CH543340A

CH543340A - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von stabförmigen Verbindungselementen, wie Bolzen oder Schrauben

Info

Publication number: CH543340A
Application number: CH1737670A
Authority: CH
Inventors: Turlach Gerhard
Original assignee: Kellermann Fa Rudolf
Priority date: 1970-11-24
Filing date: 1970-11-24
Publication date: 1973-10-31

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Verbindungselementen, insbesondere von Schrauben oder Bolzen, die mindestens ein verdicktes Ende aufweisen, an welches sich ein Dehnschaft anschliesst, wozu ein Rohling auf einem Teil seiner Länge, unter Einsatz von Einspann- und Ziehwerkzeugen, im Durchmesser verjüngt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von sogenannten Dehnschrauben. Solche Schrauben weisen einen verjüngten Schaft auf und tragen an ihren Enden beispielsweise Gewinde oder Schraubenköpfe. Dehnschrauben werden bei hochwertigen Verbindungen eingesetzt.

Insbesondere im Flugzeug- und Fahrzeugbau oder bei Beanspruchung durch hohe Temperaturen sind solche Verbindungselemente notwendig.

Bisher wurden solche Dehnschrauben ausschliesslich spanend gefertigt. Dabei gelangten Fertigungsmaschinen zur Anwendung, die einen Teil des Materials im Bereich des im Durchmesser verjüngten Dehnschaftes der Schraube oder des Verbindungselementes entfernen. Durch diese Bearbeitung wird der Querschnitt des Werkstückes geschädigt und geschwächt. Eine Verfestigung der Randzonen, in welcher gewöhnlich die Spannungsspitzen bei Belastung auftreten, wird nicht erreicht. Gerade bei hochbeanspruchten Schrauben ist dies jedoch erforderlich. Deshalb mussten solche Dehnschrauben an der Oberfläche des verjüngten Schaftes, beispielsweise durch nachträgliches Prägepolieren, kaltverfestigt werden.

Dies bedeutet jedoch einen zusätzlichen Arbeitsgang und damit eine wesentliche Verteuerung.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Mängel der bisher bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen beseitigen und in einfachster Weise eine beanspruchungsgerechte und wirtschaftliche Herstellung stabförmiger Verbindungselemente garantieren.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rohling, vor Durchführung des Ziehvorganges, auf einer Seite, nahe dem einen Ende, ein Hals gebildet wird, dessen Durchmesser etwa dem Dehnschaftdurchmesser entspricht, das Ziehwerkzeug anschliessend zum Zwecke der Verjüngung und Bildung des Dehnschaftes an dem Hals angreifend eingesetzt wird und der Rohling während des Ziehvorganges unter einer zusätzlichen Zugspannung gehalten wird.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine nahe dem eingespannten Rohlingsende zur Wirkung kommende Vorrichtung zur Bildung einer, etwa dem Dehnschaftdurchmesser entsprechenden Rille am Werkstück und eine weitere Spanneinrichtung zur Aufbringung der zusätzlichen Zugspannung, die sowohl zu dem Spannfutter als auch zu der Ziehmatrize relativ bewegbar ist.

Die Erfindung lässt verschiedene Kombinationen von Ver fahrensschritten und verschiedene konstruktive Ausgestaltungen der Vorrichtung zu und wird im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise verdeutlicht. Es zeigen:
Fig. 1 bis 5 verschiedene Verfahrensschritte in schematisierter Darstellung,
Fig. 6 eine Möglichkeit für die Relativbewegung der zusätzlichen Spanneinrichtung, wobei eine eigene Kraftquelle vorgesehen ist,
Fig. 7 eine weitere Möglichkeit, wobei die Kraftquelle des Kurbeltriebes gleichzeitig als Kraftquelle für die Spanneinrichtung benutz wird,
Fig. 8 das Werkstück im Ausgangszustand,
Fig. 9 das Werkstück nach dem Einbringen des Halses und nach der Bildung eines Spannendes,
Fig. 10 das Werkstück nach Beendigung des Ziehvorganges und
Fig. 11 das fertige Werkstück, wobei die Köpfe mit Gewinde versehen sind.

In Fig. 1 ist in stark schematisierter Weise eine Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung dargestellt. In einer Vorrichtung 1 werden die Werkstücke 2 mit einer etwa dem Dehnschaftdurchmesser entsprechenden Rille 5 versehen, wobei ein Spannende 4 gebildet wird. Die Werkstücke 2 werden einzeln zugeführt und an ihrem Spannende 4 in einem Spannfutter 3 festgehalten. Ein Werkzeug 6, beispielsweise eine Ziehmatrize, die geteilt ist, wird über das Werkstück 2 geführt und innerhalb der Rille 5 geschlossen. Die Ziehmatrize 6 ist entweder selbst mit Führungen versehen, auf denen sie axial bewegbar ist, oder es ist ein besonderer Ziehschlitten 7 angeordnet, der die Ziehmatrize 6 aufnimmt. Ein mit einer Kraftquelle 9 verbundener Kurbeltrieb ist über eine Kurbelstange 21 am Ziehschlitten 7 angelenkt. Für die Längsbewegung des Ziehschlittens 7 sind Schlittenführungen 12 vorgesehen.

Am Ziehschlitten ist ein Gestänge 10 angelenkt, welches eine Einschubstange 11 aufweist, die gegenläufig zur Ziehbewegung bzw. zur Bewegung des Ziehschlittens angetrieben und mitgenommen wird. Die Einschubstange 11 schiebt ein neues Werkstück 2 nach Beendigung des Ziehvorganges in die Ziehmatrize bzw. in das Spannfutter 3 ein
Der Ziehvorgang ist anhand der Fig. 1 bis 4 in seiner Folge dargestellt. Nach dem Einführen des Werkstückes 2 in das Spannfutter 3 schliesst dieses im Bereich des Spannendes 4. Die Ziehmatrize 6 wird in die Rille 5 eingesetzt und geschlossen. Es beginnt der Ziehvorgang, in dessen Verlauf am Werkstück 2 ein verjüngter Schaft 13 gebildet wird. Das Ende des Ziehvorganges wird durch den Kurbeltrieb bestimmt.

Dieses Ende liegt vor dem Durchfluss des gesamten Werkstoffes durch die Ziehdüse, so dass ein Kopf 14 am Werkstück belassen wird. In Fig. 4 ist der Verfahrensschritt dargestellt, bei dem ein neues Werkstück 2 in das Spannfutter 3 eingeführt und gleichzeitig das fertig gezogene Werkstück aus der Ziehmatrize bzw. aus dem Ziehschlitten herausgestossen wird. Wesentlich ist, dass während des Ziehvorganges eine zusätzliche Zugspannung überlagert wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnungen ist dies aber nur in Fig. 5 angedeutet. Es ist in Fig. 5 etwa ein Verfahrensschritt dargestellt, wie er in Fig. 2 zu sehen ist. Der Vorrichtung 1 ist eine besondere Zuführeinrichtung 15 zum Einbringen der Werkstücke 2 vorgeschaltet. Für die Aufbringung der zusätzlichen Zugspannung dient eine Spanneinrichtung 16, welche zur Aufnahme des anderen Endes des Werkstückes vorgesehen ist.

Die Spanneinrichtung 16 muss sowohl relativ bewegbar zum Spannfutter 3 als auch zur Ziehmatrize 6 sein, um die Längenänderungen des Werstückes auszugleichen. Für die Anordnung dieser Spanneinrichtung 16 gibt es zwei Möglichkeiten, die beispielsweise in den Fig. 6 und 7 verdeutlicht sind.

In Fig. 6 ist im Ausschnitt die Spanneinrichtung 16 gezeigt, die den Kopf 14 des Werkstückes 2 aufgenommen hat.

Am Ziehschlitten 7 ist diese Spanneinrichtung 16 über ein Gestänge 18 angelenkt. Für die Bewegung der Spanneinrichung 16 ist eine Hydraulikeinrichtung 17 vorgesehen, die je nach der Steuerung des Druckes die Längenänderung des Werkstückes 2 ausgleicht, so dass im beanspruchten Querschnitt eine konstante oder eine sonstwie verlaufende Zugspannung erreicht wird.

Fig. 7 zeigt eine weitere Möglichkeit der Anordnung einer Spanneinrichtung 16. Hier dient als Kraftquelle für die Bewegung der Spanneinrichtung 16 die gleiche Kraftquelle, die auch den Kurbeltrieb 8 bedient. Es ist ein Gestänge 18 vorgesehen, welches über Rollen 20 in Führungen 19, die ortsfest angeordnet sind, bewegt wird. Durch diese Führungen 19 wird eine Relativbewegung der Spanneinrichtung 16 gegenüber der Ziehmatrize 6 bzw. dem Ziehschlitten 7 erreicht.

In Fig. 8 bis 11 ist das Werkstück 2 dargestellt, wobei in Fig. 8 der unbearbeitete, jedoch auf Länge angeschnittene Rohling gezeigt ist. Fig. 9 zeigt das Werkstück, nachdem die Vorrichtung 1 passiert wurde. In Fig. 10 ist das Werkstück dargestellt, nachdem der verjüngte Schaft 13 gezogen wurde.

Fig. 11 zeigt die beiderseits mit Gewinde versehene, fertige Dehnschraube.

Die beschriebenen Ausführungsformen haben den grossen Vorteil, dass der Faserverlauf des Werkstückes nicht unterbrochen und damit ein grösserer Verformungsgrad und eine Steigerung der Festigkeit des Werkstückes erzielt wird.

Die beschriebenen Ausführungsformen haben den grossen Vorteil, dass der Ziehvorgang sowohl in kaltem als auch in halbwarmem Zustand des Werkstückes erfolgen kann. Die Temperatur richtet sich nach der Grösse des Umformgrades bzw. nach dem Durchmesser des zu erstellenden Werkstückes.

Der Verfahrensschritt, das Werkstück während des Ziehvorganges unter einer zusätzlichen Zugspannung zu halten, wirkt sich bei grossem Ziehverhältnis, hohem Matrizenver schleiss und bei relativ langen Werkstücken, die beim Ziehen sonst leicht krumm werden können, vorteilhaft aus. Durch diese zusätzliche Zugspannung wird einerseits die Ziehkraft vermindert und andererseits die Geradheit des Werkstückes erhöht.

Die beschriebenen Ausführungsformen haben ferner den Vorteil, dass die durch das Ziehen etwa entstandenen Grate auf dem Dehnschaft anschliessend durch Rollen, Schleifen, Polieren od. dgl. beseitigt werden können. Darüber hinaus kann durch einen Rollvorgang eine Nachverfestigung des Schaftes erzielt werden.

Ferner haben die beschriebenen Ausführungsformen den Vorteil, dass die Spannvorrichtung ein Spannfutter haben kann, welches bevorzugt ortsfest angeordnet ist, während die Ziehmatrize mit einer Schlittenführung versehen und über Kurbelbetrieb, Hydraulikkolben od. dgl. bewegbar ist. Es ist jedoch auch möglich, sowohl das Spannfutter als auch die Ziehmatrize relativ zueinander zu bewegen oder die Ziehmatrize ortsfest anzuordnen und das Spannfutter mit einer Kraftquelle zu versehen und relativ zur Ziehmatrize zu bewegen.

Weiterhin kann dem Spannfutter eine Rollvorrichtung zum
Einbringen einer Rille vorgeschaltet werden. Dies kann da durch geschehen, dass eine besondere Rollvorrichtung direkt an der Maschine vorgesehen und vorgeschaltet ist. Es ist je doch auch möglich, das Einbringen der Rille in einer getrenn ten Werkzeugmaschine durchzuführen.

Schliesslich ist es als grosser Vorteil zu betrachten, dass zwecks Überlagerung einer zusätzlichen Zugspannung eine weitere Spanneinrichtung zur Aufnahme des anderen Endes des Werkstückes vorgesehen und sowohl zum Spannfutter als auch zur Ziehmatrize relativ bewegbar angeordnet werden kann. Für die Relativbewegung der Spanneinrichtung ist eine eigene Kraftquelle, eine Hydraulikeinrichtung od. dgl. vorge sehen. Es ist jedoch auch möglich, dass Ziehmatrize und
Spanneinrichtung mit einer gemeinsamen Kraftquelle ver sehen sind, wobei die Spanneinrichtung über ein Gestänge an der Ziehmatrize oder einem besonderen Ziehschlitten ange lenkt und über Führungen für das Gestänge relativ zur Zieh matrize bewegbar ist. In einem solchen Falle muss die Lei stung der Kraftquelle höher bemessen werden.

PATEN7ANSPRÜCHE
I. Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Verbin dungselementen, die mindestens ein verdicktes Ende aufweisen, an welches sich ein Dehnschaft anschliesst, wozu ein Rohling auf einem Teil seiner Länge, unter Einsatz von Einspann- und Ziehwerkzeugen, im Durchmesser verjüngt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rohling, vor Durchführung des Ziehvorganges, auf einer Seite, nahe dem einen Ende, ein Hals gebildet wird, dessen Durchmesser etwa dem Dehnschaftdurchmesser entspricht, das Ziehwerkzeug anschliessend zum Zwecke der Verjüngung und Bildung des Dehnschaftes an dem Hals angreifend eingesetzt wird und der Rohling während des Ziehvorganges unter einer zusätzlichen Zugspannung gehalten wird.

II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I mit einer geteilten Ziehmatrize (6) und einem Spannfutter (3), gekennzeichnet durch eine nahe dem eingespannten Rohlingsende zur Wirkung kommende Vorrichtung (1) zur Bildung einer, etwa dem Dehnschaftdurchmesser entsprechenden Rille (5) am Werkstück (2) und eine weitere Spanneinrichtung (16) zur Aufbringung der zusätzlichen Zugspannung, die sowohl zu dem Spannfutter (3) als auch zu der Ziehmatrize (6) relativ bewegbar ist.

UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehvorgang in kaltem oder halbwarmem Zustand des Werkstückes erfolgt.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausziehen des den Dehnschaft bildenden Werkstückteiles über dessen volle Länge hinweg erfolgt.

3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass am Hals, zur Bildung des Einspannkopfes, zunächst eine rundherum laufende Kerbe in den Rohling eingebracht wird, die anschliessend durch einen Rollvorgang zu einer Rille verbreitert wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling während der Halsbildung unter einer zusätzlichen Zugspannung gehalten wird.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehmatrize (6) mindestens dreifach geteilt ist.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehmatrize (6) mit einer Schlittenführung versehen und mittels einer Antriebsvorrichtung (8) bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Spannfutter (3) eine Rollvorrichtung zum Einbringen der Rille (5) vorgeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass für die Relativbewegung der weiteren Spanneinrichtung (16) eine eigene Kraftquelle, z. B. eine Hydraulikeinrichtung (17) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehmatrize (6) und die Spanneinrichtung (16) an einer gemeinsamen Kraftquelle angeschlossen sind, wobei die Spanneinrichtung (16) über ein Gestänge (18) an der Ziehmatrize (6) oder einem Ziehschlitten (7) angelenkt und über Führungen (19) für das Gestänge (18) relativ zu der Ziehmatrize (6) bewegbar ist.

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **. Fig. 8 der unbearbeitete, jedoch auf Länge angeschnittene Rohling gezeigt ist. Fig. 9 zeigt das Werkstück, nachdem die Vorrichtung 1 passiert wurde. In Fig. 10 ist das Werkstück dargestellt, nachdem der verjüngte Schaft 13 gezogen wurde.

Fig. 11 zeigt die beiderseits mit Gewinde versehene, fertige Dehnschraube.

Die beschriebenen Ausführungsformen haben den grossen Vorteil, dass der Faserverlauf des Werkstückes nicht unterbrochen und damit ein grösserer Verformungsgrad und eine Steigerung der Festigkeit des Werkstückes erzielt wird.

Die beschriebenen Ausführungsformen haben den grossen Vorteil, dass der Ziehvorgang sowohl in kaltem als auch in halbwarmem Zustand des Werkstückes erfolgen kann. Die Temperatur richtet sich nach der Grösse des Umformgrades bzw. nach dem Durchmesser des zu erstellenden Werkstückes.

Der Verfahrensschritt, das Werkstück während des Ziehvorganges unter einer zusätzlichen Zugspannung zu halten, wirkt sich bei grossem Ziehverhältnis, hohem Matrizenver schleiss und bei relativ langen Werkstücken, die beim Ziehen sonst leicht krumm werden können, vorteilhaft aus. Durch diese zusätzliche Zugspannung wird einerseits die Ziehkraft vermindert und andererseits die Geradheit des Werkstückes erhöht.

Die beschriebenen Ausführungsformen haben ferner den Vorteil, dass die durch das Ziehen etwa entstandenen Grate auf dem Dehnschaft anschliessend durch Rollen, Schleifen, Polieren od. dgl. beseitigt werden können. Darüber hinaus kann durch einen Rollvorgang eine Nachverfestigung des Schaftes erzielt werden.

Ferner haben die beschriebenen Ausführungsformen den Vorteil, dass die Spannvorrichtung ein Spannfutter haben kann, welches bevorzugt ortsfest angeordnet ist, während die Ziehmatrize mit einer Schlittenführung versehen und über Kurbelbetrieb, Hydraulikkolben od. dgl. bewegbar ist. Es ist jedoch auch möglich, sowohl das Spannfutter als auch die Ziehmatrize relativ zueinander zu bewegen oder die Ziehmatrize ortsfest anzuordnen und das Spannfutter mit einer Kraftquelle zu versehen und relativ zur Ziehmatrize zu bewegen.

Weiterhin kann dem Spannfutter eine Rollvorrichtung zum Einbringen einer Rille vorgeschaltet werden. Dies kann da durch geschehen, dass eine besondere Rollvorrichtung direkt an der Maschine vorgesehen und vorgeschaltet ist. Es ist je doch auch möglich, das Einbringen der Rille in einer getrenn ten Werkzeugmaschine durchzuführen.

Schliesslich ist es als grosser Vorteil zu betrachten, dass zwecks Überlagerung einer zusätzlichen Zugspannung eine weitere Spanneinrichtung zur Aufnahme des anderen Endes des Werkstückes vorgesehen und sowohl zum Spannfutter als auch zur Ziehmatrize relativ bewegbar angeordnet werden kann. Für die Relativbewegung der Spanneinrichtung ist eine eigene Kraftquelle, eine Hydraulikeinrichtung od. dgl. vorge sehen. Es ist jedoch auch möglich, dass Ziehmatrize und Spanneinrichtung mit einer gemeinsamen Kraftquelle ver sehen sind, wobei die Spanneinrichtung über ein Gestänge an der Ziehmatrize oder einem besonderen Ziehschlitten ange lenkt und über Führungen für das Gestänge relativ zur Zieh matrize bewegbar ist. In einem solchen Falle muss die Lei stung der Kraftquelle höher bemessen werden.

PATEN7ANSPRÜCHE I. Verfahren zur Herstellung von stabförmigen Verbin dungselementen, die mindestens ein verdicktes Ende aufweisen, an welches sich ein Dehnschaft anschliesst, wozu ein Rohling auf einem Teil seiner Länge, unter Einsatz von Einspann- und Ziehwerkzeugen, im Durchmesser verjüngt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rohling, vor Durchführung des Ziehvorganges, auf einer Seite, nahe dem einen Ende, ein Hals gebildet wird, dessen Durchmesser etwa dem Dehnschaftdurchmesser entspricht, das Ziehwerkzeug anschliessend zum Zwecke der Verjüngung und Bildung des Dehnschaftes an dem Hals angreifend eingesetzt wird und der Rohling während des Ziehvorganges unter einer zusätzlichen Zugspannung gehalten wird.

II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I mit einer geteilten Ziehmatrize (6) und einem Spannfutter (3), gekennzeichnet durch eine nahe dem eingespannten Rohlingsende zur Wirkung kommende Vorrichtung (1) zur Bildung einer, etwa dem Dehnschaftdurchmesser entsprechenden Rille (5) am Werkstück (2) und eine weitere Spanneinrichtung (16) zur Aufbringung der zusätzlichen Zugspannung, die sowohl zu dem Spannfutter (3) als auch zu der Ziehmatrize (6) relativ bewegbar ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehvorgang in kaltem oder halbwarmem Zustand des Werkstückes erfolgt.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausziehen des den Dehnschaft bildenden Werkstückteiles über dessen volle Länge hinweg erfolgt.

3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass am Hals, zur Bildung des Einspannkopfes, zunächst eine rundherum laufende Kerbe in den Rohling eingebracht wird, die anschliessend durch einen Rollvorgang zu einer Rille verbreitert wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling während der Halsbildung unter einer zusätzlichen Zugspannung gehalten wird.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehmatrize (6) mindestens dreifach geteilt ist.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehmatrize (6) mit einer Schlittenführung versehen und mittels einer Antriebsvorrichtung (8) bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Spannfutter (3) eine Rollvorrichtung zum Einbringen der Rille (5) vorgeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass für die Relativbewegung der weiteren Spanneinrichtung (16) eine eigene Kraftquelle, z. B. eine Hydraulikeinrichtung (17) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehmatrize (6) und die Spanneinrichtung (16) an einer gemeinsamen Kraftquelle angeschlossen sind, wobei die Spanneinrichtung (16) über ein Gestänge (18) an der Ziehmatrize (6) oder einem Ziehschlitten (7) angelenkt und über Führungen (19) für das Gestänge (18) relativ zu der Ziehmatrize (6) bewegbar ist.