DE3734123C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gewindes an dem Endstück eines Kugelzapfens mit zylindrischen Rollwerkzeugen, die mit ihrem Gewindegegenprofile aufweisenden Umfang an einen Kugelzapfen drückbar sind, der mit einem für ein Gewinde vorgesehenen Zapfenabschnitt zwischen den Rollwerkzeugen angeordnet ist, wobei zumindest eines der Rollwerkzeuge drehangetrieben ist.

Aus Lueger Band 8, Lexikon der Fertigungstechnik und Arbeits­ maschinen ist es unter dem Stichwort "Gewindewalzen" bekannt, zur Erzeugung eines Gewindes ein Werkstück zwischen zylindrischen Rollwerkzeugen abzurollen. Bei dem sogenannten "Einstechverfahren" liegen beide Rollenachsen in einer Ebene, wobei ein Werkzeug ortsfest und das andere in dieser Ebene zustellbar ist. Unter dem Stichwort "Oberflächen-Feinwalzen" ist es aus der gleichen Literaturstelle bekannt, die Oberfläche von Werkstücken durch den Druck von Walzrollen zum Fließen zu bringen und glatt- bzw. festzuwalzen. Dieses Herstellungsverfahren wird ebenfalls als "Einstechverfahren" eingesetzt.

Die genannten Fertigungsverfahren sind zur Erzeugung eines Gewindes an einem Kugelzapfen und zur Glättung bzw. Verfestigung der Oberfläche des Kugelzapfens einsetzbar. Bei diesem Einsatz ist es jedoch nachteilig, daß das Gewindewalzen und das Glatt- bzw. Festwalzen in zwei Arbeitsgängen an zwei getrennten Maschinen durchgeführt werden muß.

Aus der DE-OS 25 34 415 ist bereits eine Vorrichtung zum Gewindewalzen und gleichzeitigen Preßsitzwalzen von Gewindebolzen bekannt, die zwei je eine Gewindewalze und je eine Preßsitzwalze aufnehmende Walzdorne hat. Gemäß Fig. 2 und der zugehörigen Figurenbeschreibung in Seite 5, Absatz 2 sind die Gewindewalzen und Preßsitzwalzen jeweils auf den Walzdornen aufgespannt, wobei das Aufspannen und Lagern der Gewindewalzen und Preßsitzwalzen auf den Walzdornen verdrehungssicher erfolgt. Die Preßsitzwalzen werden somit von den Walzdornen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Gewindewalzen angetrieben.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche das Erzeugen eines Gewindes an einem Kugelzapfen und das Glätten bzw. Verfestigen der Oberfläche des Kugelzapfens vereinfacht und verbilligt sowie eine toleranzärmere Herstellung des Kugelzapfens ermöglicht.

Als technische Lösung wird vorgeschlagen, daß axial zu den Rollwerkzeugen angeordnete Walzrollen zur Glättung bzw. Verfestigung der nicht mit Gewinde versehenen Oberfläche des Kugelzapfens, die mit entsprechend ausgebildeten Walzrollenprofilen an Kugelzapfenkonus, Kugelzapfenhals und/oder Kugelkopf des zwischen diesen eingesetzten Kugelzapfens andrückbar sind und frei drehbar gelagert sind, so daß sie von dem durch die Rollwerkzeuge in Drehbewegung versetzten Kugelzapfen in Drehbewegung versetzt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt also die Glättung bzw. Verfestigung der Oberfläche des Kugelzapfens gleichzeitig mit der Erzeugung eines Gewindes. Dies geschieht, indem die beim Gewindewalzen erzeugte Drehbewegung des Kugelzapfens ausgenutzt wird, die Walzrollen zum Glatt- bzw. Festwalzen anzutreiben. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß zwei Arbeitsgänge, die bisher an zwei getrennten Vorrichtungen und nacheinander durchgeführt werden mußten, nunmehr gleichzeitig und ohne neuerliches Einlegen des Kugelzapfens in eine zweite Maschine durchgeführt werden können. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Zeit- und Kosteneinsparung.

Diese Vorrichtung hat zylindrische Rollwerkzeuge, die mit ihrem Gewindegegenprofile aufweisenden Umfang an einen Kugelzapfen drückbar sind, der mit einem für ein Gewinde vorgesehenen Zapfenabschnitt zwischen den Rollwerkzeugen angeordnet ist, wobei zumindest eines der Rollwerkzeuge drehangetrieben ist und frei drehbar gelagerte Walzrollen hat, die mit entsprechend ausgebildeten Walzrollenprofilen an Kugelzapfen­ konus, Kugelzapfenhals und/oder Kugelkopf eines zwischen diese eingesetzten Kugelzapfens andrückbar sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Kugelzapfen zwischen den Gewindegegenprofile aufweisenden Rollwerkzeugen abgerollt, um das gewünschte Gewinde zu erzeugen. Hierbei bewirkt zumindest ein drehangetriebenes Rollwerkzeug das Abrollen des Kugelzapfens. Falls nur eines der Rollwerkzeuge drehangetrieben ist, werden die übrigen, frei drehbar gelagerten Rollwerkzeuge von dem abrollenden Kugelzapfen in Drehbewegung versetzt. Die Rollwerkzeuge rotieren mit dem gleichen Drehsinn und - soweit sie den gleichen Durchmesser aufweisen - mit gleicher Winkelgeschwindigkeit. Die Vorrichtung weist mindestens zwei Rollwerkzeuge auf. Durch das Gewindewalzen werden Gewinde großer Genauigkeit und hoher Oberflächengüte mit nicht unterbrochenem Faserverlauf erzeugt, wobei auch eine Verfestigung und Glättung im Gewindebereich erzielt wird.

Zur gleichmäßigen Glättung und Verfestigung des Kugelzapfens sind die Walzrollenprofile an Kugelzapfenkonus, Kugelzapfen­ hals und/oder Kugelkopf des zu bearbeitenden Kugelzapfens angepaßt. Im Bereich vom Kugelkopf weisen die Walzrollen eine umlaufende Rille auf, deren Radius dem Radius des Kugelkopfes entspricht. Wenn die Drehachsen der Walzrollen für Kugelzapfenkonus und Kugelzapfenhals parallel zum Kugelzapfen ausgerichtet sind, weisen diese jeweils konische Walzrollen­ profile auf. Die Drehachsen können aber auch zur Mittelachse des Kugelzapfens geneigt und insbesondere parallel zu einer Mantellinie von Kugelzapfenkonus bzw. Kugelzapfenhals ange­ ordnet sein. Im letztgenannten Fall können zylindrische Walz­ rollenprofile eingesetzt werden.

Zur Glättung und Verfestigung der Oberfläche des Kugelzapfens werden zumindest zwei Walzrollen mit hohem Druck gegen den Kugelzapfen gepreßt, wodurch dessen Oberfläche zum Fließen gebracht wird. Wenn die Rollwerkzeuge den Kugelzapfen in Drehbewegung versetzen, wird dieser von den Walzrollen an seinem Umfang gleichmäßig geglättet und verfestigt. Soweit das Verhältnis von Walzrollendurchmesser und Kugelzapfendurch­ messer entlang der Berührungslinie zwischen Walzrollen und Kugelzapfen variiert, kommt es mehr oder weniger zu einem Gleiten zwischen Walzrollen und Kugelzapfen, wodurch ein zusätzlicher Beitrag zur Glättung und Verdichtung der Ober­ fläche des Kugelzapfens geleistet wird.

Bei einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung tragen die zylindrischen Rollwerkzeuge an ihrem Umfang Gewindegegenprofile, deren Steigungswinkel dem Steigungswinkel des zu erzeugenden Gewindes entspricht, wobei zumindest eines der Rollwerkzeuge senkrecht zur Kugelzapfenachse zustellbar ist. Die Rollwerkzeuge arbeiten nach dem sogenannten "Einstechverfahren", bei dem der Kugelzapfen zunächst zwischen die Rollwerkzeuge eingebracht wird, worauf die Rollwerkzeuge gegen den Kugelzapfen gepreßt werden. Durch den Steigungs­ winkel der Gewindegegenprofile bedingt führt der Kugelzapfen beim Gewindewalzen keine Axialbewegung relativ zu den Roll­ werkzeugen aus und entspricht die Breite der Rollwerkzeuge der Länge des zu erzeugenden Gewindes. Aufgrund des ungleich­ mäßigen Durchmessers des Kugelzapfens ist das Gewindewalzen nach dem "Einstechverfahren" vorteilhaft.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Walz­ rollen auf den Drehachsen der Rollwerkzeuge frei drehbar gelagert sind, wodurch eine Vereinfachung der Konstruktion erreicht wird. Da sowohl das Gewindewalzen, als auch das Glatt- bzw. Festwalzen vorteilhaft nach dem "Einstechver­ fahren" erfolgen, können die Walzrollen und die Rollwerkzeuge auf zumindest einer gemeinsamen Drehachse zugleich zugestellt werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist jeweils eine einteilige Walzrolle an Kugelzapfenkonus, Kugelzapfenhals und Kugelkopf andrückbar, wodurch diese individuell an die jeweiligen Kugel­ zapfenabschnitte angepaßt und einfacher hergestellt werden können. Dies hat außerdem den Vorteil, daß die entlang des Kugelzapfens unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten und deshalb unterschiedlichem Verschleiß ausgesetzten Walzrollen individuell ausgetauscht werden können.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist jeweils eine einteilige Walzrolle an Kugelzapfenhals und Kugelkopf andrückbar, so daß der - einen vergleichsweise geringen Querschnitt aufweisende - Übergangsbereich zwischen Kugelzapfenhals und Kugelkopf gleichmäßig geglättet und verfestigt wird.

Bei einer weiteren Ausgestaltung sind die an den Kugelzapfen­ konus und/oder Kugelzapfenhals andrückbaren Walzrollen auf Pendelkugellagern gelagert. Hierdurch wird auch bei toleranz­ bedingten Abweichungen des Kegelwinkels eine volle Anlage der Walzrollen und somit eine gleichmäßige Oberfläche des Kugel­ zapfens gewährleistet.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Kugelzapfen auf zwischen den Rollwerkzeugen und/oder Walz­ rollen angeordneten festen oder drehbaren Werkstückauflagen gleitet oder abrollt. Werkstückauflagen sind insbesondere zweckmäßig, wenn für jeden Kugelzapfenabschnitt Paare von Rollwerkzeugen bzw. Walzrollen vorgesehen sind. Um den Kugel­ zapfen zwischen den Rollwerkzeugen und Walzrollen zu halten können auch Spitzenaufnahmen vorgesehen sein, die zwischen den Walzrollen bzw. Rollwerkzeugen stirnseitig an den Kugelzapfen gedrückt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, die zwei bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung mit auf Drehachsen von Rollwerkzeugen gelagerten einteiligen Walzrollen vor dem Zustellen der Rollwerkzeuge und Walz­ rollen im Längsschnitt;

Fig. 2 die Vorrichtung entlang der Linie II-II der Fig. 1 geschnitten;

Fig. 3 dieselbe Vorrichtung mit zugestellten Walzrollen;

Fig. 4 die Vorrichtung gemäß Fig. 3 entlang der Linie IV-IV geschnitten;

Fig. 5 eine Vorrichtung mit auf Drehachsen von Rollwerkzeugen gelagerten geteilten Walzrollen vor dem Zustellen im Längsschnitt;

Fig. 6 die Vorrichtung gemäß Fig. 5 entlang der Linie VI-VI geschnitten;

Fig. 7 dieselbe Vorrichtung mit zugestellten Rollwerkzeugen und Walzrollen im Längsschnitt;

Fig. 8 die Vorrichtung gemäß Fig. 7 entlang der Linie VIII-VIII geschnitten.

Die Fig. 1 und 2 zeigen im wesentlichen den Fertigungsbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem eingesetzten Kugelzapfen 1. Von dem insbesondere die Antriebe enthaltenden Gehäuse der Vorrichtung sind lediglich Gehäusewände 2 und 3 dargestellt. In dem Gehäuse sind Drehachsen 4, 5 von Rollwerk­ zeugen 6, 7 fliegend gelagert, was in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt ist. Die Drehachsen 4, 5 sind parallel zueinander und zu dem zwischen ihnen befindlichen Kugelzapfen 1 angeordnet. Die Drehachse 5 fungiert zugleich als Antriebs­ welle und dreht das Rollwerkzeug 7 in der Drehrichtung D.

Die Rollwerkzeuge 6, 7 sind mittels Paßfedern 8, 9 gesichert, die in Wellennuten 10, 11 und Nabennuten 12, 13 eingreifen. An ihrem Umfang weisen die Rollwerkzeuge 6, 7 Gewindegegenprofile 14, 15 auf, deren Steigungswinkel dem Steigungswinkel des im Endbereich 16 des Kugelzapfens 1 zu erzeugenden Gewindes entspricht.

Auf den Drehachsen 4, 5 gelagert bzw. an den Gehäusewänden 2, 3 abgestützt sind mittels Rillenkugellagern 17, 18, 19, 20 Walz­ rollen 21, 22. Zwischen den Walzrollen 21, 22 und den Drehachsen 4, 5 sind Ringspalte 23, 24 ausgebildet, so daß die Walzrollen 21, 22 gegenüber den Drehachsen 4, 5 frei drehbar sind. Axial sind die Walzrollen 21, 22 über die Rillenkugellager 17, 18 an den Gehäusewänden 2, 3 und über die Rillenkugellager 19, 20 an den Rollwerkzeugen 6, 7 abgestützt, wobei die Rollwerkzeuge ihrerseits mittels Scheiben 25, 26 und Muttern 27, 28 an den Drehachsen 4, 5 abgestützt sind.

Die Walzrollen 21, 22 weisen den Kugelzapfen 1 im Bereich von Kugelzapfenkonus 29, Kugelzapfenhals 30, und Kugelkopf 31 angepaßte Walzrollenprofile 32, 33 auf, d.h. sind bereichs­ weise konisch ausgebildet bzw. weisen eine umlaufende Rille mit dem Radius des Kugelkopfes 31 auf. In der Fig. 1 ist zwischen Rollwerkzeugen 6, 7 bzw. Walzrollen 21, 22 und dem Kugelzapfen 1 ein Ringspalt 34 erkennbar, der das Einlegen des Kugelzapfens 1 in den Arbeitsbereich der Vorrichtung ermöglicht. Zum Bearbeiten des Kugelzapfens 1 ist der Ring­ spalt 34 schließbar, indem der zur Gehäusewand 3 gehörige Gehäuseteil mitsamt der darin gelagerten Drehachse 5 in der Zustellrichtung Z bewegt wird.

Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, werden die Roll­ werkzeuge 6, 7 hierdurch mit ihrem Umfang gegen den Endbereich 16 des Kugelzapfens 1 gedrückt, wobei die Gewindegegenprofile 14, 15 die Oberfläche des Kugelzapfens 1 verformen und das in Drehrichtung D rotierende Rollwerkzeug 7 den Kugelzapfen 1 und dieser das Rollwerkzeug 6 in Drehbewegung versetzt. Gleich­ zeitig drücken die Walzrollen 21, 22 gegen den Kugelzapfen 1 im Bereich von Kugelzapfenkonus 29, Kugelzapfenhals 30 und Kugel­ kopf 31, wodurch die Walzrollen 21, 22 ihrerseits in Drehbewegung versetzt werden und den Kugelzapfen 1 glätten und verfestigen.

Die Rollwerkzeuge 6, 7 und die Walzrollen 21, 22 werden mit hohen Anpreßkräften gegen den Kugelzapfen 1 gedrückt. Sie werden vorzugsweise aus durchhärtenden Stählen mit hoher Härte hergestellt.

Die in den Fig. 5 bis 8 dargestellte Vorrichtung weist eine andere Walzrollenanordnung auf. Die mit den Bauteilen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 4 übereinstimmenden Bauteile sind in den Fig. 5 bis 8 mit identischen Bezugsziffern versehen.

Die Rollwerkzeuge 6, 7 dieser Vorrichtung sind ebenfalls über Paßfedern 8, 9 mit den Drehachsen 4, 5 verbunden. Für den Bereich von Kugelzapfenhals 30 und Kugelkopf 31 sind einteilige Walzrollen 35, 36 vorgesehen, welche sich in axialer Richtung über Rillenkugellager 17, 18 an Gehäusewänden 2, 3 bzw. an Innenringen 37, 38 von Pendelkugellagern 39, 40 abstützen.

Die Pendelkugellager 39, 40, die dem Kugelzapfenkonus 29 des Kugelzapfens 1 zugeordnet sind, stützen sich ihrerseits mit ihren Innenringen 37, 38 an den Rollwerkzeugen 6, 7 ab, welche axial mittels Scheiben 25, 26 und Muttern 27, 28 gesichert sind.

Die Pendelkugellager 39, 40 tragen auf ihrem Außenring weitere Walzrollen 41, 42, die zylindrisch ausgebildet sind. Diese sind zur Glättung und Verfestigung des Kugelzapfenkonus 29 bestimmt. An die Stirnseiten der Walzrollen 41, 42 grenzen Spalte an, so daß die Walzrollen schwenkbar sind. Wie die Fig. 5 zeigt, ist ein Ringspalt 43 zwischen Rollwerkzeugen, Walz­ rollen und Kugelzapfen 1 ausgebildet, der das Einlegen des Kugelzapfens ermöglicht.

Die Fig. 7 und 8 zeigen die Vorrichtung mit in Zustellrichtung Z zugestellter Drehachse 5, wodurch in die Rollwerkzeuge 6, 7 und Walzrollen 35, 36 und 41, 42 gegen den Kugelzapfen 1 gedrückt werden. Hierbei sind die Walzrollen 41, 42 aus ihrer Ruhelage ausgeschwenkt, so daß sie außen Linienberührung mit dem Kugelzapfenkonus 29 haben. Die Schwenkbarkeit der Walzrollen 41, 42 ermöglicht trotz toleranzbedingter Abweichungen des Kegelwinkels des Kugelzapfenkonus 29 eine volle Anlage und die Erzeugung einer gleichmäßigen Oberfläche.

Bei dieser Ausführungsform werden ebenfalls die Rollwerkzeuge 6, 7 unmittelbar über die Drehachsen 4, 5 angetrieben, wobei die frei drehbar auf den Drehachsen 4, 5 gelagerten Walzrollen 35, 36, 41, 42 ihrerseits von dem Kugelzapfen 1 in Drehbewegung versetzt werden. Durch verschiedene Durchmesser des Kugelzapfens im Endbereich 16 bzw. im Bereich von Kugelzapfen­ konus 29, Kugelzapfenhals 30 und Kugelkopf 31 ergeben sich in der Glattwalzzone höhere und in der Gewindewalzzone niedrigere Umfangsgeschwindigkeiten, was den Erfordernissen der beiden kombinierten Verfahren entspricht.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Gewindes an dem Endstück eines Kugelzapfens mit zylindrischen Rollwerkzeugen (6, 7), die mit ihrem Gewindegegenprofile (14, 15) aufweisenden Umfang an einen Kugelzapfen (1) drückbar sind, der mit einem für ein Gewinde vogesehenen Zapfenabschnitt (16) zwischen den Rollwerkzeugen (6, 7) angeordnet ist, wobei zumindest eines der Rollwerkzeuge (6, 7) drehangetrieben ist, gekennzeichnet durch axial zu den Rollwerkzeugen (6, 7) angeordnete Walzrollen (21, 22) zur Glättung bzw. Verfestigung der nicht im Gewinde versehenen Oberfläche des Kugelzapfens (1), die mit entsprechend ausgebildeten Walzrollenprofilen an Kugelzapfenkonus (29), Kugelzapfenhals (30) und/oder Kugelkopf (31) des zwischen diesen eingesetzten Kugelzapfens (1) andrückbar sind und frei drehbar gelagert sind, so daß sie von dem durch die Rollwerkzeuge (6, 7) in Drehbewegung versetzten Kugelzapfen (1) in Drehbewegung versetzt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Rollwerkzeuge (6, 7) an ihrem Umfang Gewindegegenprofile (14, 15) tragen, deren Steigungswinkel dem Steigungswinkel des zu erzeugenden Gewindes entspricht, wobei zumindest eines der Rollwerkzeuge (6, 7) senkrecht zur Kugelzapfenachse zustellbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzrollen (21, 22) auf den Drehachsen (4, 5) der Rollwerkzeuge (6, 7) frei drehbar gelagert sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine einteilige Walzrolle (21, 22) an Kugelzapfenkonus (29), Kugelzapfenhals (30) und/oder Kugelkopf (31) andrückbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeweils eine einteilige Walzrolle (35, 36) an Kugelzapfenhals (30) und Kugelkopf (31) andrückbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Kugelzapfenkonus (29) und/oder Kugelzapfenhals (30) auf Pendelkugellagern (39, 40) gelagerte Walzrollen (41, 42) andrückbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kugelzapfen (1) auf zwischen den Rollwerkzeugen (6, 7) und/oder Walzrollen (21, 22) angeordneten drehbaren Werkzeugstückauflagen abrollt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Spitzenaufnahmen vorgesehen sind, die den Kugelzapfen (1) stirnseitig zwischen den Rollwerkzeugen (6, 7) und Walzrollen (21, 22) halten.