17 den Rohling 3 zwischen den Profilrollen 26 durch in die in Fig. 5 dargestellte Lage.
Zu Beginn seines Bewegungshubes liegt der Rohling 3
noch nicht an den Profilrollen 26 an. Über das Stößel
element 53 und das Getriebe 45 nimmt der Rohling 3 jedoch
den Käfig 24 mit halber Stößelgeschwindigkeit mit, so daß
die Profilrollen 26 an den Lagerelementen 35 abzurollen
beginnen. Im Verlaufe seiner Abwärtsbewegung kommt der
Rohling 3 mit dem sich mit halber Stößelgeschwindigkeit
nach unten bewegenden Profilrollen 26 in Berührung. Der
Durchmesser der Profilrollen 26 ist dabei so bemessen,
daß diese den Rohling 3 zwischen sich klemmen und axial
verlaufende Nuten in dessen Außenumfangsfläche eindrüc
ken. Die dabei entstehenden Kräfte sind in erster Linie
Radialkräfte, die an den Lagerelementen 35 abgestützt
werden. Verbleibende Axialkräfte werden von dem Käfig 24
aufgenommen und von dem Getriebe 45 aufgebracht. Die
Axialkräfte sind jedoch erheblich kleiner als die Radial
kräfte.
Die Profilrollen 26 sind bei dem in den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiel in ihrem Durchmesser so
bemessen, daß sie sich bei einem vollständigen Hub des
Stempels 13 um lediglich etwa 90°, jedenfalls aber weniger
als 180° drehen. Im Verlaufe dieser Drehung bewegen sie
sich in die in Fig. s dargestellte Lage, wobei der mit
dem Rohling 3 in Eingriff gebrachte Profilabschnitt 28
die gewünschte Nutung in die Außenumfangsfläche des
Rohlings 3 einbringt, so daß das Werkstück 2 erhalten
wird.
Nach erfolgter Verformung läuft das Oberwerkzeug 11
in seine obere Totlage zurück, wonach der Luftbolzen 57
betätigt wird. Dieser hebt das Stößelelement 53 und das
Matrizenelement 55 wieder an, wobei der Käfig 24 in seine
obere Totlage zurückläuft. Das Werkstück 3 wird dabei aus
dem Unterwerkzeug 9 herausgezogen, wobei es nunmehr
nahezu kräftefrei oder lediglich mit geringer Radialkraft
an den Profilrollen 26 entlangläuft. Diese werden durch
die Zahnstangen 37 in ihre gewünschte Ausgangslage zu
rückgedreht.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind die Lagerelemente 35 lediglich axial und damit wegen
der Keilwirkung des Stützringes 41 radial verstellbar
gehalten. Die von den Lagerelementen 35 definierten Lauf
bahnen für die Stützabschnitte 30 der Profilrollen 26
sind dabei axial ausgerichtet. Es ist jedoch auch mög
lich, die Laufflächen mit geringer Neigung in Bezug auf
die Längsmittelachse 22 auszulegen. Außerdem ist es
möglich, eine Einstellvorrichtung vorzusehen, um diese
Neigung einstellen zu können. Eine solche Ausführungsform
ist schematisch in Fig. 6 angedeutet, wobei die Profil
rolle und das Lagerelement zur Unterscheidung mit jeweils
einem Apostroph gekennzeichneten Bezugszeichen versehen
sind. Der in Fig. 6 dargestellte, sich bei dem Arbeitshub
der Vorrichtung 8 ergebende Radialversatz V der Profil
rollen 26′ führt zu einer konischen Deformation des
Werkstückes 2. Diese ist insbesondere in solchen Fällen
erwünscht, bei denen mit einer federnden Aufweitung des
Werkstückes 2 nach Entnahme aus der Vorrichtung 8 zu
rechnen ist. Das Ergebnis ist bei richtiger Einstellung
der Konizität ein Werkstück 2 mit zylindrischer genuteter
Außenkontur.
Zum Einformen von Längsnuten oder vergleichbaren
Längsstrukturen in runde oder sonstwie bezüglich einer
Längsachse regelmäßig geformte Gehäuse wird von einer
Presse mit einem Umformwerkzeug 8 ausgegangen, dessen
Oberwerkzeug 11 ein Werkstück 2 durch eine entsprechende
Rollenanordnung eines Unterwerkzeuges 9 drückt. Das
Unterwerkzeug 9 weist eine zu dem Oberwerkzeug 11 koa
xiale Öffnung 21 auf, in der ein Käfig 24 axial ver
schiebbar sitzt. Der Käfig 24 ist mit einer Rollengruppe
versehen. Die Rollen sind in dem Käfig 24 drehbar gela
gert und stützen sich an radial außenliegenden, ortsfest
in dem Unterwerkzeug 9 gehaltenen Widerlagern 35 ab. Die
Rollen sind als Profilrollen 26 ausgebildet und formen
die gewünschten Längsstrukturen in das Werkstück 3 ein,
wenn dieses zwischen den Profilrollen 26 durchbewegt
wird. Die dabei entstehenden radialen Reaktionskräfte
werden ausschließlich von den Widerlagern 35, nicht aber
von dem Käfig 24 aufgenommen. Zur Unterstützung der
Längsbewegung des Käfigs 24 kann ein Getriebe 45 vor
gesehen sein, das beispielsweise durch an dem Käfig 24
drehbar gelagerte Zahnräder 47 gebildet ist, die sich
radial außen an ortsfesten Zahnstangen 51 und radial
innen an einem mit Zahnstangen versehenen Stößel 53
abstützen, der von dem Werkstück 3 betätigt wird. Diese
Einrichtung ermöglicht eine hohe Produktqualität und
einen hohen Produktionsausstoß bei niedrigen Kosten.
Claims (18)
1. Vorrichtung (8) zur Herstellung von Profilen,
insbesondere zur Herstellung von Parallelprofilen an ro
tationssymmetrischen Gehäusen (3),
mit einem Oberwerkzeug (11), das an einem Stößel (7) einer Presse (1) befestigbar ist, der gegen eine Werkzeugaufnahme (5) bewegbar ist, und das mit einem zu verformenden Werkstück (3) in und außer Eingriff bringbar ist,
mit einem Unterwerkzeug (9), das in Bezug auf den Stößel (7) ortsfest lagerbar ist und das eine Öffnung (21) aufweist, in die das Oberwerkzeug (11) hineinbeweg bar ist und deren Achse (22) mit der Bewegungsrichtung des Oberwerkzeuges (11) übereinstimmt,
mit einem Satz von Profilrollen (26), die in der Öffnung (21) des Unterwerkzeuges (9) angeordnet sind und deren Außenumfangsflächen mit Widerlagern (35) in Berüh rung stehen, die die Öffnung (21) begrenzen und die Pro filrollen (26) radial nach außen abstützen, wobei die Profilrollen (26) mit ihren Drehachsen in Umfangsrichtung der Öffnung (21) angeordnet sind,
mit einem Käfig (24), der in der Öffnung (21) ange ordnet ist, an dem die Profilrollen (26) in Umfangsrich tung gehalten sind, der in Axialrichtung (22) der Öffnung (21) bewegbar ist und mittels dessen die Profilrollen (26) bezüglich der Axialrichtung (22) der Öffnung (21) aneinander gefesselt sind.
mit einem Oberwerkzeug (11), das an einem Stößel (7) einer Presse (1) befestigbar ist, der gegen eine Werkzeugaufnahme (5) bewegbar ist, und das mit einem zu verformenden Werkstück (3) in und außer Eingriff bringbar ist,
mit einem Unterwerkzeug (9), das in Bezug auf den Stößel (7) ortsfest lagerbar ist und das eine Öffnung (21) aufweist, in die das Oberwerkzeug (11) hineinbeweg bar ist und deren Achse (22) mit der Bewegungsrichtung des Oberwerkzeuges (11) übereinstimmt,
mit einem Satz von Profilrollen (26), die in der Öffnung (21) des Unterwerkzeuges (9) angeordnet sind und deren Außenumfangsflächen mit Widerlagern (35) in Berüh rung stehen, die die Öffnung (21) begrenzen und die Pro filrollen (26) radial nach außen abstützen, wobei die Profilrollen (26) mit ihren Drehachsen in Umfangsrichtung der Öffnung (21) angeordnet sind,
mit einem Käfig (24), der in der Öffnung (21) ange ordnet ist, an dem die Profilrollen (26) in Umfangsrich tung gehalten sind, der in Axialrichtung (22) der Öffnung (21) bewegbar ist und mittels dessen die Profilrollen (26) bezüglich der Axialrichtung (22) der Öffnung (21) aneinander gefesselt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Käfig (24) mit einem Getriebe (45) verbunden
ist, das dazu eingerichtet ist, den Käfig (24) in Axial
richtung (22) mit einer Geschwindigkeit anzutreiben, die
halb so groß ist, wie die Geschwindigkeit des Oberwerk
zeuges (11)
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Getriebe (45) einen in der Öffnungen (21)
angeordneten Satz formschlüssiger Getriebemittel (47)
enthält, die an ihrer Außenseite mit der Wandung (51) der
Öffnung (21) in Verbindung stehen und die an dem Käfig.
(24) mit in Umfangsrichtung zu der Öffnung (21) orien
tierten Drehachsen drehbar gelagert sind, und daß die
Getriebemittel (47) an ihrer radial innen liegenden Seite
mit einem in Axialrichtung (22) der Öffnung (21) bewegbar
gelagert angeordneten Kraftübertragungselement (53) in
Verbindung stehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die formschlüssigen Getriebemittel (47) Zahnrä
der sind, die mit einer Verzahnung in kämmenden Eingriff
stehen, die an dem von dem Oberwerkzeug (11) abliegenden
Ende der Öffnung (21) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß das Kraftübertragungselement (53) an seiner Au
ßenseite eine mit den Zahnrädern (47) in kämmenden Ein
griff stehende Verzahnung aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß das Kraftübertragungselement (53) an seiner dem
Oberwerkzeug (11) zugewandten Stirnseite zur Aufnahme
eines zu verformenden Werkstückes (3) eingerichtet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Profilrollen (26) an dem Käfig (24) radial
verschiebbar gelagert sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Profilrollen (26) einen Durchmesser aufwei
sen, der wenigstens so groß ist, daß die Profilrollen
(26) bei einem Pressenhub weniger als eine halbe Umdre
hung vollführen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Profilrollen (26) jeweils zweigeteilt sind
und an ihrer bezüglich der Öffnung (21) des Unterwerkzeu
ges (9) radial innen liegenden Seite ein Profil aufwei
sen, das zu dem an dem Werkstück (3) auszubildenden Profil
komplementär ist, sowie an ihrer radial außen liegenden
Seite Profil aufweisen, das eine Linienberührung mit den
Widerlagern (35) ermöglicht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Widerlager (35) in ihrer radialen Ein
stellung justierbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Widerlager (35) in ihrer Neigung bezüg
lich der Axialrichtung der Öffnung (21) justierbar ausge
bildet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß an dem Unterwerkzeug (9) Mittel vorgesehen
sind, um die Profilrollen (26) hinsichtlich ihrer Drehung
bei einem Hub der Vorrichtung (8) in einem festgelegten
Winkelbereich zu halten.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Profilrollen (26) an ihrer bezüglich
der Öffnung (21) des Unterwerkzeuges (9) radial außen
liegenden Seite mit einer Verzahnung versehen sind, die
jeweils mit einer Zahnstange (37) in kämmendem Eingriff
stehen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zahnstangen (37) axial verschiebbar
gelagert sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zahnstangen (37) durch Federmittel auf
eine unverschobene Mittellage zu vorgespannt sind.
16. Verfahren zur Herstellung von Profilen, insbe
sondere zur Herstellung von Parallelprofilen an rota
tionssymmetrischen Gehäusen, wobei bei dem Verfahren
das zu verformende Werkstück zwangsbetätigt in eine Öffnung eines Werkzeuges eingeführt wird, in der mittels eines Käfigs gehaltene Profilrollen angeordnet sind, wo bei die Rollen derart angeordnet sind, daß sie in Bewe gungsrichtung des Werkstückes rollen können,
das Werkstück mit den den Werkstück zugewandten Um fangsabschnitten der Profilrollen in Eingriff gebracht wird wobei sich die Profilrollen an ihren jeweils diame tral gegenüberliegenden Umfangsbereichen innerhalb der Öffnung abstützen,
das Werkstück weiter in die Öffnung gedrückt wird, wobei die Profilrollen einerseits an dem Werkstück und andererseits an entsprechenden Widerlagern abrollen und das Werkstück in seinem Außenbereich verformen.
das zu verformende Werkstück zwangsbetätigt in eine Öffnung eines Werkzeuges eingeführt wird, in der mittels eines Käfigs gehaltene Profilrollen angeordnet sind, wo bei die Rollen derart angeordnet sind, daß sie in Bewe gungsrichtung des Werkstückes rollen können,
das Werkstück mit den den Werkstück zugewandten Um fangsabschnitten der Profilrollen in Eingriff gebracht wird wobei sich die Profilrollen an ihren jeweils diame tral gegenüberliegenden Umfangsbereichen innerhalb der Öffnung abstützen,
das Werkstück weiter in die Öffnung gedrückt wird, wobei die Profilrollen einerseits an dem Werkstück und andererseits an entsprechenden Widerlagern abrollen und das Werkstück in seinem Außenbereich verformen.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich
net, daß der die Rollen haltende Käfig von dem Werkstück
über ein Getriebe angetrieben wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich
net, daß das Produkt aus den auf die Rollen einwirkenden
und von den Widerlagern aufzunehmenden Radialkräften und
den Reibbeiwerten für die Wirkstoffpaarung der Rollen und
der Widerlager größer ist als die zum Einführen des Werk
stückes erforderliche Axialkraft.
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US08/705,497 US5794475A (en) | 1995-08-30 | 1996-08-29 | Apparatus and process for manufacturing profiled bodies |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SCHULER PRESSEN GMBH & CO. KG, 73033 GOEPPINGEN, D |
|
8141 | Disposal/no request for examination |