DE102009044544A1

DE102009044544A1 - Umformvorrichtung und Einrichtverfahren zum Einbringen einer Innen- und Außenverzahnung in ein zylindrisches Werkstück

Info

Publication number: DE102009044544A1
Application number: DE102009044544A
Authority: DE
Inventors: Jochen Oesterreich
Original assignee: Aweba Werkzeugbau GmbH AUE
Current assignee: Aweba Werkzeugbau GmbH AUE
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-11-17
Also published as: DE102009044544B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen einer Wand eines zylindrischen Werkstücks zu einer Innen- und Außenverzahnung, wobei ein äußerer Teil der Vorrichtung einen konzentrisch um eine Zentralachse angeordneten Profilrollensatz aufweist, dessen Profilrollen durch Aufnahmeelemente gelagert sind und Drehachsen aufweisen, die quer zur Zentralachse verlaufen, wobei ein innerer Teil der Vorrichtung als Dorn mit zahnartig profilierter Außenkontur ausgeführt ist, und wobei der äußere Teil und der innere Teil der Vorrichtung koaxial zueinander bewegbar ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Einrichtverfahren für eine Vorrichtung zum Umformen einer Wand eines zylindrischen Werkstücks zu einer Innen- und Außenverzahnung, wobei ein äußerer Teil einer zum Umformen verwendeten Vorrichtung einen konzentrisch um eine Zentralachse angeordneten Profilrollensatz umfasst, dessen Profilrollen durch Aufnahmeelemente gelagert sind und Drehachsen aufweisen, die quer zur Zentralachse verlaufen, wobei ein innerer Teil der Vorrichtung als Dorn mit zahnartig profilierter Außenkontur ausgeführt ist, und wobei der äußere Teil und der innere Teil der Vorrichtung koaxial zueinander bewegt werden. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der oben genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, mit welchem die Anzahl der beim Erproben eines Umformwerkzeugs vorzuhaltenden Profilrollen reduziert und die Erprobungszeit sowie die ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen einer Innen- und Außenverzahnung in ein zylindrisches Werkstück, wobei ein äußerer Teil der Vorrichtung einen konzentrisch um eine Zentralachse angeordneten Profilrollensatz aufweist, dessen Profilrollen durch Aufnahmeelemente gelagert sind und Drehachsen aufweisen, die quer zur Zentralachse verlaufen, wobei ein innerer Teil der Vorrichtung als Dorn mit zahnartig profilierter Außenkontur ausgeführt ist, und wobei der äußere Teil und der innere Teil der Vorrichtung koaxial zueinander bewegbar ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Einrichtverfahren für eine Vorrichtung zum Einbringen einer Innen- und Außenverzahnung in ein zylindrisches Werkstück, wobei ein äußerer Teil der Vorrichtung einen konzentrisch um eine Zentralachse angeordneten Profilrollensatz umfasst, dessen Profilrollen durch Aufnahmeelemente gelagert sind und Drehachsen aufweisen, die quer zur Zentralachse verlaufen, wobei ein innerer Teil der Vorrichtung als Dorn mit zahnartig profilierter Außenkontur ausgeführt ist, und wobei der äußere Teil und der innere Teil der Vorrichtung koaxial zueinander bewegt werden.
Derartige zylindrische Werkstücke sind beispielsweise Lamellenträger von Kupplungen, Zahnriemenscheiben oder ähnliche Werkstücke mit einer zylindrischen Grundstruktur, die an ihrer Umfangsfläche Längsvertiefungen aufweisen. Es ist häufig erforderlich, solche Werkzeuge mit hoher Genauigkeit und Präzision zu fertigen. Insbesondere kommt es beispielsweise bei Zahnriemenscheiben auf die Genauigkeit und die Oberflächenqualität der in die Außenumfangsfläche des Werkstückes einzubringende Nutung an. Teilungsungenauigkeiten, Stufen oder Absätze in der Oberfläche oder andere Fehler führen mit hoher Wahrscheinlichkeit zu vorzeitigem Riemenverschleiß bei Verwendung einer Riemenscheibe 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.
Umformwerkzeuge, die der Umformung eines Blechzuschnitts dienen, sind typischerweise in Pressen eingesetzt. Beim Tiefziehen eines Blechteils oder beim Biegen wird das Werkzeug in der Bewegungsrichtung des Pressenstößels bewegt. Soll jedoch eine Umformung in anderer als der Bewegungsrichtung des Pressenstößels erfolgen, sind aufwendige Werkzeuge zum Umlenken der Kraft zum Einsatz zu bringen. Das ist beispielsweise der Fall, wenn ein bereits tiefgezogenes Blechteil oder ein dünnwandiges Rohr an seinem Zylindermantel umgeformt werden soll. Für eine zahnartige Umformung des Zylindermantels kommen Umformwerkzeuge zum Einsatz, die einen um eine Zentralachse angeordneten Profilrollensatz aufweisen. Die Rollen laufen beim Umformvorgang auf die Zylindermantelfläche des Werkstücks auf und drücken das Material in einen entsprechend geformten Dorn, der sich innerhalb des Werkstücks befindet.
Die Profilrollen sind Aufnahmekörpern zugeordnet, die gemeinsam mit den Profilrollen beabstandet aneinandergereiht einen kranzförmigen Profilrollensatz bilden. Das Unterwerkzeug lässt sich somit rotationssymmetrisch aufbauen, wobei die das Profil des Blechwerkstückes erzeugenden einzelnen Profilrollen regelmäßig und mit einheitlichem Winkel zueinander entlang des Umfanges des Blechwerkstückes verteilt sind. Infolgedessen und infolge der sich ergebenden rotationssymmetrischen Kräfteaufteilung während eines Umformvorganges sind die einzelnen, von den jeweiligen Profilrollen hergestellten Nuten untereinander praktisch gleich. Dadurch wird eine absatzfreie Kontur erreicht.
Während bei einem einfachen Tiefziehwerkzeug die Anpassungen an das Umformverhalten des eingesetzten Tiefziehbleches in der Weise erfolgen, dass an einem Stempel und einer Matrize entsprechende Anpassungen vorzunehmen sind, stellt sich der Aufwand bei einem Werkzeug zur Bearbeitung des Zylindermantels als deutlich größer dar. Greifen die Profilrollen zu tief in das Werkstück ein, müssen sie nachgearbeitet werden, was gewöhnlich durch Schleifen erfolgt. Wenn der Eingriff in das Werkstück jedoch unzureichend ist, müssen neue Profilrollen mit größerem Durchmesser eingesetzt werden, sofern keine Verstellmöglichkeit vorgesehen ist. Das Nachbearbeiten beziehungsweise der Ersatz der Profilrollen muss am gesamten Profilrollensatz gleichermaßen erfolgen. So sind zum Finden der Soll-Verzahnung des Bauteils mehrere Erprobungsschleifen notwendig. Daraus resultiert ein sehr großer Aufwand beim Einrichten beziehungsweise Erproben des Werkzeuges, was sich auf die Kosten des Werkstücks auswirkt, das nach dem Einrichten gefertigt wird.
Eine weitere Schwierigkeit beim Mehrfachrollen ist die möglichst optimale Verteilung der Umformarbeit auf die einzelnen Rollstufen. Einflussfaktoren auf die Rollengeometrie können z. B. die Blechgüte des Bauteils, das Aufsprungverhalten nach dem Rollen oder das „Atmen” des Aufnahmerings während des Umformprozesses sein. Zur Erprobung sind daher mehrere Profilrollensätze vorzuhalten.
Ein Werkzeug zum Einrollen von Längsnuten in zylindrische Werkstücke beschreibt die Druckschrift DE 2 017 709 . Der hierbei eingesetzte Profilrollensatz, mit dessen Hilfe eine zahnartige Umformung am Umfang des zylindrischen Werkstücks erfolgt, weist in keilförmigen Elementen gelagerte Profilrollen auf. Dabei läuft bei jedem Pressenhub ein Walzenvorgang am Blechwerkstück ab, wobei ein kranzartig ausgebildeter Profilrollensatz das gewünschte Außenprofil in die Mantelfläche des Blechwerkstückes einwalzt. Daneben verfügt jedes der keilförmigen Elemente zusätzlich über eine Stützrolle, die eine Lagerung aufweist, die große Kräfte aufnehmen kann. Dadurch kann die Lagerung der Profilrolle, für die seitlich weniger Platz zur Verfügung steht, schwächer ausfallen. Die Lagerung der Profilrolle ist zudem so ausgeführt, dass die Profilrolle quer zur Rollrichtung, in Kraftrichtung, beweglich ist und sich somit vollständig gegen die Stützrolle abstützen kann. Der Profilrollensatz ist im Unterwerkzeug der Vorrichtung um den Umfang des herzustellenden Blechwerkstückes positioniert. Das Blechwerkstück ist mittels eines Aufnahmedorns im Oberwerkzeug befestigt. Wird das Oberwerkzeug über den Stößel der Presse betätigt, so wird das topfförmige Blechwerkstück zwischen dem Rollensatz hindurchgepresst. Eine Verstellbarkeit jeder Profillrolle ist über jeweils einen Keil und eine Schraube gewährleistet. Nachteilig ist jedoch, dass zwischen den Profil- und Stützrollen eine Linienbelastung vorliegt, die zu einem hohen Verschleiß an den Profilrollen führt. Zudem ist eine Verstellung mittels Keil ungenau und aufwendig.
Die Druckschrift DE 10 2007 063 361 A1 beschreibt eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Blechwerkstückes mit einer zylindrischen innen und außen zahnartig profilierten Wand. Die Vorrichtung umfasst dabei ein Werkzeugteil mit einem umlaufend angeordneten Profilrollensatz, dessen Profilrollen konzentrisch zu dem Blechwerkstück Profilrollenachsen quer zur Werkstückachse aufweisen. Ferner besitzt die Vorrichtung ein Werkzeugteil mit einem Aufnahmedorn mit zahnartig profilierter Außenkontur für das Blechwerkstück. Das Werkzeugteil mit dem Profilrollensatz und der Aufnahmedorn des anderen Werkzeugteils sind koaxial zueinander bewegbar ausgebildet. Zwischen jeweils zwei offenen beabstandeten keilförmigen Segmenten ist jeweils eine Profilrolle gelagert. Die Abstände der keilförmigen Segmente zueinander sind von Abstandshaltern in einer Grundplatte und in einer Deckplatte bestimmt. Die starre Lagerung der Profilrollen auf ihren Profilrollenachsen, die ihrerseits in den keilförmigen Segmenten fest gelagert sind, bringt es mit sich, dass zur Einrichtung des Werkzeugs die eingangs beschriebenen Arbeitsgänge mit hohem Zeit- und Kostenaufwand notwendig werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der oben genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, mit welchen die Anzahl der beim Erproben eines Umformwerkzeugs vorzuhaltenden Profilrollen reduziert und die Erprobungszeit sowie die daraus resultierenden Werkzeugkosten verringert werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung der oben genannten Gattung gelöst, wobei die Profilrollen mittels einer Exzenteranordnung relativ zur Drehachse der Profilrollen und zur Zentralachse radial verstellbar gelagert sind.
Die radiale Verstellung ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise, die Intensität der Umformung, insbesondere die Tiefe des Eingriffs der Profilrollen in das Werkstück, sehr einfach, schnell und genau einzustellen. Die Notwendigkeit des Ersatzes der Profilrollen in dem Fall, dass Rollen größeren Durchmessers für eine stärkere Umformung erforderlich würden, besteht damit während des Erprobens beziehungsweise Einrichtens nicht mehr. Während der radialen Verstellung bleiben die Profilrollen selbst unverändert, und nur ihre Position bezüglich der Zentralachse der Vorrichtung wird durch die radiale Verstellung geändert. Damit ändert sich der Abstand zwischen der Zentralachse und der parallel zur Zentralachse verlaufenden Tangente der Profilrollen. Die Änderung dieses Abstandes entspricht der Veränderung der Eingriffstiefe der Profilrollen in das Werkstück bei der Umformung. Aus dieser Art der Verstellung resultieren ein vereinfachter Aufbau und eine besondere Vereinfachung beim Einrichten des Umformvorgangs. Die Profilrollen können länger eingesetzt werden und müssen nur dann bearbeitet werden, wenn der Umformvorgang noch nicht zu optimalen Ergebnissen führt. Somit kann erfindungsgemäß die Anzahl der für das Erproben des Umformwerkzeugs vorzuhaltenden Profilrollen stark reduziert werden. Zudem verringern sich die Erprobungszeit des Umformwerkzeugs und die damit verbundenen Kosten.
Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Exzenteranordnung als zwischen Profilrollenachsen, die in den Aufnahmeelementen gelagert sind und feststehende Elemente bilden, und den Profilrollen, die drehbewegliche Elemente bilden, angeordnete Exzenterbuchsen ausgeführt ist und die Profilrollen auf Gleitlagerflächen an den Außendurchmessern der Exzenterbuchsen drehbar gelagert sind. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Profilrollenachsen drehfest in den Aufnahmeelementen gelagert (Achslagerung). Auf den Profilrollenachsen sitzen die Exzenterbuchsen in Form von Lagerbuchsen. Bei den Exzenterbuchsen weichen die Mittelpunkte von Außenkreis und Bohrung voneinander ab. Auf dem Zylindermantel des Außendurchmessers der Exzenterbuchsen sind die Profilrollen mit ihrer Bohrung drehbar gelagert. Werden die Exzenterbuchsen auf den Profilrollenachsen verdreht, erfolgt eine Verschiebung der Mittelpunkte von Außenkreis und Bohrung der Exzenterbuchse gegeneinander und damit zugleich eine Verstellung der Position der Profilrollen, die hierdurch ihren Abstand zur Zentralachse der Vorrichtung verändern.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Exzenteranordnung als in Aufnahmeelementen, die feststehende Elemente bilden, angeordnete Exzenterbuchsen ausgeführt, die die Profilrollen, die drehbewegliche Elemente bilden, teilweise umschließen und dabei deren Außenlagerung bilden. Werden die Exzenterbuchsen in den Bohrungen der Aufnahmeelemente verdreht, erfolgt eine radiale Verstellung der Profilrollen relativ zur Zentralachse der Vorrichtung. Wenn durch die Verstellung der Abstand der Profilrollen zur Zentralachse der Umformvorrichtung geändert wird, wird zugleich die Tiefe des Eingriffs der Rollen in das Werkstück verändert. Somit ist durch die Verstellung der Exzenterbuchsen auf einfache Weise eine Veränderung des Eingriffs in das Werkstück realisierbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Exzenterbuchsen mit den feststehenden Elementen jeweils durch mindestens eine längs zur Drehachse der Profilrollen vorgesehene Nut an einander gegenüberliegenden Lagerflächen der Exzenterbuchsen und der feststehenden Elemente, in die ein Verbindungselement eingesetzt ist, formschlüssig verbunden und gegen Verdrehen gesichert sind, wobei die Exzenterbuchsen und/oder die feststehenden Elemente mehrere an unterschiedlichen Positionen vorgesehene Nuten aufweisen.
Bei dieser Ausführungsvariante sind bei der Achslagerung, bei dem durch die Profilrolle eine Profilrollenachse geführt ist, die Exzenterbuchsen mit dem feststehenden Element, der Profilrollenachse, formschlüssig verbunden. Dazu befindet sich sowohl auf der Profilrollenachse als auch am Innenmantel der Exzenterbuchsen, die beide jeweils eine Lagerfläche bilden, mindestens eine Nut. Stehen die Nuten einander gegenüber, wird ein Verbindungselement in die Nuten eingebracht, und eine formschlüssige Verbindung zwischen der Profilrollenachse und der Exzenterbuchse verhindert ein Verdrehen gegeneinander. Dadurch, dass mehrere, an unterschiedlichen vordefinierten Positionen in der Lagerfläche von Exzenterbuchse und/oder Profilrollenachse längs zur Profilrollenachse verlaufende Nuten vorgesehen sind, können die Profilrollen auf den Exzenterbuchsen in unterschiedlichen Stellungen und damit in unterschiedlichen Abständen zur Zentralachse des Umformwerkzeugs stabil fixiert werden.
Ist bei der oben genannten Ausführungsform das feststehende Element ein Aufnahmeelement, so weist dieses eine Bohrung auf, deren Mantelfläche die Lagerfläche für die Exzenterbuchse bildet. Damit liegt dann die äußere Mantelfläche der Exzenterbuchse an der Mantelfläche der Bohrung des Aufnahmeelements an. Beide Mantelflächen, von Exzenterbuchse und Bohrung, dienen als Lagerflächen und weisen längs zur Drehachse der Profilrollen verlaufende Nuten auf. Stehen jeweils zwei dieser Nuten einander gegenüber, wird auch hier ein Verbindungselement eingeführt und die Exzenterbuchse ist gegenüber dem Aufnahmeelement gegen Verdrehen gesichert. Durch die an unterschiedlichen Positionen vorgesehenen mehreren Nuten kann in diese bei entsprechender Übereinstimmung mit der Gegennut in der gegenüberliegenden Lagerfläche das Verbindungselement zur formschlüssigen Verbindung eingeführt werden. Dadurch wird eine definierte Verstellbarkeit gewährleistet und die Exzenterbuchse in unterschiedlichen Winkelstellungen drehfest im Aufnahmeelement fixiert. Durch den Einsatz mehrerer Nuten ist eine Verstellbarkeit der Exzenterbuchsen sowohl bei Achslagerung als auch bei Außenlagerung in gleicher Weise gegeben.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Exzenteranordnung wenigstens zwei ineinander angeordnete Exzenterbuchsen auf. Günstig ist es, wenn beide Exzenterbuchsen unterschiedliche Exzentrizitäten aufweisen. Dann kann die Exzenterbuchse mit der größeren Exzentrizität zur Grobeinstellung der Profilrollen eingesetzt werden, während die Exzenterbuchse mit der geringeren Exzentrizität der Feineinstellung dient. Dadurch kann auf besonders vorteilhafte Weise nach der Grobeinstellung auf die sonst erforderliche Nacharbeitung der Profilrollen verzichtet werden und anstelle dessen durch die Feineinstellung eine ausreichende Genauigkeit für den Umformvorgang erreicht werden. Die Verdrehsicherung der beiden Exzenterbuchsen gegeneinander erfolgt in der gleichen Weise, wie die Sicherung der einzelnen Exzenterbuchse gegen die Profilrollenachsen bzw. die Aufnahmeelemente.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass es besonders günstig ist, wenn die Exzenterbuchsen aus gehärtetem Werkzeugstahl oder einer Bronze ausgebildet sind. Durch den Einsatz einer Bronze sind besonders gute Gleiteigenschaften erzielbar. Alternativ dazu kann ein gehärteter Werkzeugstahl für die Fertigung der Exzenterbuchsen eingesetzt werden. Damit erhalten die Exzenterbuchsen eine sehr lange Lebensdauer, weil sich der Verschleiß auf die Profilrollen, die auf den Exzenterbuchsen drehend gleitend gelagert sind, konzentriert. Der Vorteil dieser Lagerwerkstoffpaarung besteht darin, dass die Profilrolle ohnehin ein Verschleißteil darstellt, da auch ihr Außendurchmesser bei der Umformung einem Verschleiß unterliegt und sie damit in ihrer Lebensdauer begrenzt ist. Alternativ sind weitere Lagerwerkstoffe, wie beispielsweise Sinterwerkstoffe, die sich durch günstige Notlaufeigenschaften auszeichnen, sowie Spezialkunststoffe, als Exzenterbuchsenmaterial einsetzbar.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Profilrollen jeweils zwischen zwei keilförmigen Aufnahmeelementen gelagert, wobei jedes Aufnahmelement eine Bohrung zur Aufnahme der Profilrollenachse aufweist, und wobei die keilförmigen Aufnahmeelemente in einer Bohrungswand wenigstens eine längs zur Bohrung verlaufende Nut aufweisen, die Profilrollenachsen jeweils wenigstens eine längs zu ihrer Achse verlaufende Nut aufweisen, beide Nuten einander gegenüber angeordnet und durch ein Verbindungselement formschlüssig miteinander verbunden und dadurch die Profilrollenachsen gegen Verdrehen gesichert sind. Dabei können die keilförmigen Aufnahmeelemente auch einstückig zu einem Ring zusammengefasst sein. Hierdurch kann auf einfache Weise eine vorteilhafte Verbindung zwischen den keilförmigen Aufnahmeelementen und den Profilrollenachsen hergestellt werden, wodurch die Profilrollenachsen feststehende Elemente bilden, auf denen die Exzenterbuchsen in variablen, vordefinierten Winkelpositionen fixierbar sind.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn dasselbe Verbindungselement sowohl zur formschlüssigen Verbindung von der Exzenterbuchse und der Profilrollenachse, als auch von dem Aufnahmeelement und der Profilrollenachse dient. Dazu weist die Profilrollenachse eine längs in ihren Zylindermantel eingebrachte Nut auf, die von dem Lagerbereich, mit dem sie in der Bohrung des Aufnahmeelements gelagert ist, bis in den Lagerbereich, wo die Exzenterbuchse auf der Profilrollenachse sitzt, reicht. Wird nun diese Nut in der Profilrollenachse mit einer Nut im Aufnahmeelement und gleichzeitig mit einer anderen Nut in der Lagerfläche der Innenbohrung der Exzenterbuchse in Übereinstimmung gebracht, kann das Verbindungselement durch beide sich durch Übereinstimmung der Nuten bildende Ausnehmungen hindurch geschoben werden und sowohl die Profilrollenachse gegenüber dem Aufnahmeelement als auch die Exzenterbuchse gegenüber der Profilrollenachse gegen Verdrehen sichern. Daraus ergeben sich Vereinfachungen bei der Montage, da nur ein Verbindungselement eingesetzt werden muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die jeweils gegenüberliegenden Nuten in der Exzenterbuchse, der Profilrollenachse und/oder dem Aufnahmeelement als halbrunde Nuten ausgeführt und als Verbindungselement ein Zylinderstift vorgesehen. Damit sind die Nuten besonders günstig herstellbar, beispielsweise durch Bohren und Reiben. Weiterhin kommt als Verbindungselement ein einfaches, kostengünstiges und leicht verfügbares Maschinenelement, ein Zylinderstift, zum Einsatz. Damit sind die Nuten besonders einfach herstellbar, beispielsweise durch Bohren und Reiben oder durch Drahterodieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Aufnahmeelementen ein Schmierkanal vorgesehen, der zu einem Schmierspalt zwischen Profilrolle und Exzenterbuchse führt. Über den Schmierkanal kann Schmiermittel in den Schmierspalt, der im Lagerbereich der Profilrollen ausgebildet ist, zugeführt werden. Durch die Schmierung wird der Verschleiß im Lagerbereich vermindert und die Lebensdauer der Lagerelemente erhöht.
Besonders günstig ist es, wenn hierbei eine Druckschmierung zum Einsatz kommt. Dabei ist der Schmierkanal mit einer Schmiermittelleitung verbunden, durch die das Schmiermittel unter Druck zugeführt wird. Bei einer Druckschmierung bildet sich im Schmierspalt zwangsläufig ein Schmierfilm aus. Ein solcher Schmierfilm bildet sich üblicherweise von selbst nach etwa einer Umdrehung des gelagerten Elements im Lager aus. Bei der Lagerung der Profilrollen besteht jedoch das Problem, dass diese, ohne eine Umdrehung auszuführen, sofort der vollen Belastung ausgesetzt sind. Das liegt darin begründet, dass der Eingriff von Werkzeug und Werkstück beim Umformen eines niedrigen zylindrischen Werkstücks nur sehr kurz ist und der Drehwinkel der Profilrollen, der beim Umformen überstrichen wird, sehr klein ist. Dadurch erfolgt keine natürliche Ausbildung eines Schmierfilms, sondern die Profilrollen laufen auf ihrer Lagerung „trocken”. Die Folge eines solchen Trockenlaufes ist ein erhöhter Verschleiß der Lagerelemente. Mit dem Einsatz einer Druckschmierung kann dieses Problem gemindert werden, und die Lebensdauer der Lagerelemente erhöht sich deutlich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Exzenterbuchse mehrere am Umfang verteilte Schmiernuten auf. Diese Ausführungsform kann sowohl beim Einsatz einer Exzenterbuchse für die Achslagerung, bei der die Schmiernuten am äußeren Umfang in der Mantelfläche angeordnet sind, als auch bei Verwendung einer Exzenterbuchse für die Außenlagerung, bei der die Schmiernuten am Umfang der Bohrung angeordnet sind, angewendet werden. Die Schmiernuten verlaufen vorzugsweise jeweils längs zur Drehachse der Profilrollen, können jedoch in alternativen Ausführungsformen auch in einem anderen Winkel zur Drehachse, beispielsweise 45°, verlaufen. Dabei können die verschiedenen Schmiernuten auch unterschiedliche Winkel bezüglich der Drehachse der Profilrollen aufweisen. Der Einsatz der Schmiernuten sichert die Verteilung des Schmiermittels über die Breite des Lagersitzes hinweg, wodurch bei Einsatz des Schmiermittels im Schmierkanal dieses sofort im Lagersitz verteilt wird und seine Schmierwirkung entfaltet. Die Anordnung der Schmiernuten ist so gewählt, dass bei jeder Position der Exzenterbuchse mindestens eine Schmiernut mit dem Schmierkanal in Verbindung steht, sodass Schmiermittel vom Schmierkanal in die Schmiernut gelangt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere übereinander angeordnete Profilrollensätze aufweist, deren Profilrollen mittels einer Exzenteranordnung relativ zur Drehachse der Profilrolle und zur Zentralachse radial verstellbar gelagert sind. Jeder der Profilrollensätze übernimmt dabei in Zusammenwirkung mit dem Dorn einen Teil der Umformarbeit, sodass das Werkstück in mehreren Stufen umgeformt wird und jede der Stufen nur einen Teil der Umformarbeit auszuführen hat. Dadurch sinken die Belastungen im Material des Werkstücks, Spannungen im Werkstoff können sich abbauen und die Gefahr von Rissen sinkt, was zu einer erhöhten Qualität des fertiggestellten Werkstücks beiträgt. Gegenüber einem Werkzeugsatz mit Einzelstufen, mit dem eine ebensolche Qualität erreichbar ist, kann mit der beschriebenen Anordnung die Anzahl der Stufen reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zudem durch ein Einrichtverfahren der oben genannten Gattung gelöst, wobei die Profilrollen verstellbar exzentrisch gelagert werden und in radialer Richtung relativ zur Drehachse der Profilrollen und zur Zentralachse verstellt werden, da die gesamte Umformung in einem einzigen Hub erfolgt. Somit kann insbesondere eine Reduzierung der Stufenanzahl eines Werkzeugsatzes erzielt werden.
Die Verstellung der Profilrollen in radialer Richtung ermöglicht eine Veränderung der Eingriffstiefe der Profilrollen in das Werkstück bei der Umformung. Dadurch kann auf das Bevorraten mehrerer Rollensätze und das Nacharbeiten der Profilrollen bei der Erprobung des Rollwerkzeugs verzichtet werden. Stattdessen kann auf die Blechqualität des Bauteils, das Aufsprungverhalten nach dem Rollen oder das „Atmen” des Aufnahmeringes während des Umformprozesses durch eine einfache radiale Verstellung der Profilrollen relativ zur Zentralachse der Umformvorrichtung, die durch deren exzentrische Lagerung ermöglicht wird, reagiert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Profilrollen in Verstellstufen verstellt. Durch die stufenweise Verstellung können die Profilrollen auf einfache und effektive Weise sukzessive in eine optimale Position relativ zur Zentralachse der Umformvorrichtung gebracht werden und ausgehend von dieser gegebenfalls zwischen oder nach den Verstellstufen noch nachbearbeitet, d. h. vorzugsweise nachgeschliffen, werden, bis der Umformvorgang zu einem maßhaltigen Werkstück führt. Damit ist der Einsatz der Profilrollen sehr lange möglich. Deren Ersatz ist erst erforderlich, wenn der gesamte Verstellweg ausgeschöpft ist.
Besonders günstig ist es, wenn die Profilrollen in einem Bereich von 0,05 mm bis 4 mm radial verstellt werden. Mit diesem Verstellbereich ist ein wesentlicher Bereich der abzudeckenden Toleranzen überbrückbar.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wirken mehrere übereinander angeordnete Profilrollensätze, deren Profilrollen mittels einer Exzenteranordnung relativ zur Drehachse der Profilrollen und zur Zentralachse radial verstellbar sind, nacheinander auf das Werkstück ein und führen den Umformvorgang aus. Hierdurch wird eine optimale Verteilung der Umformarbeit auf einzelne Rollenstufen erreicht, wobei bei jeder der Rollenstufen bei deren Erprobung beziehungsweise Einrichtung die Anzahl der insgesamt vorzuhaltenden Rollen reduziert sowie die Erprobungszeit verkürzt wird. Letztlich können damit die gesamten Werkzeugkosten verringert werden. Nach der erfolgreichen Erprobung mit Hilfe der Exzenterbuchsen wird dann ein Rollensatz gefertigt, der das bei der Erprobung festgestellte Maß aufweist und für den Serieneinsatz verwendet wird. Ist keine Erprobungsschleife notwendig, können auch die Erprobungsrollen weiter im Einsatz bleiben und es müssen keine Profilrollen mit dem Endmaß für die Serienfertigung hergestellt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand der Figuren, der Zeichnungen näher erläutert, wobei
1 schematisch eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Umformen zeigt;
2 schematisch eine Presse mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Umformen im eingebauten Zustand zeigt;
3 schematisch in perspektivischer und in geschnittener Seitenansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren Werkstücks als Rohling zeigt;
4 schematisch eine perspektivische und eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umgeformten Werkstücks zeigt;
5 schematisch eine geschnittene Draufsicht auf einen Teil einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren Profilrollensatzes mit Achslagerung in Eingriff mit einem Werkstück zeigt;
6 schematisch eine perspektivische Ansicht des Profilrollensatzes mit Achslagerung aus 5 mit Aufnahmeelementen, in Eingriff mit einem Werkstück zeigt;
7 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren Profilrollensatzes mit Achslagerung und ohne Aufnahmeelemente in Eingriff mit einem Werkstück zeigt;
8 schematisch eine geschnittene Draufsicht auf einen Teil einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren Profilrollensatzes mit Achslagerung im Detail zeigt;
9 schematisch eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß verwendbaren Exzenterbuchse mit Schmiernuten zeigt; und
10 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren Profilrollensatzes einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
1 zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Umformen einer Wand 3 eines in 3 beispielhaft gezeigten zylindrischen Werkstücks 2 zu einer in 4 gezeigten Innen- und Außenverzahnung 4. Die Vorrichtung 1 weist einen äußeren Teil 5 mit einem konzentrisch um eine Zentralachse 6 der Vorrichtung 1 angeordneten Profilrollensatz 7 auf, dessen Profilrollen 8 durch hier nicht gezeigte Aufnahmeelemente gelagert sind und Drehachsen 9 aufweisen, die quer zur Zentralachse 6 verlaufen. Ein innerer Teil 10 der Vorrichtung 1 ist als Dorn 25 mit zahnartig profilierter Außenkontur 32 ausgeführt. Der äußere Teil 5 und der innere Teil 10 der Vorrichtung 1 sind koaxial zueinander bewegbar ausgebildet.
Die Profilrollen 8 sind mittels einer Exzenteranordnung relativ zur Drehachse 9 der Profilrollen 8 und zur Zentralachse 6 radial verstellbar gelagert.
In 1 sind der äußere Teil 5 der Vorrichtung 1 im unteren Bereich der Figur und der innere Teil 10 der Vorrichtung 1 im oberen Bereich der Figur in Eingriff miteinander gezeigt. Zwischen beiden Teilen 5, 10 befindet sich während des Umformvorganges das Werkstück 2, dessen Wand 4 in der gezeigten Darstellung bereits durch die mit ihm in Eingriff stehenden Profilrollen 8 umgeformt ist.
Der äußere Teil 5 der Vorrichtung 1 weist ein Werkzeugaußenteil 36 auf, in dem die Elemente des äußeren Teils 5 aufgenommen sind. Dazu gehört ein Aufnahmering 38, in dessen Innendurchmesser die Profilrollen 8 gelagert sind und gegen den sie sich während des Umformvorgangs mittelbar abstützen. Der Aufnahmering 38 dient somit zur Fixierung des Profilrollensatzes 7 und zur Aufnahme der bei der Umformung entstehenden, von der Zentralachse 6 wegweisenden Kräfte. Um den im Aufnahmering 38 eingesetzten Profilrollensatz 7 gegen Herausfallen zu sichern, ist der Aufnahmering 38 mit einer Deckplatte 39 abgedeckt. Die Deckplatte 39 sichert die hier nicht dargestellten Aufnahmeelemente, die die Profilrollen 8 halten, gegen ein Herausrutschen nach oben, wozu es speziell beim Auswerfen des Werkstücks 2 kommen könnte. Zum Auswerfen des Werkstücks 2 dient ein Gegenhalter bzw. Auswerfer 40. Dieser wird beim Umformvorgang nach unten gedrückt und stößt nach dem Umformgang das zwischen den Profilrollen 8 eingeklemmte, umgeformte Werkstück 2 nach oben.
Jede der Profilrollen 8 weist eine Profilrollenachse 14 auf. Zwischen dieser und der Profilrolle 8 ist eine Exzenteranordnung in Form einer Exzenterbuchse 15 angeordnet. Die Exzenterbuchse 15 ist mit der Profilrollenachse 14 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel formschlüssig verbunden. In der Ausführungsform von 1 bilden die Profilrollenachsen 14 feststehende Elemente aus.
Der innere Teil 10 der Vorrichtung 1, der im oberen Bereich der 1 dargestellt ist, besteht aus einem Werkzeuginnenteil 35 und dem Dorn 25, die fest miteinander verbunden sind. Am unteren, zum Werkzeugaußenteil 36 hin orientierenden Teil des Dorns 25 weist diese eine Außenkontur 32 auf, die zahnartig ausgeführt ist. In die Zähne der Außenkontur 32 drücken beim Umformprozess die Profilrollen 8 die Wand 3 des Werkstücks 2, sodass nach der Umformung eine Innen- und Außenverzahnung 4 des Werkstücks 2 entsteht.
Vor dem Umformvorgang liegt das Werkstück 2 auf dem Gegenhalter 40, und der äußere Teil 5 und der innere Teil 10 der Vorrichtung 1, d. h. beim Schließen des Werkzeugs, taucht der Dorn 25 zuerst in das Werkstück 2 und überdrückt dabei den Gegenhalter 40. Das Werkstück 2 erfährt auf Höhe des Profilrollensatzes 7 eine Umformung, d. h. dort, erfolgt die Umformung der zylindrischen Wand 3 zur Innen- und Außenverzahnung 4.
2 zeigt schematisch in Seitenansicht eine Presse 12 mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, wie sie in 1 dargestellt ist, im in der Presse 12 eingebauten Zustand. Dabei ist der äußere Teil 5 der Vorrichtung 1 mit dem Werkzeugaußenteil 36 an einem Pressentisch 37 befestigt. Ein Pressenstößel 34 nimmt den inneren Teil 10 der Vorrichtung 1 auf, wobei der Werkzeuginnenteil 35 am Pressenstößel 34 befestigt ist. Die Ausrichtung des äußeren Teiles 5 und inneren Teiles 10 zueinander erfolgt in der Weise, dass sich beide Teile 5, 10 entlang der Zentralachse 6 der Vorrichtung 1 aufeinander zu bewegen und der Dorn 25 zwischen den Profilrollensatz 7 passt. Bei der Abwärtsbewegung des Pressenstößels 34 zum Pressentisch 37 hin erfolgt dann der Umformvorgang am dazwischen angeordneten Werkstück. Bei der Rückbewegung des Pressenstößels 34 in die Ausgangsstellung wird der Dorn 25 aus dem Bereich des Profilrollensatzes 7 entfernt und das Werkstück 2 wird durch den Gegenhalter/Auswerfer 40 in Entnahmeposition gebracht.
3 zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht eines Werkstücks 2 als Rohling, wie es in die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umformen, wie beispielsweise in die Vorrichtung 1 aus 1, eingelegt wird. Das Werkstück 2 weist eine dünne zylindrische Wand 3 auf und ist beispielsweise ein tiefgezogenes Blechteil, dessen Boden offen ist. Die zylindrische Wand 3 ist senkrecht zum Boden hin angeordnet und mit diesem über einen Radius verbunden. An der Innenfläche 41 des Zylinders des Werkstücks 2 wird dieses auf dem hier nicht dargestellten Dorn 25 der Vorrichtung 1 aufgenommen.
4 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung und eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 umgeformten Werkstücks 2. Das Werkstück 2 aus 3 ist dabei in seinem Zustand nach dem Umformvorgang als Formling dargestellt. Nach dem Umformen weist das Werkstück 2 eine Innen- und Außenverzahnung 4 auf. Die einzelnen Zähne der Innen- und Außenverzahnung 4 sind gleichartig über den Umfang des Werkstücks 2 verteilt und weisen in Längsrichtung des Zylinders ein durchgehend gleichmäßiges Profil auf. Derartige Werkstücke sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 durch Umformung in großer Stückzahl sehr effektiv herstellbar. Wie unten näher ausgeführt, wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 der Aufwand, der für die Herstellung des Werkzeugs erforderlich ist, sowie der Aufwand für die Einrichtung der Vorrichtung 1, um einen maßhaltigen Formling zu erhalten, enorm reduziert.
5 zeigt schematisch eine geschnittene Draufsicht auf einen Teil einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren Profilrollensatzes 7 mit Achslagerung in Eingriff mit dem Werkstück 2. Der Profilrollensatz 7 ist Teil des äußeren Teils 5 der beispielsweise in 1 gezeigten Vorrichtung 1. Die Profilrollen 8 sind im Eingriff mit der Innen- und Außenverzahnung 4 des Werkstücks 2 dargestellt, wobei die zur Zentralachse 6 der Vorrichtung 1 hin weisende Seite der Profilrollen 8 durch den Eingriff den Um formvorgang vornimmt. Die Profilrollen 8 sind dazu mit ihrer Zentralbohrung 26 auf den Exzenterbuchsen 15 gelagert. Die Exzenterbuchsen 15 bestehen aus einem geeigneten Lagermaterial, wie beispielsweise aus einer Bronze. Alternativ kommen als Material für die Exzenterbuchsen 15 jedoch auch andere Materialien, wie beispielsweise gehärteter Werkzeugstahl, in Betracht. Während bei einem Einsatz von Bronze ein herkömmliches Lagermaterial mit entsprechend guten Gleiteigenschaften zum Einsatz kommt, bringt der Einsatz von gehärtetem Werkzeugstahl als Lagermaterial für die Exzenterbuchsen 15 den Vorteil eines dauerhaften Einsatzes der Exzenterbuchse 15, während die ohnehin dem Verschleiß durch den Umformvorgang unterliegenden Profilrollen 8 mit ihrer Zentralbohrung 26 als der verschleißende Teil der Lagerpaarung fungieren. Damit wird der durch den Einsatz als Umformwerkzeug bedingten begrenzten Lebensdauer der Profilrollen 8 Rechnung getragen und der Verschleiß auf die Profilrolle 8 konzentriert.
Die Exzenterbuchsen 15 sitzen auf den Profilrollenachsen 14 und sind mit diesen drehfest verbunden. Daraus resultiert eine Lagerpaarung allein zwischen der Exzenterbuchse 15 und der Profilrolle 8, während zwischen der Profilrollenachse 14 und der Exzenterbuchse 15 keine Gleitreibung auftritt. Die Profilrollenachse 14 ist in einem Aufnahmeelement 13 gelagert und auch mit diesem drehfest verbunden. Das Aufnahmeelement 13 weist in der gezeigten Ausführungsform eine Keilform auf, wodurch sich beim Aneinander-anordnen der Aufnahmeelemente 13 eine konzentrische Anordnung des Profilrollensatzes 7 um die Zentralachse 6 der Vorrichtung 1 ergibt.
Der Profilrollensatz 7 ist in dem Aufnahmering 38 angeordnet. Der Aufnahmering 38 nimmt die Umformkräfte auf, die beim Eingriff der Profilrollen 8 in das Werkstück 2 auftreten. Die Umformkräfte werden über die Profilrollen 8, die Exzenterbuchsen 15, die Profilrollenachsen 14 und die Aufnahmeelemente 13 in den Aufnahmering 38 eingeleitet. Der Aufnahmering 38 ist seinerseits im hier nicht dargestellten Werkzeugaußenteil 36 gelagert und überträgt die Umformkräfte an den ebenfalls hier nicht dargestellten Pressentisch 37.
6 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Teils des in 5 gezeigten Profilrollensatzes 7 mit Achslagerung, dargestellt mit den Aufnahmeelementen 13, in Eingriff mit dem Werkstück 2. Die Innen- und Außenverzahnung 4 des Werkstücks 2 ist dabei bereits zahnartig geformt durch die umformende Wirkung der Profilrollen 8. Diese sitzen auf den Profilrollenachsen 14, gelagert durch die hier nicht sichtbaren Exzenterbuchsen. Die Profilrollenachsen 14 werden beidseits in Zentralbohrungen 26 von je einem Aufnahmeelement 13 drehfest gelagert. Die Profilrollenachsen 14 geben damit die von den Profilrollen 8 und der Exzenterbuchse 15 aufgenommenen Umformkräfte weiter an das Aufnahmeelement 13, welches die Umformkräfte an den Aufnahmering 38 des äußeren Teils 5 der Vorrichtung 1 weiterleitet.
Zur Schmierung des Lagersitzes zwischen Exzenterbuchse 15 und Profilrolle 18 und zur Sicherung eines verschleißarmen Betriebes der Profilrollen 8 ist zur Schmierung ein Schmierkanal 30 in den Aufnahmeelementen 13 vorgesehen, durch den Schmiermittel in einen hier nicht sichtbaren Schmiermittelspalt am Lagersitz gelangt.
7 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren Profilrollensatzes 7 mit Achslagerung, dargestellt ohne Aufnahmeelemente, in Eingriff mit dem Werkstück 2. Wie in den 5 und 6 sind die Profilrollen 8 im Eingriff mit dem Werkstück 2, dessen Wand zu einer Innen- und Außenverzahnung 4 umformend, dargestellt. In der Darstellung. von 7 ist aufgrund der hier nicht dargestellten Aufnahmeelemente der Bereich der Lagerung der Profilrollen 8 einsehbar.
Die Profilrollenachse 14, die sich an den nicht dargestellten Aufnahmeelementen abstützt, dient als Lagersitz für die als Exzenteranordnung dienende Exzenterbuchse 15. Die Exzenterbuchse 15 ist drehfest mit der Profilrollenachse 14 durch wenigstens ein Verbindungselement 24 verbunden. Als Verbindungselemente 24 werden in der gezeigten Ausführungsform Zylinderstifte eingesetzt, die in in der Profilrollenachse 14 und der Exzenterbuchse 15 vorgesehene Nuten 18, 29 eingreifen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Nuten 18, 29 an beiden zu verbindenden Elementen, der Profilrol-lenachse 14 und der Exzenterbuchse 15, als halbrunde Nuten ausgeführt. Alternativ können die Nuten 18, 29 auch mit anderem, beispielsweise rechteckigem Querschnitt ausgeführt und als Verbindungselement 24 beispielsweise eine Passfeder eingesetzt werden. Durch das Vorsehen mehrerer Nuten 18 in der Exzenterbuchse 15 können die Profilrollen 8 in vorteilhafter Weise in unterschiedlichen Winkelstellungen arretiert und damit in unterschiedlichen Abständen relativ zu der Zentralachse 6 der Vorrichtung 1 angeordnet werden. Dadurch kann die Eingriffstiefe der Profilrollen 8 in das Werkstück 2 variabel eingestellt werden, ohne die Profilrollen 8 austauschen zu müssen.
In einer alternativen Ausführungsform sind auf der Profilrollenachse 14 anstelle einer einzelnen Exzenterbuchse 15 mindestens zwei Exzenterbuchsen ineinander angeordnet. Dabei ist zusätzlich zur Exzenterbuchse 15 eine weitere Exzenterbuchse mit deutlich geringerer Exzentrizität vorgesehen. Diese ist entweder auf der Profilrollenachse 14 angeordnet oder in der Bohrung der Profilrolle 8. Beide Exzenterbuchsen sind drehfest gegeneinander verbunden. Das erfolgt bevorzugt durch Weitere Nuten, die in entsprechender Weise, wie die Nuten 18, 29 ausgeführt sind. Während die Exzenterbuchse 15 der Grobverstellung dient, wird mit der zusätzlichen Exzenterbuchse eine Feineinstellung realisiert. Beide Einstellvorgänge erfolgen nacheinander. Erst wenn die Grobeinstellung über die Exzenterbuchse 15 abgeschlossen und diese drehfest mit der Profilrollenachse 14 verbunden ist, wird der Einstellvorgang mit der zusätzlichen Exzenterbuchse durchgeführt.
Zur drehfesten Verbindung zwischen dem in 7 nicht dargestellten Aufnahmeelement und der Profilrollenachse 14 dient in der dargestellten Ausführungsform eine halbrunde Nut 29 in der Profilrollenachse 14 und eine weitere halbrunde Nut in der Bohrung des Aufnahmeelements. Anstelle einer einzelnen Nut ist jedoch auch vorgesehen, mehrere Nuten 29 in der Profilrollenachse 14 und/oder der Bohrung des nicht dargestellten Aufnahmeelements vorzusehen. Dadurch kann die Einstellbarkeit der Eingriffstiefe der Profilrollen 8 in das Werkstück 2 auf noch mehr Varianten erweitert werden. Zudem entsteht eine Redundanz, falls Nuten beschädigt werden.
Auf dem Umfang der Exzenterbuchse 15 befindet sich eine Gleitlagerfläche 16. Auf der Gleitlagerfläche 16 gleitet rotierend die Profilrolle 8 mit der Zylinderfläche ihrer Zentralbohrung. Zur Verminderung des Verschleißes und der Reibung an den sich berührenden Gleitflächen ist ein Schmierspalt 31 vorgesehen, in den über den Schmierkanal 30 ein Schmiermittel in den Lagerbereich eingebracht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Druckschmierung zum Einsatz kommt. Mittels einer Druckschmierung wird bereits nach einer Drehung von wenigen Grad ein Schmierfilm ausgebildet, der die Reibung herabsetzt und den Verschleiß mindert. Eine schnelle Herausbildung eines Schmierfilms ist insbesondere deshalb erforderlich, weil die Profilrollen 8 bereits nach geringer Drehung, wonach im Normalfall noch kein natürlicher Schmierfilm ausgebildet wäre, der vollen Belastung beim Umformvorgang ausgesetzt sind.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung können jedoch die Lagermaterialien so gewählt werden, dass eine externe Schmierung nicht erforderlich ist. Das kann beispielsweise durch selbstschmierende Sintermaterialien erfolgen, aus denen die Exzenterbuchse 15 gefertigt wird und die ein Schmiermittel in sich aufnehmen. Ebenso können Kunststoffe mit günstigen Gleiteigenschaften und hoher Festigkeit zum Einsatz kommen.
Die Exzenterbuchse 15 sitzt mit ihrem Innendurchmesser, dessen Mittelpunkt von dem des Außendurchmessers abweicht, auf der Profilrollenachse 14 auf, mit der sie drehfest verbunden ist. Die Abweichung der Kreismittelpunkte von Innenkreis und Außenkreis der Exzenterbuchse 15 kann beispielsweise 0,05 mm bis 4 mm, zum Beispiel 3 mm, betragen. In alternativen Ausführungsformen können jedoch auch andere Exzentrizitäten vorgesehen sein, die sich zwischen 4 mm und einem Wert bewegen, der der mittleren Wandstärke der Exzenterbuchse 15, abzüglich eines Millimeters Sicherheitswandstärke, entspricht. Kommt eine zweite Exzenterbuchse zum Einsatz, liegt deren bevorzugte Exzentrizität bei 0,2 mm.
Um die Profilrolle 8 relativ zur Zentralachse 6 der Vorrichtung 1 radial verstellen zu können, wird die Exzenterbuchse 15 auf der Profilrollenachse 14 verdreht und in einer geeigneten Position fixiert.
Die Fixierung kann erfolgen, wenn eine der Nuten 18 an der inneren Zylinderfläche 33 der Exzenterbuchse 15 der Nut 29 in der Profilrollenachse 14 gegenübersteht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dazu eine Nut 29 am Außenzylinder der Profilrollenachse 14 angeordnet. In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung können jedoch auch mehr als eine Nut 29 vorgesehen sein. Nachdem die Nut 29 und eine der Nuten 18 in eine gegenüberliegende Stellung gebracht worden sind, wird ein Verbindungselement 24 eingebracht, das beide Nuten 18 und 29 formschlüssig miteinander verbindet. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Nuten 18 und 29 halbrund, sodass sich, wenn beide Nuten 18, 29 nebeneinander stehen, ein zylindrischer Sitz ergibt. In diesen Sitz wird als Verbindungselement 24 ein Zylinderstift eingebracht, der die drehfeste, formschlüssige Verbindung herstellt. In alternativen Ausgestaltungen kann jedoch anstelle des Zylinderstiftes als Verbindungselement 24 eine Passfeder eingesetzt werden, die ihrerseits Nuten 18 und 29 mit beispielsweise rechteckigem Querschnitt erfordert. Für eine radiale Verstellung der Profilrollen 8 ist nun allein eine Verstellung der Exzenteranordnung erforderlich, die im Entfernen des Verbindungselements 24, des Zylinderstifts, und dem Verdrehen der Exzenterbuchse 15 auf der Profilrollenachse 14 besteht.
Daraus resultiert der Vorteil, dass die Eingriffstiefe der Profilrollen 8 in die Wand 4 des Werkstücks 2 nicht mehr, wie im Stand der Technik, durch ein Auswechseln oder spanendes Bearbeiten der Profilrollen 8 oder eine aufwendige, ungenaue Verstellung mittels Keilen erfolgen muss, sondern durch ein Verstellen der Exzenterbuchse 15 im vorgesehenen Umfang erfolgen kann. Eine Verstellung erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 4 mm. Durch den Einsatz der Exzenterbuchse 15 ist somit der Einstellvorgang bei Aufnahme einer neuen Serie des Werkstücks 2 deutlich schneller, einfacher, kostengünstiger und mit geringerem Materialeinsatz realisierbar.
Insbesondere bei sehr starken Verformungen der Wand 3 des Werkstücks 2 und wenn diese mit kleinen Radien und hohen Materialbelastungen des Werkstücks 2 verbunden sind, kann erfindungsgemäß ein mehrstufiges Umformverfahren eingesetzt werden. Dazu werden im Interesse der Verringerung der Anzahl separat ausgeführter Werkzeuge für die einzenen Umformstufen in dem äußeren Teil 5 der Vorrichtung 1 mehrere Profilrollensätze 7 übereinander angeordnet. Dabei wirkt jeder der Profilrollensätze 7 auf das Werkstück 2 ein, sodass die Innen- und Außenverzahnung 4 nach Passieren aller Umformstufen in einem Hub die letztlich geforderte Form aufweist. Dazu wird das Werkstück 2 von dem Dorn 25, der die Negativform bereits aufweist, vom Pressenstößel geführt, durch die Profilrollensätze 7 hindurchgeführt.
8 zeigt schematisch eine geschnittene Draufsicht auf einen Teil einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren Profilrollensatzes 7 mit Achslagerung im Detail und im Eingriff mit dem Werkstück 2. Die Kontur der Profilrollen 8, die am Innenkreis der koaxialen Anordnung des Profilrollensatzes 7 dicht aneinander liegend ein Zahnprofil ausbilden, formt dabei die Innen- und Außenverzahnung 4 des Werkstücks 2. Jede Profilrolle 8 sitzt dabei mit ihrer Zentralbohrung auf einer Gleitlagerfläche 16 der Exzenterbuchse 15 auf. Zwischen beiden bildet sich der Schmierspalt 31 auf dem Lagersitz. Die Exzenterbuchse 15 sitzt mit ihrer inneren Zylinderfläche 33, die dem Innenzylinder ihrer Bohrung entspricht, auf der Lagerfläche 20, die dem Außenzylinder der Profilrollenachse 14 entspricht. Die weitere Übertragung der Umformkräfte erfolgt von der Profilrollenachse 14 auf die Bohrungswand 27 der Zentralbohrung 26 im Aufnahmeelement 13. Jeweils zwei Aufnahmeelemente 13 stützen eine Profilrolle 8, indem sie die Profilrollenachse 14 in ihren Zentralbohrungen 26 aufnehmen. Dadurch erfolgt die Kraftübertragung auf den Aufnahmering 38.
9 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß verwendbaren Exzenterbuchse 15 mit Schmiernuten 43. Die Exzenterbuchse 15 sitzt drehfest auf der Profilrollenachse 14 und ist durch ein Verbindungselement 24 formschlüssig mit dieser verbunden. Für die drehende Lagerung der Profilrolle 8, wie sie beispielsweise in 8 dargestellt ist, auf der Exzenterbuchse 15 weist diese am Umfang 41 eine Gleitlagerfläche 16 auf. Zwischen dieser Gleitlagerfläche 16 und dem Zylinder der Zentralbohrung der Profilrolle 8 bildet sich ein in 8 gezeigter Schmierspalt 31 aus. Um den Schmierspalt 31 schnell und in voller Breite mit Schmiermittel zu versorgen, sind auf dem Umfang 41 Schmiernuten 43 angeordnet. Mindestens eine dieser Schmiernuten 43 steht bei jeder Stellung der Exzenterbuchse 15 in Verbindung mit dem Schmierkanal 30. Der Schmierkanal 30 besteht dazu aus mehreren Abschnitten. Ein Abschnitt befindet sich im Aufnahmeelement 13. Daran schließt sich ein radial ausgebildeter Bereich des Schmierkanals 30 an, der parallel zum Schmierspalt 31 verläuft. Der radial verlaufende Teil des Schmierkanals 30 ist so ausgeführt, dass er mindestens eine Schmiernut 43 erreicht und mit Schmiermittel versorgt.
10 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß verwendbaren Profilrollensatzes 7 einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1' zum Umformen. In der Vorrichtung 1' wird für die Lagerung der Profilrollen 8 anstelle der in 1 gezeigten Achslagerung eine Außenlagerung mit dazugehörigen feststehenden Aufnahmeelementen 23 verwendet. Da die weiteren Elemente der Vorrichtung 1' ähnlich bzw. gleich den entsprechenden Elementen der Vorrichtung 1 sind, wird bezüglich dieser auf vorstehende Ausführungen verwiesen.
Der Profilrollensatz 7 gehört zu einem äußeren Teil 5 der Vorrichtung 1'. Die Lagerung der Profilrollen 8 erfolgt an deren Mantelfläche durch in Innenbohrungen von konzentrisch um die Zentralachse 6 der Vorrichtung 1' angeordneten Aufnahmeelementen 23 vorgesehene Exzenterbuchsen 22. Die Exzenterbuchsen 22 weisen an ihrer inneren Mantelfläche entlang eines Umfangs 42 eine dem Außenprofil der Profilrollen 8 entsprechende Kontur auf. Dadurch werden die Profilrollen 8 in vorteilhafter Weise und ohne weitere Sicherungsmaßnahmen in den Exzenterbuchsen 22 gehalten.
Die Lagerung der Profilrollen 8 erfolgt, bedingt durch den großen Innendurchmesser der Exzenterbuchsen 22, auf einer sehr großen Fläche, sodass die im Lager auftretenden Kräfte und damit auch der Verschleiß vermindert werden. Zur weiteren Verminderung des Verschleißes und der Verbesserung der Gleiteigenschaften im Lagerbereich ist ein Schmierkanal 30 vorgesehen, der ein Schmiermittel zu einem Schmierspalt 31 zwischen Profilrolle 8 und Exzenterbuchse 22 fördert.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Druckschmierung vorgesehen, bei der das Schmiermittel unter Druck zum Schmierspalt 31 geführt wird.
Durch die Druckschmierung kann besonders schnell ein Schmierfilm ausgebildet werden. Dieses ist insbesondere bei der Außenlagerung erforderlich, da hier kein ringförmig geschlossener Schmierspalt 31 vorhanden ist und eine natürliche Ausbildung eines Schmierfilms dadurch nicht möglich oder erschwert ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Schmiereinrichtung sind am Umfang 42 der Exzenterbuchse 22 hier nicht dargestellte Schmiernuten vorgesehen, durch die eine schnelle Verteilung des Schmiermittels über die Breite des Lagersitzes hinweg erfolgt. Die Schmiernuten sind mit dem Schmierkanal 30 verbunden. Das Zusammenwirken von Schmierkanal 30, Schmiernut und Schmierspalt 31 erfolgt analog zur Beschreibung zu 10. Gleichwohl ist in einer alternativen Ausführungsform vorgesehen, auf eine externe Schmierung zu verzichten und stattdessen Materialien einzusetzen, die selbst eine Schmierwirkung aufweisen. Das können neben Schmiermittel adsorbierenden Sinterwerkstoffen auch spezielle Kunststoffe oder auch andere Materialien sein.
Der Mittelpunkt des Innenkreises der Exzenterbuchse 22 weicht vom Mittelpunkt des Außenkreises ab. Die Abweichung kann zwischen 0,05 mm und 4 mm, vorzugsweise 3 mm, betragen.
Die Exzenterbuchse 22 ist in der gezeigten Ausführungsform geteilt und besteht damit aus zwei einzelnen Lagerschalen. Dieses ist zwingend für die Montage der Exzenterbuchse 22 um den Umfang der Profilrolle 8. Die Exzenterbuchse 22 und Profilrolle 8 werden dann gemeinsam in die Bohrung des Aufnahmeelements 23, die eine Lagerfläche 21 bildet, geschoben. Auf der Lagerfläche 21, die der Lagerfläche 19 der Exzenterbuchse 22 gegenübersteht, wird die Exzenterbuchse 22 gegen Verdrehen gesichert, indem ein Verbindungselement 24 in die einander gegenüber eingestellten Nuten 17 und 18 von Exzenterbuchse 22 und Aufnahmeelement 23 geschoben wird. Dabei befindet sich die Nut 17 im Aufnahmeelement 23 und die Nut 18 in der Exzenterbuchse 22.
In der dargestellten Ausführungsform ist jede der Nuten 17, 18 als halbrunde Nut ausgeführt, sodass diese dann, wenn sie einander gegenüber stehen, einen Hohlzylinder bilden. In diesen Hohlzylinder wird ein Zylinderstift geschoben, der als Verbindungselement 24 dient. In alternativen Ausführungsformen können anstelle des Zylinderstiftes andere Verbindungselemente 24 zum Einsatz kommen. In einer der weiteren Ausführungsformen ist dazu eine Passfeder vorgesehen, die das Verbindungselement 24 bildet und in Passfedernuten mit rechteckigem Querschnitt, als die die Nuten 17, 18 ausgeführt sind, eingefügt wird. Ist eine radiale Verstellung der Profilrollen 8 vorgesehen, wird eine andere der Nuten 18 der Nut 17 gegenübergestellt und mit dem Zylinderstift gegen Verdrehen gesichert.
Da sich die Exzenterbuchse 22 aus zwei Lagerschalen zusammensetzt, werden beide Lagerschalen einzeln gesichert. In einer alternativen Ausführungsform sind im Aufnahmeelement 23 an deren Lagerfläche 21 mehrere Nuten 17 vorgesehen, sodass sich die Variabilität des Verstellens der Exzenterbuchse 22 noch weiter erhöht.
Soll die jeweilige Profilrolle 8 relativ zu der Zentralachse 6 der Vorrichtung 1' verstellt werden, wird die Fixierung gelöst und die Exzenterbuchse 22 so relativ zu dem Aufnahmeelement 23 verdreht, dass eine andere Nut 18 der Nut 17 gegenübersteht, in welcher Position wiederum eine Arretierung erfolgt. So kann in Abhängigkeit der Ausbildung der Exzenterbuchse 22 und der Anzahl und Anordnung der Nuten 17, 18 eine variable Verstellung der Profilrolle 8 relativ zu der Zentralachse 6 vorgenommen und damit der Relativabstand zwischen Profilrolle 8 und Zentralachse 6 und damit die Eingriffstiefe der Profilrolle 8 in das Werkstück 2 geändert werden.
Analog zur Darstellung in der Beschreibung zu 7 können hierbei mindestens zwei Exzenterbuchsen mit bevorzugt unterschiedlicher Exzentrizität zum Einsatz kommen, um die Verstellgenauigkeit zu erhöhen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2017709 [0008]
DE 102007063361 A1 [0009]

Claims

Vorrichtung (1, 1') zum Umformen einer Innen- und Außenverzahnung (4) in ein zylindrisches Werkstück (2), wobei ein äußerer Teil (5) der Vorrichtung (1, 1') einen konzentrisch um eine Zentralachse (6) angeordneten Profilrollensatz (7) aufweist, dessen Profilrollen (8) durch Aufnahmeelemente (13, 23) gelagert sind und Drehachsen (9) aufweisen, die quer zur Zentralachse (6) verlaufen, wobei ein innerer Teil (10) der Vorrichtung (1, 1') als Dorn (25) mit zahnartig profilierter Außenkontur (32) ausgeführt ist, und wobei der äußere Teil (5) und der innere Teil (10) der Vorrichtung (1, 1') koaxial zueinander bewegbar ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilrollen (8) mittels einer Exzenteranordnung relativ zur Drehachse (9) der Profilrollen (8) und zur Zentralachse (6) radial verstellbar gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenteranordnung als zwischen Profilrollenachsen (14), die in den Aufnahmeelementen (13) gelagert sind und feststehende Elemente bilden, und den Profilrollen (8), die drehbewegliche Elemente bilden, angeordnete Exzenterbuchsen (15) ausgeführt ist und die Profilrollen (8) auf Gleitlagerflächen (16) an den Außendurchmessern der Exzenterbuchsen (15) drehbar gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenteranordnung als in Aufnahmeelementen (23), die feststehende Elemente bilden, angeordnete Exzenterbuchsen (22) ausgeführt ist, die die Profilrollen (8), die drehbewegliche Elemente bilden, teilweise umschließen und dabei deren Außenlagerung bilden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterbuchsen (15, 22) mit den feststehenden Elementen jeweils durch mindestens eine längs zur Drehachse (9) der Profilrollen (8) vorgesehene Nut (17, 18) an einander gegenüberliegenden Lagerflächen (19, 20, 21, 33) der Exzenterbuchsen (15, 22) und der feststehenden Elemente, in die ein Verbindungselement (24) eingesetzt ist, formschlüssig verbunden und gegen Verdrehen gesichert sind, wobei die Exzenterbuchsen (15, 22) und/oder die feststehenden Elemente mehrere an unterschiedlichen Positionen vorgesehene Nuten (17) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenteranordnung wenigstens zwei ineinander angeordnete Exzenterbuchsen aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2, 4, oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilrollen (8) jeweils zwischen zwei keilförmigen Aufnahmeelementen (13) gelagert sind, wobei jedes Aufnahmeelement (13) eine Bohrung (26) zur Aufnahme der Profilrollenachse (14) aufweist, und wobei die keilförmigen Aufnahmeelemente (13) in einer Bohrungswand (27) wenigstens eine längs zur Bohrung (26) verlaufende Nut (28) aufweisen, die Profilrollenachsen (14) jeweils wenigstens eine längs zu ihrer Achse verlaufende Nut (29) aufweisen, beide Nuten (28, 29) einander gegenüber angeordnet und durch ein Verbindungselement (24) formschlüssig miteinander verbunden und dadurch die Profilrollenachsen (14) gegen Verdrehen gesichert sind.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe Verbindungselement (24) sowohl zur formschlüssigen Verbindung von der Exzenterbuchse (15) und der Profilrollenachse (14) als auch von dem Aufnahmeelement (13) und der Profilrollenachse (14) dient.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils gegenüberliegende Nuten (17, 18, 28, 29) in der Exzenterbuchse (15, 22), der Profilrollenachse (14) und/oder dem Aufnahmeelement (13, 23) als halbrunde Nuten ausgeführt sind und als Verbindungselement (24) ein Zylinderstift vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in in den Aufnahmeelementen (13, 23) ein Schmierkanal (30) vorgesehen ist, der zu einem Schmierspalt (31) zwischen Profilrolle (8) und Exzenterbuchse (15, 22) führt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterbuchse (15, 22) mehrere am Umfang (41, 42) verteilte Schmiernuten (43) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilrollen (8) in einem Bereich von 0,05 mm bis 4 mm radial verstellbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 1') mehrere übereinander angeordnete Profilrollensätze (7) aufweist, deren Profilrollen (8) mittels einer Exzenteranordnung relativ zur Drehachse (9) der Profilrollen (8) und zur Zentralachse (6) radial verstellbar gelagert sind.
Einrichtverfahren für eine Vorrichtung (1, 1') zum Einbringen einer Innen- und Außenverzahnung (4) in ein zylindrisches Werkstück (2), wobei ein äußerer Teil (5) der Vorrichtung (1, 1') einen konzentrisch um eine Zentralachse (6) angeordneten Profilrollensatz (7) umfasst, dessen Profilrollen (8) durch Aufnahmeelemente (13, 23) gelagert sind und Drehachsen (9) aufweisen, die quer zur Zentralachse (6) verlaufen, wobei ein innerer Teil (10) der Vorrichtung (1, 1') als Dorn (25) mit zahnartig profilierter Außenkontur (32) ausgeführt ist, und wobei der äußere Teil (5) und der innere Teil (10) der Vorrichtung (1, 1') koaxial zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilrollen (8) verstellbar exzentrisch gelagert werden und in radialer Richtung relativ zur Drehachse (9) der Profilrollen (8) und zur Zentralachse (6) verstellt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilrollen (8) in Verstellstufen verstellt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilrollen (8) zwischen oder nach den Verstellstufen nachgeschliffen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch, gekennzeichnet, dass die Profilrollen (8) in einem Bereich von 0,05 mm bis 4 mm radial verstellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere übereinander angeordnete Profilrollensätze (7), deren Profilrollen (8) mittels einer Exzenteranordnung relativ zur Drehachse (9) der Profilrollen (8) und zur Zentralachse (6) radial verstellbar sind, nacheinander auf das Werkstück (2) einwirken und den Umformvorgang ausführen.