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Bez.: Verfahren zur Herstellung von lobulären Einsatzstücken
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mit Innen- und Außengewinde
Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur wirtschaftlichen K.rstellung von lobularen Einsatzstücken mit
vorzugsweise selbstschneidenke Innen- und Außengewinde und zeichnet sich besonders
aus durch eine neuartige Anwendung eines Walzenformepperates in einer Ausführung
mit zwei zylindrischen angetriebenen Gwindeschn id; backen kombiniert mit einem
gestreckten handelsüblichen Material mit lobulörem Sonderprofil, worauf eine Vielzahl
von Inkrementen mit Außengewinde erzeugt werden soll, die in Längsrichtung voneinander
im Abstand angeordnet sind und anschließend gebohrt, eingeschnitten und vom Ausgangsmaterial
getrennt werden können.
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Die Erfindung befaßt sich mit der Formgebung von Einsatzgliedern,
insbesondere mit solchen ohne KopfstUck, die innen und außen Go winde aufweisen,
wobei diese Einsatzglieder kein zylindrisches, sondern ein lobuläres Profil aufweisen.
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Für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ist es hilfreich zu
beachten, daß die Montage eines Einsatzglieds mit selbstschneiendes Gewinde die
Aufbringung eines beträchtlichen Antriebsdr hmoments erfordert. Auf dem Gebiet der
selbstschneidenden Schrauben ist es bekannt, anstelle des üblichen zylindrischen
Materials solches mit einem lobulären Querschnitt (wobei Abschnitte, die weiter
von der Längsachse entfernt sind, durch solche, die der Längsachse naher sind, getrennt
werden) zu verwenden.
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Solche Einsätze vermitteln nach der Montage am Arbeitsstück eine Haltekraft,
die fast derjenigen eines zylindrischen Einsatzes gleichkommt, jedoch mit wesentlich
niedrigerem Drehmoment, vermindertem Späneanfall usw. erzielbar ist.
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Beispielsweise wird in der US-PS 3,195,156 eine selbstschneidende
Gevindevorrichtung lobulären Querschnitts beschrieben, die einen Antriebskopf zur
Betätigung durch einen Schraubenzieher, eine Spannvorrichtung o. dgl. besitzt, um
damit das nötige Drehmoment zu übertragen. Die vorgenannte US-PS beschreibt Verfahren
zur Herstellung von Außengewinde auf einem lobulär geformten Ausgangsmaterial, wobei
der Schaftteil des Ausgangsmaterials zwischen einem Paar flocher oder gebogener
Gewindeschneidbacken eingefügt wird, die zu gleicher Zeit ein Außengewinde auf die
ganze Lange des Ausgangsstücks aufbringen.
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Das bekannte Verfahren setzt voraus, daß das Ausgangsstück einen Kopf
besitzt, dessen verborgene Oberfläche als Führung dienen muB, um das Stück während
des Gewindeschneidens in seiner Lage zu halten. Das Ergebnis ist, daß dieses Verfahren
zwar nützlich zur Herstellung von selbstgewindeschneidenden Teilen mit Kopfstück,
wie Schrauben u. dgl.,ist, jedoch unpraktisch für die Herstellung von selbstgewindeschneidenden
teilen ohne Kopf, wie beispielsweise EinsatzatUcke, ist.
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Es ist natürlich möglich, ein am Kopf festgehaltenes Stück, das nach
dem vorgenannten Verfahren hergestellt wurde, zu benutzen und später den Kopf abzutrennen,
ein inneres Loch zu bohren und dieses mit Gewinde zu versehen, um daraus einen Einsatz
herzustellen. Es ist aber offensichtlich, daß durch ein solches Vorgehen Material
verschwendet wird und, was noch bedeutender ist, daß ein solches Verfahren die Notwendigkeit
mit sich bringt, die an den einzelnen Werkstücken folgenden Arbeitsgänge auszusetzen,
was die Handhabung entsprechend erschwert. Die folge ist, daß die
komplizierten
und aufwendigen Arbeitsgänge bei der Herstellung lobulärer Einsatzstücke gemäß den
bisher bekannten Methoden dazu geführt haben, daß die im Handel verfvgbaren Einsatzstücke
fast ausschließlich zylindrisch ausgeführt sind, da solche Einsätze leicht unter
Anwendung üblicher Verfahren hergestellt werden können.
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Es ist daher, trotz der bekannten Vorzüge derlobulären Ausbildung
und trotz der Verfugbarkeit verschiedener entsprechender Ausführungen mit Kopfstück,
praktisch nicht möglich, lobuläre Einsdtze ohne Kopfstück im Handel zu erhalten.
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Die vorliegende Erfindung kann daher zusammenfassend als ein Verfahren
zur wirtschaftlichen Herstellung selbstgewindeschneidender lobulärer Einsätze ohne
Kopfstück bezeichnet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht kurz beschrieben in der Formung
einer gestreckten Stange oder eines gestreckten Stabs in eine gewünschte Gestalt
lobulären Querschnitts, wobei auf der so geformten Stange eine Vielzahl von über
die Länge voneinander entfernten abgerundeten oder abgeschrägten Abschnitten entsteht,
und zwar durch rundlaufende oder schraubenförmige Bewegung der Stange, wobei diese
Bewegung die Seitenflächen der Stange zur FUhrung benutzt, um lobuldre Abrundungen
zu erzeugen, welche sanfte Fortsetzungen des äußeren lobularen Profils bilden, und
die so geformte abgeschrägte Stange fortlaufend durch eine Ubliche Zweibackenwalzmaschine
weiterbewegt, so daß die Stange bei der Vorwärtsbewegung einen schraubenförmigen
Weg nimmt, wobei sie auf die Peripherieteile der Stange und auf die angrenzenden
abgeschrägten Abschnitte ein Gewinde erhält.
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Die so hergestellte gestreckte Stange mit Außengewinde kann auf herkömmliche
Weise mit Hilfe einer Fassondrehbank weiterbearbeitet werden, welche Inkremente
der Stange bohrt, die gebohrten Inkremente mit Gewinde versieht und danach die Inkremente
mit Gewindebohrung von der Stange abtrennt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren macht es erstmals möglich, auf wirtschaftliche
Art Einsatzstbcke ohne Kopf mit lobulören äußeren Schneideflächen herzustellen,
wobei die Gestaltung der Einsötze nur ein Minimum an Abfall erzeugt und keine anderen
Maschinen als die üblichen Walzenform- und Gewindeschneidmaschinen benötigt.
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Zusätzlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren erstmals, dß
die äußeren lobulären Flachen der Einsatze bearbeitet werden, wshrend das Material,
aus dem die Einsätze herzustellen sind, noch ganz ist, so daß die üblichen Bohr-
und Gewindeschneidvorgönge am ganzen Stück ausgeführt werden können und die einzelnen
Einsätze erst abgetrennt werden, wenn sie fertig sind, wodurch die Herstellung gleichfalls
wesentlich vereinfacht wird.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Ver
fahrens der vorbeschriebenen Art, nach dem eine betröchtliche Länge eines Materials
auf einer äußeren Fläche in die gewunschte lobuläre Form gebracht und mit Außengewinde
versehen werden kanne so daß die inneren Bohr- und Gewindeschneidvorgönge nacheinander
ausgeführt werden können, nachdem die äußere Fläche fertig ist, wo bei die einzelnen
Inkremente nicht vom Ganzen getrennt werden, b vor das Bohren und Gewindeschneiden
durchgeführt sind.
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Um die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens und sein. Vorzüge,
die damit erzielbar sind, zu verdeutlichen, wird auf das in der Zeichnung dargestellt.
Ausführungsbeispiel verwiesen. Darin zeigen: Fig. 1 und 2 eine Seitenansicht bzw.
einen Querschnitt eines handelsüblichen Materials nach dem ersten Arbeitsgang; Fig.
3 und 4 eine Seitenansicht bzw. einen Querschnitt nach dem zweiten Arbeitsgang;
Fig. 5 und 6 eine Seitenansicht bzw. einen Querschnitt des Materials nach Fertigstellung
des Außengewind.s; Fig. 7 und 8 eine Seitenansicht bzw. eine Stirnansicht des fertigen
Einsotzstücks; Fig. 9 bis 12 schematische Darstellungen und Ansichten des Ausgangsmaterials
im Vorgang des Abschrögens und der Aufbringung des Außengewindes sowie fortschreitend
die Folge der Positionen, welche das Material im Laufe der Herstellung innimmt,
Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Länge des Ausgangsmaterials 10, das, wie am besten
aus Fig. 2 ersichtlich, auf irgendeine beliebige Weise, beispielsweise durch Ziehen,
ein lobulöres Profil erhalten hat.
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Die besondere form des Querschnitts ist entscheidend fUr den Erfolg
zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und erfordert eine Anzahl von Loben,
die größer als 1, aber ungerade ist, wie z. B. 3, 5, 7, 9 usw. Außerdem muß die
Breite des geformten Ausgangsmaterials, gemessen zwischen zwei parallelen Ebenen,
die an gegenüberliegenden Flächen anliegen, konstant sein, So muß die Breite, dargestellt
durch eine Linie Zwischen den gegenüberliegenden Flächen P, P der durch eine Linie
W' zwischen zwei beliebigen anderen Flächen P', P' gleichen, welche gegenüberliegende
Flachen des Materials berühren (Fig. 2). Wenn das Ausgangsmaterial so geformt ist,
ist es möglich, dieses für die weiter beschriebenen Formgebungsschritte zu bearbeiten
einschließlich der Bildung von lobulären Abrundungen oder Abschrägungen an Stellen,
die in der Länge einen gewissen Abstand haben, wobei sich Gewindegänge auf den äußeren
Flächen des Materials mit Hilfe einer im wesentlichen normalen spitzenlosen Zweibackenwalzmaschine
mit einem Paar angetriebener Schneidbacken anbringen lassen.
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Soweit bekannt wurden Walzmaschinen der erwähnten Art und wie sie
später noch eingehender beschrieben werden spitzenlos niemals anders als fUr Rundmaterial
eingesetzt. Ganz unerwartet wurde gefunden, daß eine Walze, wie beschrieben, bei
Benutzung in Verbindung mit lobulärem Material in der Lage ist, Schrägen und Gewindegänge
zu formen, wobei eine ganze Länge des Ausgangsmaterials in einem Walzvorgang mit
Abschrägungen und Außengewinde versehen werden kann, wobei die Abschrägungen und
das Gewinde das lobuläre Profil des Ausgangsmaterials beibehalten.
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Im einzelnen wurde gefunden, daß Walzen mit zwei zylindrischen angetriebenen
Schneidbacken mit festem Abstand sich in die Peripherieflächen
von
lobulärem Material der bereits beschriebenen Art einarbeiten und dieses zwischen
den Walzenbackenflächen in einer Schraubenlinie vorwärtsbewegen können, wobei sich
die Schraubenlinie durch das Ineinandergreifen von Schneidbackenflächen und Abschnitten
der Peripherieflächen des Ausgangsmaterials ergibt und wobei die Abschrägungen und
die Außenflächen des Ausgangsmaterials in gesonderten und getrennten Walzvorgängen
bearbeitet werden und das Gewinde und die Abschrägungen das lobuläre Profil beibehalten.
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Wenn im Gegensatz dazu die Achse des Ausgangsmaterials während des
Arbeitsfortschritts auf einer festen Linie gehalten würde, wie es bei Walzenaggregaten,
die zylindrisches Material bearbeiten, der Fall ist, würde das Material deformiert
und weitgehend auf ein zylindrisches Profil zurückgeführt werden und der Vorteil
eines lobulären im Gegensatz zum zylindrischen Einsatzes wUrde im wesentlichen verloren
sein.
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Es ist wichtig, nochmals zu betonen, daß die Vorteile, ein gestrecktes
Ausgangsmaterial so zu bearbeiten, daß Abschrägungen und Außengewinde entstehen,
nur erzielt werden können, wenn das Ausgangsmaterial ein lobuläres Profil hat, wie
hier beschrieben, d. h.
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eine konstante Breite wo immer gemessen.
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Als erster Schritt bei der Herstellung wird eine Länge eines Standardmaterials,
vorzugsweise rundes Material, beispielsweise durch Ziehen bearbeitet, um das beschriebene
lobuläre Profil zu erhalten (Fig. 1 u. 2). Dieses lobuläre Material wird dann weiter
so bearbeitet, daß eine Reihe von in Abständen angeordneten
Abrundungen
oder Abschrägungen 11 entsteht, welche, wie in Fig. 4 zu ersehen ist, eine genaue
Nachbildung des lobulären Profils des Ausgangsmaterials darstellen.
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Die Abrundungen oder Abschrägungen 11 werden dadurch hergestellt,
daß das Ausgangsmaterial 10 durch ein sich gegenuberstehendes Walzenpaar einer Ublichen
zylindrischen Zweibackenwalzmaschine geführt wird.
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Ein Beispiel für eine passende Walzmaschine ohne Beschränkung auf
diese ist die Walzmaschine der Kinefac Corp., Worcester, Massachusettes, mit der
eingetragenen Markenbezeichnung MC-5-F. Die Walzenformeinrichtung und die Schneidbacken
dieser Walzmaschine sind im Katalog der Herstellerin genau beschrieben.
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Kurz beschrieben besteht die Walzeinrichtung zur Formung der Abschrägungen
11 aus einem Paar zylindrischer Walzen, die in der gleichen Richtung angetrieben
werden. Die besondere Anordnung der Ausrichtung der Walzen kann von Fall zu Fall
verändert werden. Um beispielsweise die Abschrägung gemäß Fig. 4 herzustellen, können
die Walzen in einer fortlaufend konvergierenden Ausrichtung angeordnet werden, wobei
die Achsen in der gleichen Ebene liegen. Mit der erwähnten Walzentype kann auf der
Oberflache der Walzen ein schneckenförmiger erhabener Randwulst geformt werden.
An dem Punkt, an dem die Walzen am nächsten herangekommen sind, halten sie mit ihren
stärkeren Abschnitten einen Abstand, welcher der Breite W des lobulären Grundmaterials
entspricht.
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Die Abschrägung an der äußeren Fldche des Grundmaterials wird
durch
eine erhabene Randwulstform geschaffen, die an der äußersten Fläche der Walzenbacken
und über diese hinaus angeordnet ist, wobei der Abstand der erhabenen Randwulstabschnitte
am Punkt der größten Annäherung der Schneidbacken der Abmessung 12 entspricht (siehe
Linie in Fig. 4). Da die Walzeinrichtung zur Formung der Abschrägungen oder Abrundungen
11 und ;ur Bildung des Außengewindes 13 im wesentlichen auf dem gleichen Prinzip
beruht, wird eine Beschreibung des Arbeitsgangs zur Gestaltung der Abschrägung genU-gen,
um auch den Vorgang der Gewindebildung zu verstehen, welcher in einem Zweizylinderwalzwerk,
welches im wesentlichen das gleiche ist, ausgeführt wird. In diesem Falle ist dann
''e e Oberfläche der zylindrischen Walzenschneidbacken so geformt, daß sie auf das
Grundmaterial Gewindegänge statt Abschrägungen und Abrundungen aufbringen.
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Bei näherer Betrachtung der Fig. 9 bis 12 erkennt man ein Paar zylindrischer
Walzenbacken 15, 16, die wie üblich in Längsrichtung gestreckt und ausgerichtet
sind und deren Drehachsen 17, 18 gegeneinander gestellt ausgerichtet sind. Die Schneidbacken
werden in Richtung der Pfeile 19, 20 angetrieben. Jede der gezeigten Figuren stellt
jeweils die Position der Teile nach einer Drehbewegung von 900 des Grundmaterials
dar, so daß also eine komplette Umdrehung dargestellt ist.
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Das Grundmaterial 10 wird zur Führung auf einem Rollenklotz oder einer
Walze 21 gelagert. Die Darstellungen in den Fig. 9 bis 12 zeigen die Apparatur am
Punkt der größten Annäherung der Schneidbacken 15, 16.
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Es ist ersichtlich, daß die Tragfläche 21 so ausgerichtet ist, daß
eine Linie zwischen den Achsen 17, 18 der Backen in einem senkrechten Abstand von
der tragfläche angeordnet ist, der größer als die halbe Breite, aber kleiner als
die ganze Breite des Grundmaterials ist.
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Bei einem Vergleich der Fig. 9 bis 12 ist zu erkennen, daß die Treibwalzen
bei Herausarbeitung der Abschrägungen eine Drehung des Grundmaterials in Pfeilrichtung
22 herbeiführen, welche einen Punkt auf der Mittelachse A in eine schneckenförmige
Bewegung bringen. Der Weg der Achse A kann leicht mittels der den Fortschritt zeigenden
Fig. 9, 10, 11 und 12 verfolgt werden.
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Gemäß Fig. 9 liegt die Achse A auf einer Linie mit der Mittellinie
23, die auf der Mitte zwischen den Drehachsen der Backen 15, 16 am Punkt der größten
Annäherung angeordnet ist.
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Eine Drehung des Grundstocks zur Position gemäß Fig. 10 wird die Mittelachse
A des lobulären Stangenmaterials so bewegt haben, daß sie auf die rechte Seite der
Mittellinie 23 und etwas nach oben versetzt ist.
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Eine Weiterdrehung zur Position gemäß Fig. 11 wird die Mittelachse
A so bewegt haben, daß sie wieder auf der Mittellinie 23 liegt, jedoch in einer
höheren Position als der bei Beginn gemäß Fig. 9, und zwar um eine Höhe, die der
Differenz zwischen dem Abstand 24, der die Entfernung eines flachen Zubehörteils
der Lobe darstellt,und dem Abstand 25, der für die Entfernung eines Scheitels der
Lobe von der Mittelachse A des Grundmaterials steht.
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Fig. 12 zeigt das Ausgangsmaterial um einen weiteren Sektor von 900
weiterbewegt, wobei die Achse A links von der Mittellinie 23 erschcint,und es versteht
sich von selbst, daß eine weitere Drehung um 900 das Grundmaterial zurück zur Ausgangsposition
gemäß Fig. 9 bringen wird.
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Es ist zu beobachten, daß die Kerbung L des Außenmaterials (welche
die Abschrägung oder die Basis des Gewindes darstellt), dargestellt durch die gestrichelte
Linie in den Fig. 9 bis 12, eine genaue Wiedergabe, wenn auch auf geringerem Durchmesser,
des Lbenprofils oder des Musters des Grundmaterials liefert. Das Nachvollziehen
des Profils auf der Materialregion L liefert eine so genaue Wiedergabe, weil die
zylindrischen Schneidbacken im Formvorgang die schneckenartige Bewegung des Grundmaterials
bewirkt haben, wobei diese Schneckenlinie den Differenzen zwischen den "Tälern"
und "Höhen" an der Peripherie des lobulären Profils entspricht.
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Es ist zu erkennen, daß der Schneckenweg im Querschnitt nicht genau
rund ist.
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An dieser Stelle sollte bemerkt werden, daß die Formung von Gewindegängen
oder Abschrägungen, wie sie Ublicherweise auf zylindrischem Standardmaterial mit
einer Zweibackenzylinderwalzenformmaschine ausgeführt wird, auch auf eine Reihe
andersartiger aber bekannter Methoden vor sich gehen kann, und zwar unter Benutzung
bekannter Walzenbackenprofile und Ausrichtungen. Z. B. können anstelle der oben
beschriebenen Schneidbackenformgebung (gegeneinander gestellte zylindrische Schneidbacken
mit schneckenförmigen Randwulsten) die Schneidbacken abgeschrägte Achsen haben,
in welchem
Falle das Oberflächenmuster auf den Schneidbacken eine
Reihe von Spiralen mit fortlaufend wachsendem Durchmesser zeigen kann.
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Da es in der Zweizylinderwalzenformtechnik eine große Zahl von verfugbaren
und bekannten zylindrischen Schneidbackenausführungen gibt, von denen jede für das
Walzen formen von lobulären Stangenmaterial umgerüstet werden könnte, braucht hier
gar nicht erst versucht zu werden, im einzelnen die passenden Schneidbackenanordnungen
zu beschreiben, Allen brauchbaren Ausführungen gemeinsam ist jedoch der Gebrauch
von einem Paar zylindrischen Walzenformschneidbacken und eine Tragfläche, die das
zu formende Stangenmaterial in einem angemessenen Abstand von den Schneidbacken
aufnimmt, um das gewünschte Muster auf die Oberflache des lobulären Materials aufzuwalzen.
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Wie bereits ausgeführt, ist das Ergebnis des ersten Walzvorgangs die
Aufbringung von lobulären Abschrägungen 11, wie in den Fig.
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3 und 4 dargestellt. Nach Formung der Abschrägungen 11 wird das Material
wieder durch einen Walzformapparat geführt, wie schematisch in den Fig. 9 bis 12
dargestellt ist, in welchem das Muster auf den zylindrischen Walzbacken so beschaffen
ist, daß es auf der Außenfläche eine Gewinde form hervorbringt, die, wie in Fig.
8 zu ersehen, selbst lobulär ist.
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Aus den Fig. 5 und 7 ist zu erkennen, daß die Tiefe, bis zu der die
Gewindegänge 13 eingeschnitten sind, ausreichend sein sollte, um mindestens zum
Teil,am besten ganq in die Abschrägungen 11 hineinzureichen, wobei die Abschrägungen
11 eine Leitfläche bilden können, welche die Erzeugung von Gewindegängen in dem
Werkstück,
das den Einsatz aufnimmt, erleichtert.
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Das mit Gewinde und Abschrägungen versehene Stangenmaterial, wie es
in Fig. 5 dargestellt ist, wird anschließend in üblichen Fassondrehbänken bearbeitet,
die nacheinander Axialbohrungen 27 herstellen, diese mit Gewinde versehen und die
mit Außen- und Innengewinde ausgestatteten Inkremente durch quer geführte Schnitte
im Abschnitt 28 zwischen den Abschrägungen abtrennen.
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Fig. 7 zeigt den fertigen Einsatz.
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Es versteht sich, daß die verschiedenen Formvorgänge zur Herstellung
des Einsatzes ausgeführt werden dürfen, während das Material noch verhältnismäßig
weich ist, und daß die Einsätze hinterher,dem endgültigen Verwendungszweck entsprechend,
gehärtet werden können.
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Aus dem Vorstehendem ist zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren
eine Möglichkeit schafft, die gesamte äußere Oberfläche einer ausgedehnten Länge
von Grundmaterial in die zur Herstellung eines lobulären Einsatzes erforderliche
Form zu bringen. Der Herstellungsvorgang geschieht mit üblichen Walzformmaschinen,und
der Arbeitsschritt oder Arbeitsvorgang des Formens mit der Walze erfordert kein
Kopfstück zur Führung des Materials während der Formgebung. Dadurch daß die erforderlichen
äußeren Formungen der lobulären Einsätze an der ganzen Materials tange hergestellt
werden, ist es möglich, anschließend weitere Arbeitsgänge, wie Bohren und Schneiden
von Innengewinde, mit bereits bekannten Arbeitsmethoden durchzuführen, ohne daß
kleine vorgeformte Teile, wie es bisher nötig war, eingesetzt und ausgerichtet werden
mUssen, so daß die
Herstellung wesentlich wirtschaftlicher vor
sich geht.
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Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf die Herstellung
von Einsätzen beschrieben wurde, welche mit einem Außengewindeteil zur Aufnahme
in ein Werkstück mit einem Innengewindeteil versehen sind, versteht es sich, daß
das Verfahren auch anwendbar ist für die Herstellung anderer Vorrichtungen mit äußerem
Gewinde und ohne Kopfstück, wie Stehbolzen, Stellschrauben u. dgl.
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Daher ist der Ausdruck "Einsatz", da wo es der Zusammenhang zuläßt,
so zu verstehen, daß er auch solche anderen Vorrichtungen mit einschließt.
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Es versteht sich, daß zahlreiche Variationen des erfindungsgemäßen
Verfahrens möglich sind1 ohne daß dabei von der Grundidee der Erfindung abgewichen
wird.
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