DE102008015011A1

DE102008015011A1 - Supportständer zur Aufnahme radialer Walzenschlitten, die axial zueinander unter Betriebslast verstellbar sind

Info

Publication number: DE102008015011A1
Application number: DE200810015011
Authority: DE
Inventors: Bernhard Rolf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-11-19

Abstract

Supportständer für die Aufnahme von zwei oder mehr radialen Walzen-Vorschubschlitten für Maschinen zur Formgebung von Radschüsseln für LKW-Räder und für andere, ähnliche Maschinen, die geeignet sind für Wanddickenreduzierungen und Formänderungen, bei denen eine oder mehrere der installierten Walzen mit einer Mechanik ausgerüstet sind, mit der die betreffenden Walzen unter Umformbelastungen in unterschiedliche axiale Positionierungen zu den anderen Walzen verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese Walzen auf ihren Drehachsen oder anderen Achsen, nahe den Drehachsen, über ein geeignetes Verstellsystem verfahren werden.

Description

Gemäß dem Stand der Technik werden Radschüsseln mit reduzierter Wanddicke spanlos auf Umformmaschinen gefertigt, die mit Hilfe von Walzen die Ausgangskontur aus ebenen, runden Stahlscheiben-Durchmessern über ein rotierendes Formwerkzeug fertigen.
Dazu kamen Maschinen zum Einsatz mit zwei, drei oder vier Walzen, die auf einem Supportständer angeordnet sind und radial unabhängige Bewegungen durchführen können. Axial werden diese Walzen aber nur gemeinsam mit dem Supportständer über ein Vorschub-System verfahren, so dass während der Umformung keine axialen Veränderungen der Walzen zueinander möglich sind.
Die Anwendung unterschiedlicher Verfahren bei der Formgebung, bei Beginn ein Projizierverfahren oder ein angenähertes Projizierverfahren und zum Ende ein Drückwalzverfahren, erfordern für eine problemlose Fertigung unterschiedlicher Abstände der Walzen zueinander.
Da die bisherigen Maschinen die dazu erforderlichen Einrichtungen nicht besaßen, mussten für die axialen Abstände Walzen-Hilfspositionen als Kompromisse eingestellt werden, die in allen Umformbereichen den Sollmaßen so weit wie möglich entsprachen. Damit konnte nicht die volle Leistungsfähigkeit der Maschinen erreicht werden. Insbesondere ergaben sich beim Drückwalzvorgang Probleme, die hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit des Enddurchmessers zu erreichen. Dabei ist als Schwierigkeitsgrad insbesondere zu beachten, dass am Werkstück-Rand die Stahlscheibe um 90° gebogen werden muss mit einer Wanddickenreduzierung von bis zu 50%.
Es wurden dann Maschinen eingesetzt, bei denen die Walzen ebenfalls über ein Vorschub-System gemeinsam unterschiedliche, axiale Vorschubbewegungen ausführenkonnten. Zusätzlich erhielten die installierten Walzen eigene Verstellwege, um mit dem System die kurzen, axialen Walzenabstände unter Last zu verändern.
Diese Maschinen entsprechen so den mechanischen Anforderungen. Gemäß dem Stand der Technik verursacht die Bauweise jedoch so hohe Kosten, dass teilweise auf die Ausrüstung dieser Zusatzeinrichtungen wieder verzichtet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine erheblich preiswertere, konstruktive Lösung zu finden, die ohne Stabilitätsverlust eingesetzt werden kann.
Gemäß der Erfindung werden für den axialen Walzenversatz die Waben auf ihren Rotationsachsen verfahren, oder nahe den Achsen und in ihren Sollpositionen numerisch fixiert.
Die Stabilität wird gesteigert, da die radialen Schlittenführungen für die Walzenvorschubschlitten auch die Walzen-Lagergehäuse einschließen womit der Beginn der Walzenabstützung näher zu den auftretenden Umformkräften geführt werden kann. Diese Konstruktion erfordert einen erheblich geringeren Fertigungsaufwand bei größerer Maschinensteifigkeit.
Verfahrensbeschreibung gemäß dem Patentanspruch
Gemäß dem Stand der Technik besteht die Umformmaschine 1 zur Herstellung von Radschüsseln aus folgenden Baueinheiten: Der Spindelkasten mit Hauptantrieb 1 ist ausgerüstet mit dem rotierenden Formwerkzeug 2, das eine Außenkontur entsprechend der Werkstück-Innenkontur besitzt. Die runde Stahlscheibe als Werkstück-Ausgangskontur 3 wird mit der Andrükscheibe 4 eingespannt, betätigt über das Spannsystem der Andrückscheibe 5, welches im Maschinenständer 6 befestigt ist. In dem Supportständer für die radialen Walzenschlitten 7 sind wahlweise zwei, drei oder vier Walzen-Vorschubschlitten 8 angeordnet, bestückt mit Walzen-Lagergehäusen 9, die in Richtung Formwerkzeug die Walzen 10 besitzen.
Entsprechend dem Stand der Technik ist in 3 ist das stabile Konstruktionssystem detailliert dargestellt. Die Walzen-Lagergehäuse 9 besitzen zwei Befestigungsflansche 19 zur Befestigung mit dem Walzen-Vorschubschlitten, so angebaut, dass die Hälfte der Lagergehäuse in den Walzen-Vorschubschlitten eingetaucht sind. Dazu dient für den Walzenausgang die Ausnehmung 20 in der Seitenansicht 4. Mit dieser Maßnahme kann der Beginn der Übernahme der Umformkräfte Pa und Pr, etwa in der Position 18, mit einem kürzeren Maß a zum Referenzpunkt der Resultierenden aus Pa und Pr geführt werden.
Nach dem Stand der Technik sind die Führungsschienen 17 stabil mit dem Supportständer verbunden.
Entsprechend dem Stand der Technik erfolgen die Vorschubbewegungen der Walzen bei der Maschine 1 durch die radialen Vorschubsysteme 11 jeder Walze und die gemeinsame Axialbewegung aller Walzen durch das Vorschubsystem des Supportständers 12. Axiale Verschiebungen der Walzen zueinander sind nicht möglich.
In 2 werden die optimalen Verformungswege für die Radschüsselfertigung dargestellt. Gleiche Aussagen gelten auch für das Druckwalzen von trichterförmigen Werkstücken aus ebenen, runden Scheiben oder Vorformen sowie für das Formen von Rohren mit größeren Wanddickendifferenzen. Viele Radschüsseln besitzen am Beginn der Umformung eine Kontur 15, die durch Projizieren hergestellt werden muss. Es besteht die Gesetzmäßigkeit, dass die geformte Wanddicke gleich Ausgangs-Wanddicke mal sin α ist (gleich halber Kegelwinkel). Bei einem Ausgangsmaterial mit Wanddicke 10 mm und einem Winkel von 60°, ergibt sich die geformte Wand mit 8,6 mm. Bei ähnlichen Konturen können auf Grund des relativ geringen Werkstückdurchmessers die verformten Wände geringfügig größer oder kleiner gefertigt werden. Für diesen Vorgang sollen alle installierten Walzen im gleichen axialen Abstand von 0 oder annähernd 0 mm miteinander arbeiten.
Die abschließende Formgebung des Öffnungsdurchmessers muss nach dem Drückwalzverfahren erfolgen. Die Wanddickenreduktion wird annähernd auf die installierten Walzen aufgeteilt, so dass zwischen der ersten und der letzten Walze, je nach Reduktion, ein axiales Abstandsmaß von 10 mm vorteilhaft ist für einen reibungslosen Ablauf. Für einen optimalen Fertigungsablauf müsste eine solche Distanz durch zusätzliche Radialbewegung der Walzen realisiert werden.
Gemäß dem Stand der Technik wurden dazu die Walzen–Vorschubeinheiten 21 gemäß 5 mit einem Vorschubsystem 22 ausgerüstet, das diese Walzenverstellung ermöglicht.
Dazu musste eine zusätzliche, radiale Werkzeugzentrierung 23 zur Aufnahme der Umformkräfte eingebaut werden. Die einfache Prinzipdarstellung zeigt nicht die erforderlichen Führungsschienen zur Aufnahme der Kräfte.
Gemäß dem Stand der Technik sind bei dieser Konstruktion die Führungsschienen nicht mehr stabil mit dem Supportständer zur Aufnahme großer Kräfte verbunden. Eine weitere Möglichkeit unterschiedliche Zustellungen zu erreichen, besteht durch die Verstellung von Keilschieber-Verbindungen. Der bisherige Aufwand für die Realisierung der unabhängigen, axialen Einstellungen der Walzen ist zu hoch.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Verschiebung der Walzen zueinander in der Form, dass die Walzen auf ihren Drehachsen oder eine Achse nahe der Drehachse über einen Zylinder verschoben werden, wie in 6 und der Seitenansicht 7 dargestellt.
Die Walzen-Vorschubschlitten 24 sind zur Werkstückmitte mit Walzen-Lagergehäusen 26 ausgerüstet, die Werkzeug-Aufnahmen für die Lagerbüchsen 25 besitzen und mit den Walzen-Vorschubschlitten über gemeinsame radiale Führungsschienen 29 verfügen.
Über die Vorschubeinheiten 27 werden die Lagerbüchsen 25 mit den Walzen 28 bzw. 31 verfahren.
Axiale Verschiebungen der Walzen durch Abweichungen der Achse von der Vorschubeinheit 27 zur Maschinenachse werden durch die numerische Steuerung ausgeglichen.
Eine detaillierte Betrachtung ist aus 8 ersichtlich.
Die Walzen in Standard-Ausführung 31 sind mit dem Walzenbolzen 32 über die Klemmscheibe verbunden. Die Walzenbolzen besitzen übliche Walzenlager, passend zu der Größe der Maschine und der geplanten Lebensdauer abgestimmt.
Über die Lager sind die Walzenbolzen mit dünnwandigen Lagerbüchsen 25 verbunden, die in einer geeigneten Führungspaarung und Führungsqualität in den Walzen – Lagergehäusen 26 geführt werden. Die dünnwandigen Lagerbüchsen ermöglichen einen möglichst gerinnen nutzbaren Walzendurchmesser. Die Kraftaufnahme aus den Umformkräften erfolgt gegenüber durch die Walzen – Lagergehäuse.
Die Lagerbüchsen und damit die Walzenabstände werden durch die Befestigungen mit den Schrauben 42 in den Lagerbüchsen-Verlängerungen 35 festgelegt.
Die Lagerbüchsen-Verlängerungen 35 werden mit den Zylinderdeckeln 37 in die Außenzylinder 36 mit dem Zylinderkolben montiert, axial fixiert mit Befestigungen der Schrauben 43 an die Walzen-Lagergehäuse.
Die Füllungen der axialen Zylinderräume und damit die Walzenpositionen werden bestimmt über die numerische Steuerung.
Eine alternative Ausführung besteht darin, die Walzenbolzen 32 mit den erwähnten Lagerungen zu verwenden und exzentrisch in größere Walzen-Lagergehäuse einzubauen. Die dünne Wand der Lagerbüchsen wird dem Werkzeug zugeordnet, um den Walzendurchmesser zu begrenzen und beidseitig von dieser Anlage werden die Wände über 180° kontinuierlich auf den maximalen Wanddurchmesser ansteigen. Damit werden die Kräfte an den vorderen Lagern besser übernommen und die gesamte Einrichtung verstärkt.
Walzen 47, die aufgrund ihrer Nacharbeit nicht mehr als Standardausführung zu verwenden sind, können für eine weitere Verformung mit zusätzlicher Nacharbeit in einem zweiten Satz Lagergehäuse Anwendung finden. Die Außenabmessungen der zweiten Lagerbüchsen 49, 9, sind zum Austausch identisch mit den Büchsen der Standard-Ausführung, die Innendurchmesser sind zu den Außendurchmessern jedoch exzentrisch gebohrt, so dass kleinerer Walzenbolzen 48 mit kleineren Lagern verwendet werden können, mit kleinerem Walzenabstand zum Werkzeug.
Die weiteren Nacharbeiten sind abhängig von der gewählten Exzentrizität und den gewählten Lagergrößen. Die zweiten Lagerbüchsen können für leichtere Umformarbeiten verwendet werden, oder auch für ein Teil der Arbeiten, die mit der Standard-Ausführung verformt werden, wenn dabei Zugeständnisse an die Lebenszeit der Lager akzeptiert werden.
8, über den außenverzahnten Getriebering 45, eingeklebt auf dem Außendurchmesser der Lagerbüchsen-Verlängerung 35 und dem innenverzahnten Getriebering 44, eingeklebt in der Bohrung des Walzen-Lagergehäuses, werden die Walzen in ihren Achsrichtungen positioniert. Beim Einbau der Lagerbüchse ist diesbezüglich keine Beachtung aufzuwenden.
Es sind auch andere Winkelpositionierungen möglich, zum Beispiel Passfedern zwischen Walzen-Lagergehäusen und Lagerbüchsen oder auch eine unregelmäßige Außenkontur der Lagerbüchsen, die in den Walzen-Lagergehäusen geführt werden.
8. Die Lagerbüchsen-Verlängerungen und die Außenzylinder zeigen zwei unterschiedliche Ausführungen. In der oberen Schnitthälfte ist eine Walzenlagerung ohne Anlauf-Antrieb dargestellt und in der unteren eine mit Anlauf-Antrieb.
Vor Beginn des Maschinenanlaufs wird empfohlen, die Walzen mit geringem Druck gegen den Anlaufring 46 auf der Andrückscheibe zu fahren und mit dem Hochlauf des Werkstücks die Walzen zu beschleunigen, so dass bei Kontakt der Walzen mit dem Werkstück Reibungsverluste an den Walzen weitgehend vermieden werden.
In der unteren Schnitthälfte erfolgen die Walzenantriebe über die Motoren 41, die während des Werkstückanlaufs die Walzen über die Antriebsschäfte für Walzenanlauf 38 bis maximal zur Arbeitsgeschwindigkeit bei Umformbeginn antreiben. Nach Umformbeginn werden die Motoren auf freien Umlauf geschaltet, um sie abhängig von der jeweiligen Umformgeschwindigkeit mit höheren oder niedrigen Drehzahlen treiben zu können.
Die Walzengehäuse zur Weiterverwendung von nachgearbeiteten Walzen besitzen kleinere Antriebsschäfte für Walzenanläufe 50 und sind so gestaltet, dass sie in die Lagerbüchsen-Verlängerungen 35 eingebaut werden können. Es müssen lediglich die Motoren über die Positionen Einstellplatten für Antrieb 39 und Justierplatten 40 neu fixiert werden.
Die optimale Abstützung der Walzen, auch bei kleinstem Werkstückdurchmesser bis weit über die Walzenmitte, zeigt der Ausschnitt 10.
Die Führungsschlitten für die Außenkonturen der Walzenschlitten 57 können auch bei Bearbeitung der minimalen Werkstückdurchmesser 53 mit den Walzen 54 bis auf den Beginn der Aufnahme der Werkstückabstützung 58 fahren und mit dem Abstand a zum Werkstück-Durchmesser eine sehr große Stabilität erreichen, die mit den jetzigen Stand der Technik nicht möglich ist.
Die Position 56 zeigt eine Ausnehmung der Radialführung, damit der maximale Werkstückdurchmesser 52 bei der Fertigung des Öffnungsdurchmessers 16 mit einer kurzen Bewegung in das System eintauchen kann.
Position 51 ist der maximale Arbeits-Durchmesser, Position 55 die Bohrung der vorderen Lagerbüchse und Position 59 zeigt das Profil für die Krafteingabe durch das Vorschubsystem.
Alle Vorschubbewegungen werden CNC gesteuert.
Der Supportständer kann auch als festes Maschinenelement ausgeführt werden. Die beschriebenen axialen Bewegungen des Supportständers werden dann durch axiale Bewegungen des Formwerkzeugs ersetzt. Die beschriebene Verstellung der Walzen ist davon nicht beeinflusst.
Beschreibung der Fig.

1

Darstellung der Umformmaschine gemäß dem Stand der Technik

1: Spindelkasten mit Hauptantrieb
2: Formwerkzeug mit Außenkontur, entsprechend der Werkstück-Innenkontur
3: Werkstück Ausgangskontur als runde Stahlscheibe
4: Andrückscheibe
5: Spannsystem für Andrückscheibe
6: Maschinenständer
7: Supportständer für die radialen Walzenschlitten
8: Walzen-Vorschubschlitten
9: Walzen-Lagergehäuse
10: Walze
11: Vorschubsystem für Walzenschlitten
12: Vorschubsystem für Supportständer

2

Verformungswege, Anforderungen an das Werkzeugsystem

2: Formwerkzeug
4: Andrückscheibe
13: Walze 1
14: Walze 2
15: Werkstückform nach dem Projiziergesetz (Drückwalzen über konischen Dorn)
16: Fertigung des Öffnungsdurchmessers (Drückwalzphase)

3

Beschreibung der radialen Walzenvorschübe von 1

8: Walzen-Vorschubschlitten
9: Walzen-Lagergehäuse
10: Walze
11: Führungsschiene
12: Befestigungsflansche für das Walzen-Lagergehäuse

4

Seitenansicht der 3

18: Beginn der Kraftübernahme aus den Umformkräften
20: Ausnehmung des Walzen-Vorschubschlittens

5

Verstellung der axialen Walzen-Abstandsmaße gemäß dem Stand der Technik

21: Walzen-Vorschubeinheit
22: Vorschubsystem, mit dem die Walzen-Vorschubeinheiten im Supportständer verfahren werden können
23: Radiale Werkzeugzentrierung

6

Walzenverstellung gemäß der Erfindung

22: Walzen-Vorschubschlitten
23: Lagerbüchse
24: Walzen-Lagergehäuse
25: Vorschubeinheit
26: Walze

7

Seitenansicht der 6

25: Lagerbüchse
26: Walzen-Lagergehäuse
28: Walze
29: Führungsschienen
30: Gehäuse, um Walzeneinsatz zu vergrößern

8

Details der Walzenverstellung

25: Lagerbüchse
26: Walzen-Lagergehäuse
31: Walze, Standard-Ausführung
32: Walzenbolzen
35: Lagerbüchsen-Verlängerung
36: Außenzylinder
37: Zylinderdeckel
38: Antriebsschaft für Walzenanlauf
39: Einstellplatte für Antrieb
40: Justierplatte
41: Walzenantrieb
42: Befestigungsschrauben für Lagerbüchsen-Verlängerung
43: Befestigungsschrauben für Walzengehäuse
44: Innenverzahnter Getriebering, eingeklebt
45: Außenverzahnter Getriebering, eingeklebt zur Drehmoment-Aufnahme
46: Ring für Rollenanlauf

9

Walzengehäuse zur Weiterverwendung von nachgearbeiteten Walzen

47: Walzen, nachgearbeitet
48: Walzenbolzen für nachgearbeitete Walzen
49: Lagerbüchse
50: Antriebsschaft für Anlauf der nachbearbeiteten Walzen

10

Walzensystem

51: Maximaler Arbeitsdurchmesser
52: Maximaler Werkstückdurchmesser
53: Minimaler Werkstückdurchmesser
54: Walzendurchmesser
55: Bohrung Lagerbüchse
56: Öffnung für maximalen Werkstückdurchmesser
57: Außenkontur des Walzenschlittens
58: Beginn der Aufnahme der Werkzeugabstützung
59: Profil für Krafteingabe durch das Vorschubsystem

Claims

Supportständer für die Aufnahme von 2 oder mehreren radialen Walzen-Vorschubschlitten für Maschinen zur Formgebung von Radschüsseln für LKW-Räder und für andere, ähnliche Maschinen, die geeignet sind für Wanddickenreduzierungen und Formänderungen, bei denen eine oder mehrere der installierten Walzen mit einer Mechanik ausgerüstet sind, mit der die betreffenden Walzen unter Umformbelastungen in unterschiedliche axiale Positionierungen zu den anderen Walzen verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese Walzen auf ihren Drehachsen oder anderen Achsen nahe den Drehachsen über ein geeignetes Verstellsystem verfahren werden.
Supportständer gemäß dem Anspruch 1, mit Walzen, die an Walzenbolzen geschraubt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenbolzen mittels Wälzlager in Lagerbüchsen befestigt sind, die axial verfahrbar in Walzen-Lagergehäusen montiert sind, wobei die Walzen-Lagergehäuse Bestandteil der Walzen-Vorschubschlitten sind.
Supportständer gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verstellung der Lagerbüchse mit der Walze durch ein Verstellsystem erfolgt, dass den Abstand der Lagerbüchse zum Walzenlagergehäuse und damit zum Walzenvorschubschlitten verändert.
Supportständer gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede verstellbare Walze ein Verstellsystem vorgesehen ist, vorzugsweise mit hydraulischer Arbeitsweise, und dass an dem Walzen-Lagergehäuse, gegenüber der Walze, ein Hohlzylinder mit Zylinderkolben angeschraubt ist und durch den Hohlzylinder eine Lagerbüchsen-Verlängerung mit Zylinderdeckel geschoben ist, die als Verlängerung der Lagerbüchse dient. Durch die dabei entstehenden zwei Zylinderseiten werden die Walzen numerisch gesteuert.
Supportständer gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenbolzen verlängerte Antriebsschäfte besitzen, die durch die Lagerbüchsen-Verlängerungen geführt werden und zum Anlauf-Antrieb der Walzen genutzt werden.
Supportständer gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchse gegen Drehen gesichert ist durch ein innenverzahntes Getriebe, wobei der Innenring mit der Lagerbüchsen-Verlängerung verbunden ist und der Außenring mit dem Walzen-Lagergehäuse.
Supportständer gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen für Lager und Walzenbolzen für Standard-Ausführung exzentrisch in vergrößerten Lagerbüchsen gebohrt sind. Die dünnsten Lagerbüchsen Wände sind dem Werkzeug zugeordnet, um den verwendbaren Walzen-Durchmesser zu minimieren und beidseitig dieser Anlagen steigen die Wände über 180° kontinuierlich auf die maximalen Wanddurchmesser, um gegenüber der Walzeneinwirkung eine größere Stabilität zu erreichen.
Supportständer gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Supportständer ein zweiter Satz Lagerbüchsen geliefert wird, die in exzentrischer Bohrung Walzenbolzen mit geringerem Durchmesser und Wälzlager mit geringeren Außendurchmessern besitzen, mit einem reduzierten Abstand zur werkstückseitigen Lager-Büchsenschulter, so dass damit Walzen eingesetzt werden können, die auf Grund der Nacharbeit auf den Standard-Lagerbüchsen nicht mehr verwendet werden können.