AT519807A2

AT519807A2 - Radial-Schmiedeanlage

Info

Publication number: AT519807A2
Application number: ATA75/2018A
Authority: AT
Inventors: Busch Karsten; Hermann-Josef Klingen Dr; Albrecht Holl Dr
Original assignee: Sms Group Gmbh
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2018-10-15
Also published as: AT519807A3; AT519807B1; DE102017214961B4; DE102017214961A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radial-Schmiedeanlage, umfassend mindestens eine Umformeinheit (1) mit einem an einem Stößel (2) aufgenommenen Schmiedesattel (3), wobei der Stößel mit dem Schmiedesattel (3) entlang einer Geraden in einer Schmiederichtung (S) bewegbar ist, und wobei eine Position des Schmiedesattels (3) in einer insbesondere quer zu der Schmiederichtung orientierten Verschiebeachse (V) mittels einer Verstellvorrichtung (5, 10, 11) einstellbar veränderbar ist, wobei die Verstellvorrichtung (5, 10, 11) ein selbsthemmend wirkendes Schraubgetriebe (5) umfasst, wobei eine Spindel (6) des Schraubgetriebes (5) in Richtung der Verschiebeachse (V) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radial-Schmiedeanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Radial-Schmiedeanlage. DE 10 2005 012 297 B4 beschreibt eine Radial-Schmiedeanlage mit in einer Querrichtung verstellbaren Werkzeugen, bei der die Verstellung nur stufenweise durch Rastung entlang einer Zahnstange erfolgen kann. Die Lösung weist den Nachteil auf, dass die Verschiebeeinheit (Schlitten + Werkzeug) formschlüssig mittels der Zahnstange mit einem Werkzeughalter, welcher auf einem Stößel/Kolben einer Umformeinheit befestigt ist, verbunden wird und hydraulisch oder mechanisch gekoppelt (verriegelt oder geklemmt) werden muss. Diese Kopplung muss vor dem eigentlichen Verschieben des Schmiedesattels durch aktives Entkoppeln gelöst werden. Erst dann kann die Einheit verschoben werden. Vor dem Verschieben ist eine Kopplung zwischen der Verschiebeeinheit und dem Verschiebeelement notwendig. Des Weiteren ist durch die Gestaltung der formschlüssigen Verbindung zwischen Verschiebeeinheit und Stößel/Kolben keine stufenlose Verstellung möglich (Rasterung). Das Verschieben der Werkzeuge ist nur in Endposition möglich, d.h. der Press Zylinder muss in die hintere Endlage verfahren werden. Dies führt zu Zeitverlust. DE 44 44 497 Al beschreibt eine Radial-Schmiedeanlage mit in einer Querrichtung verstellbaren Werkzeugen, bei der gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Verstellung stufenlos mittels einer drehbar angetriebenen Gewindehülse kann. Hierzu ist ein im Wesentlichen um 90° umlenkendes Hebelgetriebe zwischen der Gewindehülse und dem Werkzeug vorgesehen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Radial-Schmiedemaschine anzugeben, die eine einfache bauliche Realisierung einer Werkzeugverstellung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Radial-

Schmiedemaschine erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Anordnung der Spindel des Schraubgetriebes in Richtung der Verschiebeachse kann ein unmittelbarer, spielfreier und raumsparend bauender Antrieb zur Verstellung des Schmiedesattels erreicht werden.

Durch das Verschieben der Schmiedesättel wird es möglich, über den gesamten Hub (Durchmesserbereich) der Umformeinheit stets mit einer maximal breiten Umformfläche zu schmieden, was technologisch von großem Vorteil ist. Des Weiteren wird ein Werkzeugwechsel überflüssig, wodurch die Rüstzeit der Maschine erheblich reduziert wird. Zweck der Erfindung ist die Realisierung einer betriebssicheren und im konstruktiven Sinne einfachen Lösung zur Verschiebung der Schmiedesättel einer Radial-Schmiedemaschine.

Unter einem Schmiedesattel wird vorliegend ein Bauteil oder eine Baugruppe verstanden, die einerseits unmittelbar auf das Werkstück einwirkt und andererseits relativ zu dem Stößel verschiebbar ist.

Der Stößel ist mit dem Schmiedesattel entlang der Geraden in der Schmiederichtung bewegbar, so dass bevorzugt keine zwangsgeführten Querbewegungen auftreten. Insbesondere bevorzugt wird der Stößel nicht auf einer Bogenkurve geführt.

Bevorzugt verläuft die Verschiebeachse senkrecht zu der Schmiederichtung sowie auch senkrecht zu einer Längsachse des Werkstücks.

Unter einer Spindel eines Schraubgetriebes wird im Sinne der Erfindung jede entlang einer Drehachse zumindest über die Länge eines Verstellweges erstreckte Gewindestruktur verstanden, umfassend sowohl Innengewinde (Gewindehülse) als auch Außengewinde (Gewindestange). Bevorzugt ist die Spindel antreibbar drehbar. Alternativ hierzu kann die Spindel aber auch nicht drehbar ausgebildet sein, wobei dann ein mit der Spindel verkämmendes Gegenstück drehbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zumindest vier im Wesentlichen baugleiche Umformeinheiten vorgesehen, wobei die Stößel von jeweils zwei der Umformeinheiten entgegengesetzt zueinander auf derselben Geraden bewegbar sind. Hierdurch kann mittels der Verstellung der Schmiedesättel eine Anpassung an den Durchmesser des Werkstücks erfolgen, wobei zudem ein gleichmäßiges Schmieden des Werkstücks über seinen Umfang ermöglicht ist.

Bei einer ersten möglichen Detailgestaltung der Erfindung ist die Spindel ortsfest, bevorzugt drehbar, gegenüber dem Stößel gelagert. Dies erlaubt eine einfache Ausgestaltung des insbesondere wechselbaren Schmiedesattels.

Je nach konstruktiven Anforderungen kann bei einer hierzu alternativen Detailgestaltung die Spindel auch ortsfest, bevorzugt drehbar, gegenüber dem Schmiedesattel gelagert sein.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Schraubgetriebe mittels eines Motors und eines drehbaren Übertragungselements angetrieben. Bevorzugt ist der Motor dabei ortsfest gegenüber einem Maschinenrahmen angeordnet. Vorteilhaft umfasst das Übertragungselement dabei eine teleskopierbare Welle. Die Teleskopierung der Welle kann dabei Motor und Schraubgetriebe von Bewegung des Stößels entkoppeln, so dass der Motor bzw. Spindelantrieb stationär und nicht am beweglichen Teil der Umformeinheit vorgesehen sein kann. Dies verhindert die Beeinträchtigung des Motors durch die beim Schmiedevorgang auftretenden Kräfte.

Allgemein vorteilhaft ist es vorgesehen, dass das

Schraubgetriebe, insbesondere die Spindel, in Richtung der Verschiebeachse nachgiebig gelagert ist. Hierdurch werden während des Schmiedevorgangs auftretende Querkräfte und Vibrationen abgedämpft, so dass ein Verschleiß oder eine Beschädigung des Schraubgetriebes verhindert wird.

Weiterhin vorteilhaft wird die Einleitung ungewünscht großer Kräfte in das Schraubgetriebe dadurch vermieden, dass zwischen dem Schmiedesattel und dem Stößel Mittel vorgesehen sind, die beim Schmieden die Kräfte in der Schmiederichtung übertragen und in Richtung der Verschiebeachse einen hohen Reibwert erzeugen. Diese Mittel können bevorzugt als ausreichend große Anschlagflächen mit entsprechend großen Reibwerten, zum Beispiel durch gezielte Oberflächenstruktur, Beschichtung und/oder Wahl der Materialpaarung, ausgebildet sein.

Bei einer allgemein bevorzugten Detailgestaltung ist es vorgesehen, dass während des Schmiedevorgangs eine stufenlose Verstellung des Schmiedesattels durch das Schraubgetriebe ermöglicht ist, wobei besonders bevorzugt keine zu dem selbsthemmenden Schraubgetriebe zusätzlichen Verschlussmittel vorgesehen sind. Dies erlaubt einen schnellen und unterbrechungsfreien Schmiedevorgang auch bei großen

Reduzierungen des Werkstückdurchmessers in der Schmiedeebene.

Zur Ausbildung eines optimalen Verlaufs der Schmiedekräfte und zur einfachen Anpassung an den Durchmesser des Werkstücks wird der Stößel mittels einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit angetrieben werden. Bevorzugt ist dabei der Kolben an dem Stößel angeordnet, wodurch die bewegte Masse verringert wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird zudem gelöst durch ein

Verfahren zum Betrieb einer Radial-Schmiedeanlage mit mindestens einer Umformeinheit mit einem an einem Stößel aufgenommenen Schmiedesattel, wobei der Stößel mit dem Schmiedesattel bewegbar ist, und wobei eine Position des Schmiedesattels in einer quer zu der Schmiederichtung orientierten Verschiebeachse mittels einer Verstellvorrichtung einstellbar veränderbar ist, umfassend die Schritte a. Einstellen einer ersten Position des Schmiedesattels; b. Schmieden eines Werkstücks unter alternierender Bewegung des Stößels entlang der Schmiederichtung; und c. Verändern der Position des Schmiedesattels ohne Unterbrechung des Schmiedevorgangs.

Die Verstellung des Schmiedesattels ohne Unterbrechung des Schmiedevorgangs spart Zeit und verhindert zudem ein ungewünschtes Auskühlen des Werkstücks während eines Nachstellens des Schmiedesattels.

Allgemein bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels einer erfindungsgemäß ausgebildeten RadialSchmiedeanlage durchgeführt.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen Radial-Schmiedeanlage.

Fig. 2 zeigt eine teilweise räumliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Radial-Schmiedeanlage.

Fig. 3 zeigt eine räumliche Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Radial-Schmiedeanlage aus Fig. 2 in einer ersten Stellung von Schmiedesätteln.

Fig.. 4 zeigt die Radial-Schmiedeanlage aus Fig. 3 in einer zweiten Stellung der Schmiedesättel.

Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf die Radial-Schmiedeanlage aus Fig. 3 unter Weglassung von Antriebskomponenten.

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt der Ansicht aus Fig. 5.

Fig. 7 zeigt die Ansicht aus Fig. 6 bei maximal vorgefahrenen Schmiedesätteln.

Fig. 8 zeigt die Ansicht aus Fig. 6 bei verstellten und maximal vorgefahrenen Schmiedesätteln.

Fig. 9 zeigt die Ansicht aus Fig. 8 mit teilweise aufgeschnitten dargestellter Verstellmechanik eines Schmiedesattels.

Fig. 10 zeigt eines Ausschnittvergrößerung des Bereichs A aus Fig. 9.

Eine Radial-Schmiedeanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst vier Umformeinheiten 1 mit jeweils einem Stößel 2, der entlang einer Geraden bzw. Schmiederichtung bewegbar ist und an dessen Ende ein Schmiedesattel 3 angeordnet ist. Die Umformeinheiten 1 sind baugleich und um jeweils 90° versetzt zueinander in einer Schmiedeebene angeordnet, so dass jeweils zwei Umformeinheiten gegeneinander arbeiten. Die Umformeinheiten 1 sind in einem gemeinsamen Maschinenrahmen 4 aufgenommen.

Bei einer in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Radial-

Schmiedeanlage lassen sich die Schmiedesättel 3 bzw. Werkzeuge nicht verstellen. In der linken Abbildung ist eine zu geringe Werkzeugbreite in Bezug auf den momentanen

Werkstückdurchmesser dO gewählt. In der rechten Abbildung ist die Werkzeugbreite ausreichend groß, würde aber bereits nach relativ geringer Durchmesserreduktion des Werkstücks kollidieren bzw. müsste gewechselt werden.

Durch eine Verschiebung der Schmiedesättel 1 in der

Schmiedeebene mittels einer Verstellvorrichtung wie bei einer erfindungsgemäßen Radial-Schmiedeanlage kann diese Anpassung ohne einen Werkzeugwechsel erfolgen. Ein Vergleich von Fig. 3 und Fig. 4 zeigt das:

In einer ersten, zentrierten Stellung der Schmiedesättel 3 (Fig. 3) kann eine maximale Breite der Werkzeuge 3 zum Schmieden verwendet werden. Dabei kann das Werkstück einen relativ großen Durchmesser haben.

In einer zweiten Stellung sind die Schmiedesättel 3 jeweils entlang einer in der Schmiedeebene liegenden und zu der Schmiederichtung S senkrechten Verschiebeachse V (siehe Fig. 5) seitlich verschoben. Auf diese Weise können die Stößel 2 weiter vorgefahren werden, ohne dass die Werkzeuge 3 kollidieren. Fig. 4 und Fig. 8 zeigen jeweils die

Schmiedesättel 3 in einer maximal seitlich verschobenen Stellung. Ein Überlapp zweier jeweils gegenüberstehender Werkzeuge ist dabei besonders klein, und ein minimaler Werkstückdurchmesser ist besonders klein.

Abgesehen von den vorstehend beschriebenen, extremalen Positionen der Schmiedesättel 3 können die Werkzeuge kontinuierlich und stufenlos auf jede beliebige Zwischenposition eingestellt werden. Hierzu ist an jedem der Stößel 2 bzw. Schmiedesättel 3 ein selbsthemmendes Schraubgetriebe 5 als Teil der Verstellvorrichtung vorgesehen. Das Schraubgetriebe 5 umfasst eine Spindel 6, die in Richtung der Verschiebeachse V orientiert ist. Die Spindel 6 hat ein Außengewinde 6a und ist in Lagern 7 an dem Stößel 2 drehbar gelagert. Die Drehung der Spindel erfolgt um die Verschiebeachse V.

Die Veschiebung bzw. Verstellung der Schmiedesättel 3 erfolgt mittels einer Spindelmutter 8, die in einer Ausnehmung des Schmiedesattels 3 abgestützt ist und mit dem Außengewinde 6a der Spindel 6 verkämmt. Der Schmiedesattel 3 ist zudem über Mittel von Führungen, Anschlägen und Reibflächen gegenüber dem Stößel 3 aufgenommen. Auf diese Weise führt ein Drehen der Spindel zu einem Verschieben des Schmiedesattels nur in Richtung der Verschiebeachse. Durch diese Mittel wird zudem erreicht, dass beim Schmieden die Kräfte in der

Schmiederichtung übertragen und in Richtung der

Verschiebeachse ein hoher Reibwert erzeugt wird.

Durch die Selbsthemmung des Schraubgetriebes 5 wird die Position des Schmiedesattels in Richtung der Verschiebeachse fixiert. Weitere Mittel zur Festlegung des Schmiedesattels in dieser Richtung sind dabei nicht vorgesehen.

Um den Eintrag von Kraftspitzen in Richtung der Spindel 6 beim Schmieden zu verringern, sind im Bereich der Lager 7 Pakete von Tellerfedern 9 angeordnet, die ein elastisches Auslenken der Spindel 6 in axialer Richtung erlauben. Dies bewirkt insgesamt eine nachgiebige Lagerung des Schraubgetriebes 5 in Richtung der Verschiebeachse V.

Der Antrieb der drehbaren Spindel 6 erfolgt mittels Motoren 10, die jeweils ortsfest gegenüber dem Maschinenrahmen 4 aufgenommen sind. Die Motoren 10 sind als rotierende Elektromotoren ausgebildet und über ein Übertragungselement 11 mit der Spindel 6 verbunden.

Das Übertragungselement 11 umfasst vorliegend eine Welle 12 und ein an der Spindel 6 angeordnetes Zwischengetriebe 13. Die Welle 12 hat eine momentschlüssige Teleskopierung 12a und ist über kardanische Gelenke 14 verbunden mit dem Motor 4 und dem Zwischengetriebe 13 verbunden.

Diese Verbindung zwischen Motor 10 und Spindel 6 erlaubt einen Drehantrieb der Spindel 6 und Verschiebung der Schmiedesättel 3 in jeder Position des Stößels 2. Insbesondere ist durch das Übertragungselement 11 die Verstellung auch während des Schmiedebetriebs und somit während einer Bewegung des Stößels ermöglicht.

Das Übertragungselement 11 bewirkt vorliegend eine

Entkoppelung der Stößelbewegung von der Drehung der Spindel, wodurch insbesondere ermöglicht wird, dass der Motor 10 raumfest an dem Maschinenrahmen 4 angeordnet ist, während das Schraubgetriebe mit dem Stößel 2 und dem Schmiedesattel 3 mitbewegt wird.

Die Verstellvorrichtung des Schmiedesattels 3 umfasst sämtliche zur Verstellung erforderlichen Komponenten, insbesondere Schraubgetriebe 5, Motor 10, Übertragungselement 11 und Mittel zur Führung des Schmiedesattels.

Die Stößel 2 werden vorliegend mittels hydraulischer Kolben-Zylinder-Einheiten 15 angetrieben. Dabei sind die Stößel 2 mit den Kolben verbunden oder unmittelbar einstückig als Kolben ausgebildet. Die Zylinder 16 sind ortsfest an dem

Maschinenrahmen 4 aufgenommen. Durch die Kolben-Zylinder-Einheiten 15 kann zugleich eine Vorstellung / Grundpositionierung der Schmiedesättel· entlang der Schmiederichtung S als auch die alternierende Schmiedebewegung (Arbeitshub) vorgenommen werden.

Beim Schmieden eines Werkstücks kann die vorstehend beschriebene Radial-Schmiedeanlage bevorzugt mit folgendem Verfahren betrieben werden:

Einstellen einer ersten Position des Schmiedesattels 3; Schmieden eines Werkstücks unter alternierender Bewegung des Stößels 2 entlang der Schmiederichtung; und

Verändern der Position des Schmiedesattels 3 ohne Unterbrechung des Schmiedevorgangs.

Der letzte Schritt kann aufgrund der Auslegung der

Verstellvorrichtung, insbesondere des Übertragungselements 11, auch während der Bewegung des Stößels erfolgen.

Bezugszeichenliste 1 Umformeinheit 2 Stößel 3 Schmiedesattel, Werkzeug 4 Maschinenrahmen 5 Schraubgetriebe 6 Spindel 6a Außengewinde 7 Lager 8 Spindelmutter 9 Tellerfedern 10 Motor 11 Übertragungselement 12 Welle 12a Teleskopierung 13 Zwischengetriebe 14 kardanisches Gelenk 15 hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit 16 Zylinder

Claims

Patentansprüche :

1. Radial-Schmiedeanlage, umfassend mindestens eine Umformeinheit (1) mit einem an einem Stößel (2) aufgenommenen Schmiedesattel (3), wobei der Stößel mit dem Schmiedesattel (3) entlang einer Geraden in einer Schmiederichtung (S) bewegbar ist, und wobei eine Position des Schmiedesattels (3) in einer quer zu der Schmiederichtung orientierten Verschiebeachse (V) mittels einer Verstellvorrichtung (5, 10, 11) einstellbar veränderbar ist, wobei die Verstellvorrichtung (5, 10, 11) ein selbsthemmend wirkendes Schraubgetriebe (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spindel (6) des Schraubgetriebes (5) in Richtung der Verschiebeachse (V) angeordnet ist.
2. Radial-Schmiedeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest vier im Wesentlichen baugleiche Umformeinheiten (1) vorgesehen sind, wobei die Stößel (2) von jeweils zwei der Umformeinheiten (1) entgegengesetzt zueinander auf derselben Geraden (S) bewegbar sind.
3. Radial-Schmiedeanlage nach’einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (6) ortsfest, insbesondere drehbar, gegenüber dem Stößel (2) gelagert ist.
4. Radial-Schmiedeanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (6) ortsfest, insbesondere drehbar, gegenüber dem Schmiedesattel (3) gelagert ist.
5. Radial-Schmiedeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubgetriebe (5) mittels eines Motors (10) und eines drehbaren Übertragungselements (11) angetrieben wird.
6. Radial-Schmiedeanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (10) ortsfest gegenüber einem Maschinenrahmen (4) angeordnet ist.
7. Radial-Schmiedeanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (11) eine teleskopierbare Welle (12, 12a) umfasst.
8. Radial-Schmiedeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubgetriebe (5), insbesondere die Spindel (6), in Richtung der Verschiebeachse (V) nachgiebig gelagert ist.
9. Radial-Schmiedeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schmiedesattel (3) und dem Stößel (2) Mittel vorgesehen sind, die beim Schmieden die Kräfte in der Schmiederichtung übertragen und in Richtung der Verschiebeachse (V) einen hohen Reibwert erzeugen.
10. Radial-Schmiedeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schmiedevorgangs eine stufenlose Verstellung des Schmiedesattels (3) durch das Schraubgetriebe (5) ermöglicht ist, wobei insbesondere keine zu dem selbsthemmenden Schraubgetriebe (5) zusätzlichen Verschlussmittel vorgesehen sind.
11. Radial-Schmiedeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (2) mittels einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (14) angetrieben wird, wobei insbesondere der Kolben an dem Stößel (2) angeordnet ist.
12. Verfahren zum Betrieb einer Radial-Schmiedeanlage mit mindestens einer Umformeinheit (1) mit einem an einem Stößel (2) aufgenommenen Schmiedesattel (3), wobei der Stößel (2) mit dem Schmiedesattel (3) bewegbar ist, und wobei eine Position des Schmiedesattels (3) in einer insbesondere quer zu der Schmiederichtung (S) orientierten Verschiebeachse (V) mittels einer Verstellvorrichtung (5, 10, 11) einstellbar veränderbar ist, umfassend die Schritte a. Einstellen einer ersten Position des Schmiedesattels (3) ; b. Schmieden eines Werkstücks unter alternierender Bewegung des Stößels (2) entlang der Schmiederichtung; und c. Verändern der Position des Schmiedesattels (3) ohne Unterbrechung des Schmiedevorgangs.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Radial-Schmiedeanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.