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Die
Erfindung betrifft eine Rundknetmaschine zum Rundkneten vorzugsweise
stangenförmiger Werkstücke, mit
einer um eine Durchlaufachse A des Werkstückes angeordneten Werkzeugvorrichtung, welche
in radialen Ausnehmungen gegeneinander wirkende, hubbewegbare Stößel aufnimmt
und die Stößel, vorzugsweise
mittels Werkzeugträger,
jeweils an wenigstens einem Werkzeug angelenkt sind, wobei ein Hubantrieb
Hubbewegungen in Richtung der Durchlaufachse A auf den Stößel und
das Werkzeug überträgt.
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Als
Rundkneten wird ein Freiformen zur Querschnittsverminderung an Werkstücken aus
Metall mit zwei oder mehreren Werkzeugsegmenten bezeichnet. Die
Werkzeugsegmente umschließen
oszillierend den zu vermindernden Querschnitt ganz oder teilweise,
wirken gleichzeitig radial und/oder laufen relativ zum Werkstück um die
Durchlaufachse A, die auch Werkstückachse ist. Nahezu jeder metallische Werkstoff
kann mit Rundknetverfahren bearbeitet werden, sofern eine ausreichende
Dehnbarkeit des Materials vorhanden ist. Auch gesinterte Werkstoffe können rundgeknetet
werden. Halbzeuge, beispielsweise aus Wolfram- und Nickellegierungen,
können ebenfalls
auf Rundknetmaschinen bearbeitet werden, wobei in Ausnahmefällen das
Material auch in erwärmtem
Zustand der Maschine zugeführt
werden kann, falls dies erforderlich ist.
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Beim
Rundkneten üben
die gegeneinander wirkenden Werkzeugsegmente in schneller Folge
auf das umschlossene Werkstück
radiale Druckkräfte aus,
indem sie zur Werkstückachse
hin wegbegrenzte Hübe
ausführen.
Es wird dabei zwischen dem Vorschubverfahren zur Erzeugung langer
reduzierter Querschnitte bei vergleichsweise flachen Übergangswinkeln
und dem Einstechverfahren zur örtlichen
Querschnittsverminderung bzw.- zur Erzeugung steiler Übergangswinkel
unterschieden.
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Die
Verringerung des Außendurchmessers führt bei
massiven Stäben
zu einer Verlängerung
des Werkstückes
an den Enden. Rohre unterliegen einem komplizierteren Werkstofffluß. Längenzunahme, Innendurchmesserabnahme
und Änderung
der Wanddicken erfolgen wechselseitig in Abhängigkeit von den Werkstoffeigenschaften
und der Werkzeuggeometrie. In jedem Falle bleibt das Gesamtvolumen konstant,
da überwiegend
inkompressibel Werkstoffe bearbeitet werden. Dabei sind Toleranzen
je nach Werkstückdurchmesser
beziehungsweise Werkstückwerkstoff
zwischen +/- 0,02 mm und +/- 0,2 mm herstellbar.
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Es
sind im Stand der Technik Rundknetmaschinen allgemein bekannt. Dabei
unterscheiden sich die Rundknetmaschinen durch den Hubantrieb, der
beispielsweise als Exzenterantrieb oder als Rollenantrieb ausgebildet
sein kann. Beim Exzenterantrieb sind Exzenterwellen in dem das Werkstück umgebenden
Gehäuse
angeordnet und wirken durch die Exzenterdrehung entsprechend ihrer
Exzentrizität auf
Stößel ein,
welche in Ausnehmungen mit Längsführungen
aufgenommen sind. Die Stößel sind
Werkzeugen zugeordnet, die den Hub auf das Werkstück übertragen.
Eine derartige Rundknetmaschine mit Exzenterhubantrieb ist in der
EP 0 919 310 B1 offenbart.
Beim Rollenhubantrieb umschließt
im Gehäuse eine
Rollenbahn die Werkzeugvorrichtung und die Durchlaufachse A, in
welcher Rollen geführt
sind. Die Werkzeugvorrichtung umfaßt eine Hämmerwelle mit darin radial
um die Durchlaufachse A angeordneten Stößeln. Jeder Stößel weist
einen in die Rollenbahn überstehenden
Kopf auf, welcher beim Überrollen
einer Rolle eine Hubbewegung in Richtung der Durchlaufachse A auf
den Stößel und
das Werkzeug erzeugt. Eine derartige Rundknetmaschine mit Rollenhubantrieb
ist in der
EP 0 476
350 A1 offenbart.
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Bei
der Bearbeitung von Werkstücken
in derartigen Rundknetmaschinen hat es sich gezeigt, daß der Hub
der einzelne Werkzeuge variiert. Ebenso ist die Kraftübertragung
auf das Werkstück
nicht an jedem Werkzeug gleich. Dieser Effekt hat seine Ursache
darin, daß die
Oberflächen
der sich berührenden Bauteile
hersteilungs- und abnutzungsbedingte Unterschiede aufweisen. Durch
die unterschiedlichen Verformungskräfte werden die Werkstücke gewalkt, wodurch
Maßabweichungen
am Werkstück
entstehen.
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Beim
Einstechverfahren verwendete Keilvorrichtungen, welche im Kraftübertragungsweg
zwischen Antrieb und Werkzeug einsitzen und die Hubtiefe des Werkzeugs
bestimmen, weisen auf den Keilflächen
eine in der Regel definierte Rauigkeit auf, die erforderlich ist,
um die Reibung der Keilvorrichtung gegenüber den sie beaufschlagenden
Bauteilen zu vergrößern. Die
Keilvorrichtung ist dabei so angeordnet, daß sie senkrecht zur Richtung
der Kraftübertragung
zwischen die Bauteile eingeschoben werden kann und somit das Werkzeug
näher an
die Werkstückachse
verschoben ist, wenn das Werkstück
beaufschlagt wird. Damit ist die Hublage größer und das Werkzeug sticht
tiefer in das Werkstück
ein. Insbesondere bei der Serienherstellung von Werkstücken hat
sich gezeigt, daß diese
Rauigkeit nach einiger Zeit geringer wird und die Keilflächen nahezu
poliert werden. Daher werden bei herkömmlichen Rundknetmaschinen
die Keilflächen
regelmäßig nachgeraut,
um die Funktionsfähigkeit
der Keilvorrichtungen als Zwischenstücke zu gewährleisten. Von Nachteil ist
dabei, daß diese
Wartungsarbeiten nach einer vorbestimmten Anzahl von bearbeiteten
Teilen erfolgen muß.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher eine Rundknetmaschine zur Verfügung zu
stellen, mit der die vorgenannten Nachteile behoben werden und mit der
eine genauere sowie materialschonende Werkstückbearbeitung ermöglicht wird.
Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung eine gleichmäßige Kraftübertragung
vom Antrieb auf die Werkstücke
zu gewährleisten.
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Als
Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe wird
eine Rundknetmaschine vorgeschlagen, deren relativ zueinander und
miteinander bewegten Bauteile, vorzugsweise die Stößel, die
Ausnehmungen, die Werkzeugträger
und die Werkzeuge, an Gleit- und Kontaktflächen mit wenigstens einer Oberflächenbeschichtung
versehen sind. Je nach Anforderung an die Genauigkeit der Bearbeitung
ist vorgesehen einzelne der Bauteile oder alle Bauteile mit Oberflächenbeschichtungen
zu versehen. Übertragungsverlust durch
Reibung beziehungsweise Querkräfte
aufgrund von Oberflächenunterschieden
werden somit wirksam vermieden oder reduziert. Vorteilhafterweise wird
durch diese Ausgestaltung erreicht, daß hohe Bearbeitungsgenauigkeiten
möglich
sind und das Material des Werkstücks
gleichmäßig bearbeitet wird.
Es werden Toleranzverbesserungen bis zu 50 % gegenüber herkömmlichen
Rundknetmaschinen möglich,
so daß Toleranzen
je nach Werkstückdurchmesser
und Werkstückwerkstoff
zwischen +/- 0,01 mm und +/- 0,1 mm herstellbar sind. Die vorbeschriebenen
Nachteile, insbesondere das Walken des Werkstückmaterials beim Bearbeiten
in der Rundknetmaschinen werden mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
vermieden. Es wird insbesondere möglich die Werkstücke in hoher
Qualität
herzustellen. Schließlich
ist es mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
aufgrund der gleichmäßigeren Kraftübertragung
auch möglich
feinere Maße
am Werkstück
zu bearbeiten.
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Je
nach Querschnittsabnahme und Verfestigungsverhalten des Werkstoffes
werden durch das Rundkneten mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
Steigerungen der Zugfestigkeit erreicht. Dieser Vorteil der Kaltumformung
erlaubt, weniger feste Ausgangsmaterialien einzusetzen und dadurch einen
zusätzlichen
Kostenvorteil zu nutzen und gleichzeitig die Belastbarkeit des Werkstückes zu
erhöhen.
Zusätzlich
steigern die Druckeigenspannungen in der Oberfläche die Biegewechselfestigkeit
des Werkstückes.
Diese Vorteile der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
sind daher auch bei Werkstücken nutzbar,
die bisher wegen ihren Genauigkeitsanforderungen mit anderen Verfahren
hergestellt werden mußten.
Auch können
mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
pro Arbeitsgang größere Querschnittsabnahmen
als bei herkömmlichen
Rundknetmaschinen erreicht werden und es können Querschnitte in der Regel
ohne zwischengeschaltete Wärmebehandlung
weiter umgeformt werden.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine weist
eine Oberflächenbeschichtungen
mit einem Reibbeiwert innerhalb eines Toleranzbereiches von 4–6% auf.
Damit ist vorteilhafterweise sichergestellt, daß die üblicherweise auftretenden Kraftunterschiede
zwischen den einzelnen Werkzeugen im wesentlichen ausgeglichen werden.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
wird dadurch zur Verfügung
gestellt, daß die
Oberflächenbeschichtung
PTFE, selbstschmierende Kunststoffe, Keramikstoffe, Sintermetalle
und/oder Lagermetalle umfaßt.
Von besonderem Vorteil sind diese erfindungsgemäß vorgeschlagenen Oberflächenbeschichtungen,
da sie vielseitig einsetzbar sind und je nach Oberflächenbeschaffenheit
und Lage der Fläche
im Kraftübertragungsweg
Verwendung finden können.
Durch geeignete Wahl der Oberflächenbeschichtung
werden optimale Bearbeitungsvorgänge und
damit hohe Qualität
der Werkstücke
erreicht. Die vorgeschlagenen Oberflächenbeschichtungen sind vielseitig
mit geringem Aufwand einsetzbar, sie reduzieren die Abnutzungserscheinungen
im Kraftübertragungsweg
der Rundknetmaschine und können
gegebenenfalls erneuert werden.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine wird
erreicht, indem der Hubantrieb als Rollenhubantrieb mit einer im
Gehäuse
die Werkzeuganordnung und die Durchlaufachse A umschließenden Rollenbahn
und darin geführten
Rollen ausgebildet ist. Dabei weist jeder Stößel der Werkzeuganordnung einen in
die Rollenbahn überstehenden
Kopf auf, welcher beim Überrollen
einer Rolle eine Hubbewegungen des Stößels und des Werkzeugs in Richtung
der Durchlaufachse A erzeugt. Erfindungsgemäß sind die Roll-, Gleit- und
Kontaktflächen
der Rollen und des Kopfes mit der Oberflächenbeschichtung versehen,
so daß der
Reibbeiwert innerhalb eines Toleranzfensters von +1- 5% liegt. Mit
dieser Ausführungsform
wird erreicht, daß Oberflächenfehler
auf den sich im Kraftübertragungsweg
einander berührenden
Bauteilen vermieden werden. Dadurch bedingte unterschiedliche Bearbeitungskräfte der Werkzeuge
sind mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
im wesentlichen ausgeschlossen. Beim Rollenhubantrieb sind erfindungsgemäß zusätzlich die
Rollen bzw. Rollenbahn zu beschichten, was gegenüber dem Exzenterhubantrieb
günstiger
ist, da bei diesem zur Erreichung desselben Erfolgs aufwendige Lager-
und Antriebstechniken notwendig wären.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung wird mit einer Rundknetmaschine
mit keilförmigen Zwischenstücken zur
Verstellung der Hubtiefe der Werkzeuge zur Verfügung gestellt. Dabei sind die Keilflächen der
Zwischenstücke
Anlageflächen
korrespondierender Bauteile im Kraftübertragungsweg zugeordnet.
Rundknetmaschinen dieser Art werden beim Einstichverfahren bevorzugt
eingesetzt, da mit den Zwischenstücken die Hubtiefe verändert werden kann.
Zur Gewährleistung
eines einwandfreien Arbeitens ist es erforderlich, daß die Zwischenstücke gegenüber den
korrespondierenden Bauteilen im Kraftübertragungsweg ortsfest bleiben.
Dies wird in der Regel dadurch erreicht, daß die sich berührenden Keil-
und Anlageflächen
aufgerauht und die Hafteigenschaften verbessert werden. Die Rauigkeit
hält bei
bekannten Rundknetmaschinen allerdings lediglich für eine bestimmte
Anzahl von Werkstücken,
da die Rauigkeit während
jeder Hubbewegung geringer wird. Es ist in bestimmten Wartungsintervallen
erforderlich die Rauigkeit der Flächen wiederherzustellen.
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Erfindungsgemäß sind die
Keilflächen und/oder
die Anlageflächen
mit Oberflächenbeschichtungen
versehen, die während
der Hubbewegung eine so große
Eigenreibung erzeugen, daß Zwischenstücke und
Bauteile aneinander haften. Vorteilhafterweise kann eine Oberflächenbeschichtung
gewählt
werden, die eine Dauerhafte Rauigkeit der Flächen erzeugt, bzw. die Anzahl
der Wartungsintervalle deutlich reduziert.
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Da
nahezu jeder metallische Werkstoff mit dem erfindungsgemäßen Rundknetverfahren
bearbeitet werden kann, sofern er eine ausreichende Dehnung aufweist,
sind die Einsatzmöglichkeiten vielfältig. Die
Bearbeitung von gesinterten Werkstoffen ist dabei ebenso vorteilhaft
möglich,
wie die Bearbeitung von Legierungen, beispielsweise aus Wolfram
oder Nickel, wobei in Ausnahmefällen
das Material auch in erwärmtem
Zustand der Maschine zugeführt
werden kann, falls dies erforderlich ist.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft veranschaulicht.
Es zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Rundknetmaschine
mit Rollenhubantrieb im Querschnitt senkrecht zur Durchlaufachse
A mit keilförmigen
Zwischenstücken; 2 eine
erfindungsgemäße Rundknetmaschine
mit Exzenterhubantrieb im Querschnitt längs der Durchlaufachse A;
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1 zeigt
eine Rundknetmaschine 1 mit Rollenhubantrieb zum Rundkneten
stangenförmiger Werkstücke W bestehend
aus einem Maschinengestell 2, in dem um die Durchlaufachse
A des Werkstückes
W eine Werkzeugvorrichtung 3 angeordnet ist, welche eine
Hammerwelle aufweist. Die Hammerweile weist radiale Ausnehmungen 4 zur
Aufnahme gegeneinander wirkender und hubbewegbarer Stößel 5 auf,
an denen werkstückseitig
Werkzeuge 6 mittels Werkzeugträger 7 befestigt sind.
An der dem Werkstück
W abgewandten Seite sind an den Stößeln 5 je ein Kopf 8 ausgebildet.
In einer um die Hammerwelle angeordneten Rollenbahn 9 sind
Rollen 10 geführt.
Die Ausnehmungen 4 umfassen Längsführungen 11, in denen
die Stößel 5 geführt sind.
Bei Drehung der Rollen 10 in der Rollenbahn 9 wird
jeder Stößel 5 beim Überrollen
seines Kopfes 8 mit einer Rolle 9 so beaufschlagt,
daß er
eine Hubbewegung in Richtung der Durchlaufachse A des Werkstücks W ausführt. Die
Durchlaufachse A ist in der Zeichnung senkrecht zur Bildebene durch
das Werkstück
W dargestellt. Im günstigsten
Falle sind alle Gleit-, Roll- und Kontaktflächen 12 des Kraftübertragungswegs mit
den erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungen
versehen, da so die Kraftübertragung
reibungsarm und im wesentlichen ohne störende Querkräfte erfolgen
kann. Dabei ist vorgesehen die Oberflächenbeschichtungen entsprechend
den jeweils gegebenen Anforderungen an die Flächen zu wählen.
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Dabei
ist es vorteilhaft Gleit- und Rollflächen 12 mit Oberflächenbeschichtungen
zu versehen, die geringe Reibung aufweisen. An Kontaktflächen kommt
es auf konstante Rauigkeit an, wie an den in der Zeichnung zwischen
Werkzeugträger 7 und
Stößeln 5 dargestellten
Zwischenstücken 15.
Die Zwischenstücke 15 weisen
Keilflächen 16 auf,
die an Anlageflächen 17 zur
Anlage kommen und zur Einstellung der Hubtiefe der Werkzeuge in
Richtung der Durchlaufachse A verschiebbar sind. Diese Flächen sind
vorzugsweise mit einer beständigen
rauhen Oberfläche
zu versehen, da damit eine bessere Haftung der Kontaktflächen ermöglicht wird,
welche dauerhaft verhindert, daß die
Bauteile relativ zueinander verschieben und somit Hubdifferenzen
entstehen.
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Auch
an den Rollen 10, den Köpfen 8,
den Längsführungen 11 sowie
an den Stößeln 5 selbst und
an den Werkzeugen 6 sowie an den Werkzeugträgern 7 sind
die erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung
von Vorteil. Je nach Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit
sind allerdings auch Ausführungen
der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
möglich,
bei denen lediglich einzelne ausgewählte Kontaktflächen 12 mit
der Oberflächenbeschichtung
versehen sind.
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2 zeigt
eine Rundknetmaschine 1 zum Rundkneten stangenförmiger Werkstücke W bestehend
aus einem Maschinengestell 2, in welchem ein ringförmiges Gehäuse 3 um
die Durchlaufachse A des Werkstückes
W vorzugsweise dreh- und antreibbar gelagert ist. Das Gehäuse 3 weist
radiale Ausnehmungen 4 zur Aufnahme gegeneinander wirkender
und bei gleichzeitiger Gehäusedrehung
hubbewegbarer Stößel 5 auf,
die werkstückseitig
mit einem Werkzeug 6 bestückt sind. An der dem Werkstück W abgewandten
Seite sind die Stößel 5 mit
je einem als Exzenterantrieb ausgebildeten Hubantrieb ausgestattet.
Die Stößel 5 werden
in Längsführungen 11 geführt, die
sich in den Ausnehmungen 4 des Gehäuses 3 abstützen, so
daß bei
Drehung der Antriebswellen 13 und damit der Nocken 14 den
Stößeln 5 und
den Werkzeugen 6 eine Hubbewegung radial zur Durchlaufachse
A aufgezwungen wird.
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Zum
Antrieb der Antriebswellen 13 kann beispielsweise ein Umlaufgetriebe
aus einem am Außenumfang
des Gehäuses 3 drehbar
und vorzugsweise über
eine Riemenscheibe antreibbar gelagerten Zentralrad und jeweils
den Antriebswellen 13 zugeordneten Umlaufrädern vorgesehen
sein, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
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Werden
nun beim Rundkneten eines Werkstückes
W, das sowohl ein Stabmaterial als auch ein Rohrmaterial sein kann,
die Antriebswellen 13 über den
Antrieb in Drehung versetzt, um das Werkstück W umformen zu können, kommt
es auf Grund des Exzenterantriebes 10 zu einer Hubbewegung
der Stößel 5 und
damit zum Hub der Werkzeuge 6 entsprechend der Exzentrizität der Nocken 14.
Dabei wird das Werkstück
W von den Werkzeugen 6 beaufschlagt.
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In
der Zeichnung weist die Rundknetmaschine mit Exzenterhubantrieb
die erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungen
an den Gleit- und Kontaktflächen 12 der
Längsführungen 11,
der Stößel 5 und
zwischen Stößel 5 und
Werkzeugträger 7 auf. Selbstverständlich sind
Oberflächenbeschichtungen aller
sonstigen Flächen
im Kraftübertragungsweg ebenfalls
möglich,
wenn es die Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit verlangen.