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Einrichtung zum Erzeugen von Gewinden durch einen Walzvorgang Die
Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erzeugen von Gewinden durch einen
Walzvorgang, die nach einem Verfahren zum Erzeugen von zur Werkstückachse schräg
verlaufenden, parallelen Profilen arbeitet, bei dem auf einer Planetenbahn umlaufende,
ringartig profilierte und um ihre eigene Achse drehbare Walzen in einzelnen schlagartig
schnell aufeinanderfolgenden, im wesentlichen in Profillängsrichtung mit gleichbleibendem
Richtungssinn durchgeführten, sich hinsichtlich ihres Angriffs am Werkstück überdeckenden
Teilwalzvorgängen den Werkstoff schrittweise jeweils innerhalb kleiner Profilabschnitte
aus dem Profilgrund zur Werkstückoberfläche hin verdrängen und diese Teilwalzvorgänge
in regelmäßigem Wechsel auf nebeneinanderliegende, d. h. etwa in einer sich senkrecht
zur Vorschubachse des «\#@'erlcstücl:s erstreckenden Zone befindliche Werkstück-Längsabschnitte
ausgeübt werden, nach Patent 1016 222.
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In dem Hauptpatent 1016 222 ist die Herstellung von parallel
und schräg zur Werkstückachse verlaufenden, parallelen Profilen behandelt, insbesondere
die Herstellung von Riffelwalzen, Nutschäften und Zahnrädern. Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine grundsätzlich nach dem Verfahren gemäß dem Hauptpatent
arbeitende Einrichtung derart umzugestalten, daß auf ihr Gewinde erzeugt werden
können, deren Gewindeprofile Schraubenlinien mit verhältnismäßig kleinem Steigungswinkel
darstellen.
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Der durch das Verfahren gemäß dem Hauptpatent erreichbare technische
Fortschritt besteht darin, daß durch das zeitlich gestaffelte Ausüben der einzelnen
Teilwalzvorgänge auf nebeneinanderliegende, d. 11. etwa in einer sich senkrecht
zur Vorschubachse des Werkstückes erstreckenden Zone befindliche Werkstück-Längsabschnitte
unerwünscht starke Zwängungen zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug, d. h. den
ringartig profilierten Walzen, vermieden werden, und dem aus dem Profil sich in
Richtung auf die Werkstückoberfläche verdrängten Werkstoff ein freies Fließen ermöglicht
wird. Dieses weitgehend zwängungsfreie Verdrängen des Werkstoffs bringt eine Schonung
der profilformenden Werkzeuge, eine Verringerung des Arbeitsaufwandes und eine Erhöhung
der Bearbeitungsgenauigkeit mit sich.
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Bei den bisher bekannten Einrichtungen zur walzenden Profilierung
von Gewinden - auch wenn sie nach einem bekannten Schlagwalzverfahren mit in Schlagköpfen
umlaufenden Profilwalzen arbeiten -sind stets mehrere Profilrippen der profilformenden
Walzen genau gleichzeitig mit dem Werkstück im Eingriff, und zwar an einander genau
gegenüberliegenden Flanken gleicher Längsabschnitte der zu erzeugenden parallelen
Profile, wobei die oben er-,wähnten starken Zwängungen zwischen Werkstück und Werkzeug
zwangläufig auftreten müssen.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß unter Ausnutzung der in dem Hauptpatent
offenbarten Lehre bei einer Einrichtung zum Erzeugen von Gewinden eine in an sich
bekannter Weise der Gewindesteigung des zu erzeugenden Gewindes entsprechende schraubend
vorschiebbare Werkstückaufnahme und wenigstens ein drehbarer Schlagkopf mit einer
oder mehreren Walzen derart angeordnet werden, daß die Walzenachse oder -achsen
gegen die Werkstückachse bzw. die Achse der Werkstückaufnahme um den Steigungswinkel
des zu erzeugenden Gewindes schräg gestellt sind.
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Durch diese Schrägstellung der mit dem drehbaren Schlagkopf umlaufenden
Walzen bzw. durch eine entsprechende Neigung zwischen Werkstück- und Schlagkopfachse
ergibt sich - wie aus einer räumlichen Betrachtung der Eingriffsverhältnisse hervorgeht
-auch ein zeitlich gestaffeltes Eingreifen der profilformenden Rippen einer gegebenenfalls
mehrerer solche Rippen aufweisenden Profilwalze in nebeneinanderliegende Profilnuten
oder Gewindegänge des Werkstücks und damit ein weitgehend zwängungsfreies Verdrängen
des Werkstoffs.
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Bei geringer Gewindesteigung liegen trotzdem die Eingriffe der einzelnen
Profilwalzenrippen einer mehrfach
ringförmig profilierten Walze
zeitlich und räumlich so dicht zusammen, daß das angestrebte freie Fließen des Werkstoffs
bei seiner Verdrängung nur durch eine ganz wesentliche Verringerung der Anzahl der
profilformenden Rippen der Walzen erreichbar ist. Dabei kann es sich als wünschenswert
erweiseninsbesondere bei Gewinden mit sehr kleiner Steigung - die Walzen mit der
Gegenform nur eines Gewindeganges zu versehen.
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In dem Hauptpatent ist bereits darauf hingewiesen, daß zum Ausgleich
der Schläge, die die umlaufenden Profilwalzen jeweils bei ihrem Auftreffen auf das
Werkstück ausüben, mehrere Schlagköpfe symmetrisch zur Achse der Werkstücke angeordnet
werden sollten, deren Profilwalzen bei Synchronantrieb der Schlagköpfe und entsprechender
symmetrischer Winkeleinstellung dann gleichzeitig auf das Werkstück auftreffen.
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Bei der Formung von Gewinden mit ungeraden Gangzahlen sollen nun die
ringförmig profilierten Walzen in den unterschiedlichen Schlagköpfen unsymmetrisch
angeordnet bzw. mit in Richtung der Werkstückachse gegeneinander versetzten Profilrippen
versehen sein. Dieses axiale Versetzen der Walzen oder ihrer Profile ist dadurch
bedingt, daß an den genau symmetrisch über den Umfang des Werkstücks verteilten
Eingriffsstellen der Profilwalzen sich jeweils unterschiedliche Stellen des Gewindequerprofils
befinden.
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Bei der neuen Einrichtung zum Gewindewalzen ist es aber nicht unbedingt
erforderlich, zur gegenseitigen Aufnahme der auf das Werkstück ausgeübten Schlagkräfte
zwei oder mehr Schlagköpfe in symmetrischer Verteilung am Umfang des Werkstücks
vorzusehen; man kann diese Kräfte auch in ortsfest angeordneten, profilierten Stützrollen
aufnehmen, deren Achsen dann aber gegenüber der Achse der Werkstückaufnahme schwenkbar
sein sollen, um die Achsen dieser Stützwalzen jeweils senkrecht zur Achse des Schraubenlinienprofils
einstellen zu können.
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Derartige Stützrollen können auch zur Abstützung des Werkstücks vor
und/oder hinter der Verformung sstelle dienen und dementsprechend unterschiedliche
Umfangsformen aufweisen.
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Bei Werkstücken mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser kann in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung ein ringförmig ausgebildeter Schlagkopf mit an seiner
Innenseite gelagerten, profilierten Walzen vorgesehen werden, durch den die Achse
der Werkstückaufnahme exzentrisch hindurchführt. Dieser Schlagkopf wird dann in
einem ihn umfassenden Haltering gelagert, dessen Achse gegen die Achse der Werkstückaufnahme
schwenkbar ist.
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Die Verwendung eines ringförmigen, exzentrisch zur Werkstückachse
angeordneten, aber die Werkstückachse einschließenden Schlagkopfes bringt den Vorteil,
daß der Angriff der profilformenden Walzen in ein '\'t7erkstück mit verhältnismäßig
kleinem Durchmesser sanfter, d. h. unter einem flacheren Winkel, erfolgt, als wenn
die Umlaufbahn der profilformenden Walzen vollständig außerhalb der Werkstückachse
liegt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist nachfolgend an Beispielen erläutert
und auf Zeichnungen dargestellt. Die Fig. 1 und 2 dienen zur Erläuterung der Grundlage
der Erfindung. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt senkrecht zur Werkstückachse am Arbeitspunkt,
Fig.2 die Draufsicht auf Werkstück und Profil walzen am Arbeitspunkt, Fig. 3 eine
erfindungsgemäße Maschine zur Erzeugung voll Gewinden mit zwei Schlagköpfen und
deren Halterungen, Fig. 4 einen einzelnen Schlagkopf mit besonderem Antrieb der
Profilwalzen, Fig. 5 einen Schnitt längs der Schnittlinie A-A durch den Schlagkopf
nach Fig. 4, Fig. 6 eine abweichende Ausführung eines ringförmigen Schlagkopfes,
Fig. 7 die Anordnung eines Schlagkopfes und einer antriebslosen Stützrolle, Fig.8
und 9 Sonderausführungen der Walzenprofilierung in schematischer Darstellung.
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In den Fig. 6 und 7 tragen die dargestellten Werkzeugsupporte nur
je eine Walze, in Fig. 3 bis 5 deren mehrere.
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In Fig. 1 ist dargestellt, wie das Werkstück a eine drehende und entsprechend
der Gewindesteigung gleichzeitig eine axiale Vorschubbewegung ausführt. Die Bearbeitung
des Werkstücks a geschieht nun in der Weise, daß die profilierten Walzen
b, b' an dem Werkstück in einer Bahn c, c' vorbeigeführt werden, wobei sie
jeweils zunächst an diejenige Stelle des Werkstücks herangeführt werden, welche
dessen Achse zunächst liegt. Dies geschieht, ohne daß bis dahin eine Berührung mit
dem Werkstück stattfindet, da die Profilrippen der Walzen in die bereits vorher
bearbeiteten Nuten des Werkstücks eintauchen. Vom Augenblick der Berührung an entfernt
sich die Drehachse der Walze auf ihrer Bahn c wieder von der Achse des Werkstücks
a, wobei gleichzeitig ein verformender Eingriff stattfindet, welcher das Material
des Werkstücks nach dessen Außendurchmesser hin vor der Walze her und zur Seite
schiebt und dabei einen begrenzten Anteil des Werkstoffs von der Werkstückmitte
weg zum Werkstückaußendurchmesser und in Richtung auf die zu erzeugenden Gewindeflanken
verdrängt. Diese jeweils nacheinander erfolgenden Werkstoffverdrängungen ergeben,
wie bei d, d' punktiert angedeutet, etwa dachziegelartig übereinandergreifende
Materialverschiebungen, und zwar auf der ganzen Werkstückoberfläche. Dadurch, daß
beim Beginn jedes verformenden Eingriffs die Werkstoffbewegung von einem Wert Null
ab zunimmt, ergibt sich an dieser Stelle eine besonders glatte und übergangslose
Oberfläche. Zwischen den Walzen b, b' und dem Werkstück ergibt sich eine
so starke Haftung oder Reibung, daß die Walzen vom Werkstück in eine drehende Bewegung
versetzt und auf diesem abgewälzt werden, sofern die Walzen nicht selbst für besondere
Zwecke von der Maschine aus eine zwangläufige Drehung um ihre Drehachsen erhalten.
Ist dies der Fall, dann kann dieser zwangläufige Antrieb der Walzen um ihre Drehachse
so gewählt werden, daß die Walzen in einem zum Drehsinn der Schlagköpfe entgegengesetzten
Sinn angetrieben werden, wodurch zusätzlich zu der relativen Abwälzbewegung zwischen
Werkzeug und Werkstück eine Gleitbewegung zwischen diesen beiden, vorzugsweise in
einem zum Vorschub entgegengesetzten Sinne erzeugt wird. Es hat sich gezeigt, daß
auf diese Weise besonders glatte, verschleiß- und ermüdungsfeste Oberflächen an
Gewinden erzeugt werden können.
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Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Maschine zum Herstellen
von Außengewinden, teilweise in der Arbeitsebene geschnitten. An einem Ständer e
sind einerseits der Getriebekasten f, anderseits die Werkzeughalterungen g und g'
angeordnet, letztere um die Achsen Z, Z' in den Lagern h und h' drehbar. Von der
Riemenscheibe i aus werden einerseits über Achse h
die Schraubenrädertriebe
l und l' sowie über die Gelenkwellen na und nä die Schlagkopfachsen
in den Halterungen g, g' angetrieben. Anderseits wird von der Welle k über Wechselrädergetriebe
tt_ und das Schneckengetriebe o der Werkstückträger angetrieben. Dieser besteht
aus einer Leitpatrone, die in ihrem Innern die Werkstückspannvorrichtung mit der
Zange q und dem Handrad r trägt. Die Leitpatrone p erhält durch den Schneckentrieb
o über Längsnuten eine drehende und durch die Leitmutters eine axiale Vorschubbewegung.
Die Schlagköpfe t, t' werden entgegen dem Drehsinn der Vorschubbewegung des
Werkstücks und im Vergleich zu letzterem sehr rasch gedreht. Die in den Schlagköpfen
parallel zu Achsen zi, z% exzentrisch gelagerten ringprofilierten Walzen
b, b'
tauchen dabei - an der Stirnseite des Werkstücks beginnend und
parallel zur Gewindesteigung fortschreitend - von beiden Seiten gleichzeitig mit
ihren Profilrippen in das Werkstück ein und verformen dieses wie in Fig. 1 und 2
gezeigt. Dabei sind die Achsen zc, ü der Werkzeughalterungen um den Betrag
des Steigungswinkels des zu erzeugenden Gewindes um die Achse Z, Z' gedreht, so
daß die Formrollen genau in Richtung der Gewinderillen in das Werkstück eintreten.
Ein möglichst starres Festhalten des Werkstücks in seiner Axiallage wird durch eine
Führungsbuchse v erreicht.
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Es handelt sich hier nur um ein möglichst vereinfachtes Ausführungsbeispiel.
Natürlich kann die Einspannung, die Drehung und der Vorschub des Werkstücks auch
auf andere Weise bewerkstelligt werden, beispielsweise nach Art einer Gewindefräsmaschine;
ebenso kann durch andere Anordnung der Elemente von Fig. 3 die Maschine zum Formen
von Innengewinden benutzt werden.
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Fig. 4 zeigt eine einzelne Werkzeughalterung, diesmal mit Einzelantrieb
durch einen Elektromotor. Diese Halterung zeigt in Fig. 4 und - senkrecht dazu in
Ebene A-A geschnitten - in Fig. 5, den zwangläufigen Antrieb der Walzen b um deren
Drehachse. Zu diesem Zweck ist im Hauptkörper der Werkzeughalterung g konzentrisch
zur Antriebsachse ü ein Planetenrad w unverdrehbar angeordnet, das über Zwischenräder
X, x' und Y, y die Walzen b, b' in der in Fig.5 angegebenen
Pfeilrichtung dreht, sobald der Antrieb in Betrieb ist. Dabei wird das Zähnezahlverhältnis
der Zahnräder w, x, y so gewählt, daß entweder der Umfang der Walzen
b, b' sich auf seinem Hüllkreis abrollt oder wunschgemäß gegenüber diesem
eine in bezug auf die Vorschubbewegung positive oder negative Zusatzdrehung ausführt.
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Fig. 6 zeigt eine ringförmige Ausbildung des Schlagkopfes, durch dessen
Bohrung das Werkstück bei der Bearbeitung exzentrisch hindurchgeführt wird. Die
Halterung g' trägt in diesem Fall einen mit ihr fest verbundenen Haltering 11, in
welchem der ebenfalls ringförmige Schlagkopf 12 umläuft, dessen Innenzahnkranz 13
von einem Ritzel 14 angetrieben wird. Im Schlagkopf 12 sind wieder, parallel zu
dessen Drehachse u', eine oder mehrere Walzen b gelagert. In Fig. 6 ist eine
einzelne Walze dargestellt, und zwar antriebslos. Sie könnte aber nach Art der Fig.
4 und 5 vom Haltering 11 aus einen Antrieb erhalten. Die Elemente zur Führung und
Abstützung des Werkstücks a sind hier als Backenfutter und Gegenspitze angedeutet,
können aber z. B. ähnlich Fig. 3 und 7 ausgebildet sein, durch die Öffnung des Schlagkopfes
12 hindurchgreifen und gemeinsam mit der Halterung g' (Fig. 6) auf einer Grundplatte
montiert sein. In Fig. 7 trägt nur die linke Halterung g' einen Schlagkopf, die
rechte Halterung g ist als Gegenhalter ausgebildet, trägt eine oder mehrere antriebslose,
um die Achse 15 drehbare Stützrollen 16, die parallel zur Werkstückachse stehen
oder - wie die Schlagkopfachse u - um den Betrag des Gewindesteigungswinkels gegen
die Achse Z geneigt sein können. Im Falle von zwei oder mehr Stützrollen werden
diese vorzugsweise achsparallel zum Werkstück und alle in gleichem Abstand zu dessen
Achse angeordnet. Die Anordnung der auf den Achsen 15 lose drehbaren Stützrollen
16 kann, wie in Fig. 7, so sein, daß sie das Werkstück a vor und hinter der Verformungsstelle
abstützen und entsprechend der Werkstückform vor und nach der Bearbeitung axial
hintereinanderliegend verschiedene Umfangsformen aufweisen.
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Fig.8 und 9 schließlich zeigen Beispiele, wie die Verformungsarbeit
entweder auf die nebeneinanderliegenden Umfangsrillen einer ringprofilierten Walze
b (Fig. 9) und/oder auf verschieden profilierte, nacheinander auf das Werkstück
einwirkende Walzen b". b"'
(Fig. 8) eines Schlagkopfes t oder mehrerer Schlagköpfe
t verteilt werden kann. In Fig. 8 wird das Werkstück a in der Weise bearbeitet,
daß die Walze b"
noch nicht bis zur endgültigen, gestrichelt angedeuteten
Rillentiefe vorarbeitet und gleichzeitig die Außenkanten der fertiggewalzten Gewinderillen
nachrichtet. während die Walze b"' das Gewinde fertigformt.
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In Fig. 9 arbeitet eine einzelne Walze b in der Weise, daß die hintereinander
auf der gleichen Walze angeordneten Formrippen 16, 17, 18 die Gewinderille des Werkstücks
a stufenweise vertiefen und den Gewindeflankenwinkel vergrößern.