DE10062002A1 - Verfahren zum Drückwalzen sowie Drückwalzvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drückwalzen eines Werkstücks, bei dem eine Vorform des Werkstücks an einem Werkzeugdorm gespannt wird. Zum Ausformen eines Innenprofils wird eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeugdorn und einem Umformwerkzeug ausgeführt, wobei das Umformwerkzeug das Material der Vorform in ein am Werkzeugdorn ausgebildetes Außenprofil eindrückt. Des Weiteren wird die Vorform mit Hilfe eines Anschlagelementes in Längsrichtung des Werkzeugdorns vorgespannt, wobei zum Erzeugen einer in Umfangsrichtung der Vorform wirkenden, definierten Torsionsspannung das Anschlagelement auf die Vorform ein Drehmoment ausübt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drückwalzen eines Werkstücks mit Innenprofil, bei dem eine Vorform des Werk­ stücks an einen Werkzeugdorn gespannt wird, der in seiner Längsrichtung mit einem Außenprofil versehen ist, zum Aus­ formen des Innenprofils eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeugdorn und einem Umformwerkzeug um eine mit der Längsachse des Werkzeugdorns zusammenfallende Rotationsach­ se ausgeführt wird, wobei das Umformwerkzeug das Material der am Werkzeugdorn gespannten Vorform in das Außenprofil des Werkzeugdorns eingeformt wird, und die Vorform mit ihrer zum Werkzeugdorn gerichteten Stirnseite zumindest während des Einformens der Vorform in das Außenprofil an einem An­ schlagelement anliegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Drückwalzvorrichtung nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 9.

Das eingangs genannte Verfahren zum Drückwalzen sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Drückwalzvor­ richtung ist beispielsweise aus der DE 196 36 567 A1 oder der DE 198 30 816 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Verfah­ ren wird eine Vorform des Werkstücks an einen Werkzeugdorn mit Hilfe eines axial beweglichen Andrückelements gespannt. An der Mantelfläche des Werkzeugdorns ist ein Außenprofil ausgebildet, das komplementär zu dem zu fertigenden Innen­ profil, beispielsweise einer Geradverzahnung, einer Schräg­ verzahnung, einem Keilwellenprofil oder Ähnlichem, ausge­ bildet ist. Zum Ausformen des Innenprofils wird eine Rela­ tivbewegung zwischen dem Werkzeugdorn und einem Umformwerk­ zeug, beispielsweise einer Umformrolle, um eine mit der Längsachse des Werkzeugdorns zusammenfallende Rotationsach­ se ausgeführt, so dass Material der am Werkzeugdorn ge­ spannten Vorform in das Außenprofil des Werkzeugdorns ein­ geformt bzw. eingedrückt wird. Gegebenenfalls kann das Um­ formwerkzeug zusätzlich radial, d. h. quer zur Rotationsach­ se, und/oder axial, d. h. parallel zur Rotationsachse, be­ wegt werden.

Damit das Material der Vorform während des Drückwalzvor­ ganges nicht in axialer Richtung der Rotationsachse fließt, sondern in radialer Richtung umgelenkt wird und das Außen­ profil des Werkzeugdorns ausfüllt, wird sowohl in der DE 196 36 567 A1 als auch in der DE 198 30 816 C2 vorgeschla­ gen, ein Anschlagelement zu verwenden, an dem die auf den Werkzeugdorn gespannte Vorform mit ihrer einen Stirnseite anliegt. Durch die von dem Anschlagelement während des Ein­ formens erzeugte axiale Gegenkraft wird die axiale Längung des Werkstücks verlangsamt, so dass mehr Material in das Außenprofil des Werkzeugdorns fließen kann. Dies wiederum bewirkt, dass sich die Belastung auf die Werkzeugzähne des Außenprofils durch die axiale Umformkraft verringert.

Mit diesem bekannten Verfahren, bei dem ein Anschlagelement eingesetzt wird, kann Werkzeugverschleiß und Werkzeugbruch bereits in hohem Maße reduziert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren und die eingangs genannte Drückwalzvorrichtung so weiterzubilden, dass Werkzeugver­ schleiß und auch die Gefahr des Werkzeugbruchs weiter ver­ mindert und möglichst vermieden wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass das unter Vorspannung an der Vorform während des Einformens anliegen­ de Anschlagelement zum Erzeugen einer in Umfangsrichtung der Vorform an dieser wirkenden, definierten Torsionsspan­ nung ein definiertes Drehmoment auf die Vorform ausübt. Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine Drückwalzvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Drück­ walzvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angege­ ben.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass während des Drückwalzens zusätzlich zu den Umformkräften an der Vorform Torsionskräfte angreifen, die zu einem Verwinden der Vor­ form um die Rotationsachse führen können. Des Weiteren wur­ de erkannt, dass mit einem Anschlagelement die entstehenden Torsionskräfte aufgenommen und abgestützt werden können, so dass die Torsionskräfte über die Werkzeugverzahnung ver­ teilt am Werkzeugdorn angreifen und die Belastung auf die einzelnen Werkzeugzähne des Außenprofils entsprechend ver­ ringert ist.

Die Erfindung schlägt nun vor, durch das Anschlagelement zumindest während des Einformens auf die Vorform ein Dreh­ moment auszuüben, durch das in Umfangsrichtung der Vorform an dieser gezielt Torsionsspannungen entstehen. Beispiels­ weise ist das vom Anschlagelement ausgeübte Drehmoment da­ bei so bemessen, dass die entstehenden Torsionsspannungen die während des Einformens an der Vorform entstehenden Tor­ sionskräfte zumindest annähernd ausgleichen, so dass trotz des Einformens die Vorform allenfalls geringfügig verdrillt bzw. tordiert ist. Es kann aber auch eine Verdrillung ge­ zielt verstärkt werden, um etwa eine bessere Ausformung ei­ ner Schrägverzahnung zu erreichen.

Durch das vom Anschlagelement verursachte, definierte Dreh­ moment werden die während des Drückwalzens entstehenden Torsionskräfte in der Vorform ausgeglichen, so dass die an der Werkzeugverzahnung des Außenprofils des Werkzeugdorns auftretenden Umformkräfte geringer sind, folglich die Werk­ zeugverzahnung vergleichsweise geringen Belastungen ausge­ setzt ist und entsprechend weniger schnell verschleißt bzw. weniger zu Werkzeugbruch neigt als bei Verwendung des be­ kannten Verfahrens.

Zur definierten Erzeugung des Drehmomentes wird bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, das Anschlagele­ ment relativ zum Werkzeugdorn zu bewegen. Wird zur Erzeu­ gung der Relativbewegung des Werkzeugdorns zum Umformwerk­ zeug der Werkzeugdorn und damit die Vorform in Rotation versetzt, wird das gleichfalls rotierende Anschlagelement mit einer entsprechend geringeren oder höheren Drehzahl be­ trieben, um das gewünschte Gegendrehmoment zu erzeugen. Wird dagegen die Relativbewegung zwischen dem Werkzeugdorn und dem Umformwerkzeug durch eine umlaufende Bewegung des Umformwerkzeuges erzeugt, wird das Anschlagelement bezüg­ lich des Werkzeugdorns leicht verdreht, um das gewünschte Drehmoment an der Vorform zu erzeugen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Vorform beim Spannen am Werkzeugdorn gleichzeitig auch gegen das Anschlagelement gespannt, so dass bereits zu Be­ ginn des Einformens die Vorform entsprechend in axialer Richtung eingespannt ist und schon zu Beginn des Drückwal­ zens das Anschlagelement ein entsprechendes Drehmoment an der Vorform erzeugen kann.

Alternativ ist es möglich, das Anschlagelement erst zu ei­ nem späteren Zeitpunkt mit der Vorform in Berührung zu bringen, so dass das Umformwerkzeug die Vorform zunächst axial auf die gewünschte Länge ausformt, bevor das An­ schlagelement zum Einsatz kommt.

Da die Vorform üblicherweise nahe ihrer einen Stirnseite am Werkzeugdorn gehalten ist, sind die durch das Umformwerk­ zeug während des Einformens verursachten Torsionskräfte na­ he dieser Stirnseite vergleichsweise gering, während sie mit zunehmendem Abstand des Umformwerkzeuges von der Ein­ spannstelle zunehmen. Um eine besonders gleichmäßige Belas­ tung der Werkzeugverzahnung während des gesamten Umform­ vorganges zu gewährleisten, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens deshalb zusätzlich vorgeschlagen, das vom Anschlagelement in Um­ fangsrichtung der Vorform erzeugte Drehmoment zu erhöhen, je näher das Umformwerkzeug an das Anschlagelement heranbe­ wegt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die während des Umformens bei der Relativbewegung des Umformwerkzeuges bezüglich des Werkzeugdorns in Richtung des Anschlagelemen­ tes zunehmenden Torsionskräfte durch Erhöhen des vom An­ schlagelement verursachten Gegendrehmomentes auf einem zu­ lässigen Maß gehalten werden.

Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird ferner vor­ geschlagen, das vom Anschlagelement erzeugte Drehmoment mit geringer werdendem Abstand des Umformwerkzeuges zum An­ schlagelement linear oder auch progressiv zu erhöhen, um die vom Anschlagelement erzeugte Torsionsspannung gezielt an die während des Einformens entstehenden Torsionskräfte anpassen zu können.

Das vom Anschlagelement in Umfangsrichtung der Vorform er­ zeugte Drehmoment wird vorzugsweise in Abhängigkeit bekann­ ter Umformparameter wie dem Werkstoff, dem Umformgrad und Ähnlichem geregelt.

Bei der Erzeugung bestimmter Innenprofile am Werkstück, beispielsweise bei der Fertigung von Innen-Schrägverzahnun­ gen, wird ferner vorgeschlagen, ein hülsenförmiges An­ schlagelement zu verwenden, das ein Innenprofil aufweist, mit dem das Anschlagelement mit einem Abschnitt des am Werkzeugdorn ausgebildeten Außenprofils in Eingriff ge­ bracht wird. Während des Einformens wird das Anschlagele­ ment relativ zum Werkzeugdorn um die Rotationsachse derart gedreht, dass das Anschlagelement mit seinem Innenprofil unter Vorspannung am Außenprofil des Werkzeugdorns anliegt. In diesem Fall wird mit dem Anschlagelement nicht nur in Umfangsrichtung der Vorform gezielt ein Drehmoment erzeugt, sondern gleichzeitig die Werkzeugverzahnung des Außenpro­ fils des Werkzeugdorns während des Einformens abgestützt, wodurch insbesondere bei hohen Umformkräften ein Ausbrechen der Werkzeugverzahnung am Außenprofil des Werkzeugdorns verhindert wird.

Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, die in Längsrichtung der Vorform vom Anschlagelement erzeugte Vorspannkraft während Einfor­ mens zu erhöhen, je näher das Umformwerkzeug an das An­ schlagelement heranbewegt ist. Auf diese Weise wird er­ reicht, dass das in axialer Richtung fließende Material ab­ gestützt und in radialer Richtung umgelenkt wird, damit die Werkzeugverzahnung am Außenprofil des Werkzeugdorns auch nahe dem Anschlagelement vollständig mit Material aus­ gefüllt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Drückwalzvorrichtung, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist. Bei der erfin­ dungsgemäßen Drückwalzvorrichtung, wie sie im Patentan­ spruch 9 angegeben ist, ist gleichfalls ein Werkzeugdorn mit einem Außenprofil zum Ausformen der Vorform, ein Um­ formwerkzeug sowie ein Anschlagelement vorgesehen. Zur Er­ zeugung des Drehmomentes an der Vorform ist an der erfin­ dungsgemäßen Drückwalzvorrichtung eine Betätigungseinrich­ tung vorgesehen, durch welche das Anschlagelement in Um­ fangsrichtung der Vorform um die Rotationsachse relativ zum Werkzeugdorn verstellbar ist. Mit Hilfe der Betätigungsein­ richtung kann das Anschlagelement relativ zum Werkzeugdorn verstellt werden, um den zur Erzeugung des Drehmomentes gewünschten Versatz des Anschlagelementes zu der am Werk­ zeugdorn gespannten Vorform einzustellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Drückwalzvor­ richtung weist die Betätigungseinrichtung eine Antriebsein­ heit auf, die durch ein Übertragungselement mit dem An­ schlagelement gekoppelt ist, um das Anschlagelement um die Rotationsachse zu rotieren. Als Antriebseinheit wird hierzu beispielsweise ein elektrisch angesteuerter Servomotor oder auch ein Hydraulikmotor eingesetzt, mit dem die gewünschte Drehbewegung des Anschlagelementes eingestellt werden kann. Alternativ kann als Betätigungseinrichtung auch eine Brems­ einheit eingesetzt werden, die bei einem rotatorisch ange­ triebenen Werkzeugdorn das vom Werkzeugdorn mitangetriebene bzw. mitgeführte Anschlagelement zur Erzeugung des Drehmo­ mentes gezielt abbremst.

Als Übertragungselement wird bei einer bevorzugten Weiter­ bildung der Ausführungsform ein Zahnriemen verwendet, der mit einem an der Antriebseinheit vorgesehenen Ritzel und mit einer am Anschlagelement ausgebildeten Verzahnung in Eingriff steht. Durch die Verwendung des Zahnriemens ist es möglich, bereits bestehende Drückwalzvorrichtung ohne gro­ ßen Aufwand nachzurüsten. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, das Anschlagelement, so fern gewünscht, von der Antriebseinheit ohne großen Aufwand zu entkoppeln.

Alternativ wird als Übertragungselement ein mit dem An­ triebsritzel der Antriebseinheit in Eingriff stehendes Zahnrad eine Getriebeeinheit verwendet, die ihrerseits mit einer am Anschlagelement ausgebildeten Verzahnung in Ein­ griff steht. Als Getriebeeinheit wird beispielsweise ein einziges Zahnrad verwendet, das das Antriebsritzel der An­ triebseinheit unmittelbar mit der am Anschlagelement ausge­ bildeten Verzahnung koppelt. Alternativ ist es auch mög­ lich, die Getriebeeinheit als Unter- oder Übersetzungsge­ triebe auszubilden, das aus mehreren, gegebenenfalls auch schaltbaren Zahnrädern aufgebaut ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Drückwalzvor­ richtung wird als Betätigungseinrichtung mindestens ein am Anschlagelement oder am Werkzeugdorn vorgesehener Führungs­ zapfen verwendet, der in einer am Werkzeugdorn oder am An­ schlagelement ausgebildeten Nut geführt ist. Die Nut ist dabei so ausgebildet, dass das Anschlagelement bei einer Verschiebung entlang dem Werkzeugdorn eine rotatorische Be­ wegung bezüglich des Werkzeugdorns ausführt, wodurch in der am Werkzeugdorn gespannten Vorform die gewünschte Torsions­ spannung erzeugt wird.

Die Nut kann bei dieser Ausführungsform der Betätigungsein­ richtung schräg oder auch kurvenförmig ausgebildet sein. Des Weiteren wird bei einer dritten möglichen Ausführungs­ form der Drückwalzvorrichtung vorgeschlagen, als Hetätig­ tungseinrichtung eine das Anschlagelement mit dem Werkzeug­ dorn koppelnde Federanordnung zu verwenden, deren Feder­ kraft in Umfangsrichtung des Anschlagelementes derart wirkt, dass die Federkraft mit zunehmender Verdrehung des Anschlagelementes relativ zur Federanordnung linear oder progressiv zunimmt. Die Verwendung einer Federanordnung als Betätigungseinrichtung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Werkzeugdorn in Rotation versetzt wird, wobei das unter Vorspannung an der Vorform anliegende Anschlag­ element mitgenommen wird. Kommt es während des Drückwalzens zur Bildung von Torsionsspannungen an der Vorform wird das Anschlagelement gegen die Kraft der Federanordnung bezüg­ lich des Werkzeugdorns ausgelenkt. Mit zunehmender Verdre­ hung des Anschlagelementes relativ zur Federanordnung nimmt jedoch die Federkraft linear bzw. progressiv zu, so dass mit zunehmender durch das Drückwalzen erzeugter Torsions­ spannung in der Vorform auch das vom Anschlagelement er­ zeugte Gegendrehmoment zunimmt. Durch die Verwendung der Federanordnung als Betätigungseinrichtung wird also ein un­ mittelbar von den tatsächlich wirkenden Umformbedingungen abhängiges Gegendrehmoment vom Anschlagelement erzeugt, durch das die gewünschten Gegentorsionsspannungen entste­ hen.

α

Um die in axialer Richtung des Werkzeugdorns wirkenden Vor­ spannkräfte des Anschlagelementes variieren zu können, wird ferner vorgeschlagen, das Anschlagelement in Längsrichtung des Werkzeugdorns verschieblich zu lagern, und durch eine Spannvorrichtung in Richtung des freien Endes des Werkzeug­ dorns vorspannbar zu gestalten. Dadurch ist es möglich, entsprechend den tatsächlichen Umformbedingungen während des Drückwalzens die Vorspannkräfte des Anschlagelementes in axialer Richtung einzustellen.

Um ein Durchrutschen der Vorform bezüglich des Anschlagele­ mentes während des Drückwalzens zu verhindern, wird bei ei­ ner bevorzugten Ausführungsform der Drückwalzvorrichtung ferner vorgeschlagen, die mit der Vorform in Berührung kom­ mende Stirnseite des Anschlagelementes aufzurauhen, zu rändeln oder mit einer Verzahnung zu versehen, die beim Einspannen der Vorform mit der Vorform in Eingriff kommt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand dreier Ausführungs­ beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels einer Drückwalzvorrichtung mit einem verstellbaren Anschlagelement;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines zum ersten Aus­ führungsbeispiel ähnlichen zweiten Aus­ führungsbeispiels einer Drückwalzvorrich­ tung, bei der das Anschlagelement eine mit der Außenverzahnung eines Werkzeugdorns in Eingriff stehende Innenverzahnung aufweist;

Fig. 3 eine Schnittansicht der in Fig. 2 gezeigten Drückwalzvorrichtung entlang der Schnittli­ nie A-A in Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines dritten Ausfüh­ rungsbeispiels einer Drückwalzvorrichtung, bei der als Betätigungseinrichtung für das Anschlagelement ein in eine Nut eingreifen­ der Führungszapfen verwendet wird; und

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Nut mit darin ge­ führtem Führungszapfen.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines ersten Ausführungs­ beispiels einer Drückwalzvorrichtung 10. Die Drückwalzvor­ richtung 10 weist einen Werkzeugdorn 11 auf, dessen nicht dargestelltes Ende in bekannter Weise an einem Rotations­ antrieb der Drückwalzvorrichtung 10 angeflanscht ist. Am in Fig. 1 rechts dargestellten freien Ende des Werkzeugdorns 11 ist an dessen Außenumfangsfläche eine als Werkzeugver­ zahnung dienende Außenverzahnung 12 ausgebildet, mit der, wie später noch erläutert wird, das gewünschte Innenprofil im betreffenden Werkstück ausgeformt wird.

Vom Werkzeugdorn 11 steht konzentrisch zu dessen Rotations­ achse R ein Zentrierdorn 13 von der Stirnseite des Werk­ zeugdorns 11 ab. Der Zentrierdorn 13 dient zum Ausrichten und Zentrieren eines Andrückelementes 14, das in axialer Richtung der Rotationsachse R zwischen einer Freigabestel­ lung, in der es beabstandet zur Stirnseite des Werkzeugdorns 11 angeordnet ist, und einer Spannstellung bewegt werden kann, in der das Andrückelement 14 eine Vorform 15 an der Stirnseite des Werkzeugdorns 11 verspannt und sichert.

Des Weiteren weist die Drückwalzvorrichtung 10 ein auf den Werkzeugdorn 11 aufgeschobenes, hülsenförmiges Anschlagele­ ment 16 auf, das an seinem dem Andrückelement 14 abgewand­ ten Ende an Druckbolzen 17 einer in einem Gehäuse 18 aufge­ nommenen, nicht dargestellten Spannvorrichtung, beispiels­ weise einer Tellerfederanordnung, anliegt.

Am anderen Ende des Anschlagelementes 16 weist das An­ schlagelement 16 einen Abschnitt 19 größeren Innendurchmes­ sers auf, mit dem das Anschlagelement 16 über die am Werk­ zeugdorn 11 ausgebildete Außenverzahnung 12 geschoben wer­ den kann, ohne dass das Anschlagelement 16 mit der Außen­ verzahnung 12 in Berührung kommt. An der Stirnseite 20 des Anschlagelementes 16 ist eine nicht dargestellte Verzahnung ausgebildet, deren Zweck später noch erläutert wird. Die Stirnseite 20 des Anschlagelementes 16 geht in einen sich kegelförmig erweiternden Mantelabschnitt 21 über, der sei­ nerseits in einen zylindrischen Abschnitt des Anschlagele­ mentes 16 ausläuft.

Als Umformwerkzeug werden bei der dargestellten Drückwalz­ vorrichtung 10 mehrere Wälzkörper 22 verwendet, die sich gleichmäßig verteilt an einem in einem Werkzeugträger 23 gehaltenen Außenring 24 abstützen. Die Wälzkörper 22 ver­ laufen unter einem vorgegebenen Winkel bezüglich der Rota­ tionsachse R des Werkzeugdorns 11 geneigt, wobei die Nei­ gungswinkel der Wälzkörper 22 in etwa dem Kegelwinkel ent­ sprechen, mit dem der kegelförmig erweiterte Mantelab­ schnitt 21 des Anschlagelementes 16 bezüglich der Rota­ tionsachse R verläuft. Die Wälzkörper 22 sind in bekannter Weise mit Hilfe eines Tragkörpers 25 mit daran angeschraub­ ten Halteelementen 26 gegen Herausfallen aus dem Werkzeug­ träger 23 gesichert. An Stelle des gezeigten Umformwerkzeu­ ges kann beispielsweise auch eine einzelne Drückrolle ver­ wendet werden.

Wie Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, ist nahe der Druckbol­ zen 17 am Außenumfang des Anschlagelementes 16 eine Verzah­ nung 27 ausgebildet, die mit einem gestrichelt dargestell­ ten Zahnriemen 28 einer Betätigungseinrichtung in Eingriff steht. Der Zahnriemen 28 steht seinerseits mit einem nicht dargestellten Antriebsritzel eines Stellmotors der Betäti­ gungseinrichtung in Eingriff. Mit Hilfe des Zahnriemens 28 der Betätigungseinrichtung ist es möglich, das Anschlagele­ ment 16, das unter einer Vorspannung von gegebenenfalls mehreren 100 kN an der Stirnseite der Vorform 15 anliegt und diese gegen das Andrückelement 14 drückt, bezüglich des Andrückelementes 14 in Umfangsrichtung der Vorform 15 zu verdrehen.

Zum Drückwalzen wird zunächst das Andrückelement 14 in seine Freigabestellung bewegt und anschließend die gege­ benenfalls topfförmig tiefgezogene Vorform 15 auf den Werk­ zeugdorn 11 aufgeschoben. Anschließend wird das Andrückele­ ment 14 in seine Spannstellung bewegt, in der es die Vor­ form 15 gegen die Stirnseite des Werkzeugdorns 11 drückt, wobei die Vorform 15 gleichzeitig mit der Stirnseite ihres topfförmigen Randabschnittes an der Stirnseite 20 des An­ schlagelementes 16 zur Anlage kommt und dieses gegen die Kraft der nicht dargestellten Spanneinrichtung verlagert. Anschließend wird der Werkzeugdorn 11 gemeinsam mit dem An­ schlagelement 16 und dem Andrückelement 14 in Drehung ver­ setzt, während gleichzeitig der Werkzeugträger 23 ausgehend vom Andrückelement 14 in Richtung des Anschlagelementes 16 entlang der Rotationsachse R bewegt wird. Dabei kommen die Wälzkörper 22 des Werkzeugträgers 23 mit der Vorform 15 in Berührung, wobei das Material der Vorform 15 in die Außen­ verzahnung 12 des Werkzeugdorns 11 derart gedrückt wird, dass die Innenverzahnung in der Vorform 15 ausgebildet wird. Während des Drückwalzvorganges verhindert das an der Stirnseite der Vorform 15 anliegende Anschlagelement 16 zu­ mindest teilweise ein axiales Fließen des Materials der Vorform 15 in Richtung der Rotationsachse R, so dass das Material durch die Drückkraft der Wälzkörper 22 in die Außenverzahnung 12 des Werkzeugdorns 11 fließt. Um dennoch ein axiales Fließen des Materials zu ermöglichen, ist das Anschlagelement 16 verschieblich angeordnet und kann gegen die Kraft der nicht dargestellten Spannvorrichtung verla­ gert werden.

Durch die von den Wälzkörpern 22 verursachten Umformkräfte, kommt es zur Ausbildung von Torsionsspannungen in der Vor­ form 15. Je weiter das Umformwerkzeug mit seinen Wälzkör­ pern 22 vom Andrückelement 14 wegbewegt ist, führen die Um­ formkräfte aufgrund des zunehmenden Abstandes der betref­ fenden Umformstelle zum Einspannpunkt zu einer kontinuier­ lichen Zunahme der Torsionsspannungen in der Vorform 15.

Um ein zu starkes Tordieren der Vorform 15 zu vermeiden, wird nun das Anschlagelement 16 von der Betätigungseinrich­ tung mit Hilfe des Zahnriemens 28 bezüglich des Andrückele­ mentes 14 um die Rotationsachse R so verdreht, dass die in der Vorform 15 durch das Drückwalzen entstehenden Tor­ sionskräfte durch das entgegenwirkende Drehmoment und die dadurch verursachten entgegenwirkenden Torsionsspannungen zumindest teilweise ausgeglichen werden. Dabei verhindert die an der Stirnseite 20 des Anschlagelementes 16 ausgebil­ dete Verzahnung, die mit der Stirnseite der Vorform 15 in Eingriff steht, ein Durchrutschen des Anschlagelementes 16 bezüglich der Vorform 15. Das Anschlagelement 16 bewirkt also ein Gegendrehmoment, das der durch die Wälzkörper 22 verursachten Verdrillung der Vorform 15 entgegenwirkt, so dass eine übermäßige Belastung der Abschnitte der Außenver­ zahnung 12, insbesondere nahe der Stirnseite der Vorform 15 verhindert wird.

Da die durch das Drückwalzen entstehenden Torsionskräfte mit zunehmendem Abstand des Umformwerkzeuges, d. h. der Wälzkörper 22, vom Andrückelement 14 zunehmen, wird das von der Betätigungseinrichtung erzeugte Gegendrehmoment, das durch das Anschlagelement 16 auf die Vorform 15 übertragen wird, gleichfalls linear oder, so fern dies erforderlich ist, auch progressiv durch die Steuerung des nicht darge­ stellten Stellmotors erhöht.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Drück­ walzvorrichtung 10 wurde eine topfförmig ausgebildete Vor­ form 15 verwendet. Alternativ ist es auch möglich, anfäng­ lich eine Ronde am Werkzeugdorn 11 einzuspannen, die durch eine entsprechend gestaltete Drückrolle zunächst in eine Topfform gewalzt wird.

In den Fig. 2 und 3 ist ein alternatives Ausführungsbei­ spiel einer Drückwalzvorrichtung 30 gezeigt, deren Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau der Drückwalzvorrichtung 10 ent­ spricht, so dass identische Hauteile mit identischen Be­ zugszeichen bezeichnet sind. Der einzige Unterschied der Drückwalzvorrichtung 30 zu der zuvor beschriebenen Drück­ walzvorrichtung 10 besteht in dem verwendeten Anschlagele­ ment 31.

Das Anschlagelement 31 entspricht im Wesentlichen dem zuvor beschriebenen Anschlagelement 16, wobei jedoch an dem Ab­ schnitt 32 größeren Durchmessers eine Innenverzahnung 33 ausgebildet ist, die komplementär zu der am Werkzeugdorn 11 ausgebildeten Außenverzahnung 12 ausgebildet ist und mit dieser in Eingriff steht, wie Fig. 3 zeigt, wenn das An­ schlagelement 31 an der Vorform 15 anliegt. Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel weist die Drückwalzvorrichtung 30 eine Betätigungseinrichtung auf, die mit Hilfe des Zahn­ riemens 28 das Anschlagelement 31 relativ zum Andrückele­ ment 14 um die Rotationsachse R verdrehen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch ein relatives Verdrehen des Anschlagelementes 31 zum Andrückelement 14 nur so weit möglich, als es die miteinander in Eingriff stehenden Ver­ zahnungen 12 und 33 zulassen. Das Anschlagelement 31 er­ füllt folglich bei der Drückwalzvorrichtung 30 zusätzlich die Aufgabe, an den einzelnen Zähnen der Außenverzahnung 12 des Werkzeugdorns 11 Stützkräfte zu erzeugen, die die ein­ zelnen Zähne der Außenverzahnung 12 beim Drückwalzen ab­ stützen, während das Anschlagelement 31 gleichzeitig. ein entsprechendes Drehmoment an der Vorform 15 bewirkt, durch das ein Verdrillen der Vorform 15 während des Drückwalzens zumindest teilweise verhindert ist.

In den Fig. 4 und 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Drückwalzvorrichtung 14 nach der Erfindung offenbart. Der Aufbau der Drückwalzvorrichtung 40 entspricht gleich­ falls im Wesentlichen dem Aufbau der Drückwalzvorrichtung 10, so dass identische Bauteile mit identischen Bezugszei­ chen bezeichnet sind. Einziger Unterschied der Drückwalz­ vorrichtung 40 gegenüber der Drückwalzvorrichtung 10 be­ steht in dem verwendeten Anschlagelement 41 und der gemein­ sam mit dem Anschlagelement 41 verwendeten Betätigungsein­ richtung 42. So weist die Betätigungseinrichtung 42 mehre­ re, gleichmäßig über den Umfang des Anschlagelementes 41 verteilte, an diesem befestigte Führungszapfen 43 auf, von denen in Fig. 4 aus Darstellungsgründen nur ein Führungs­ zapfen 43 zu sehen ist. Jeder Führungszapfen 43 ragt radial nach innen in die Zentralbohrung des hülsenförmigen An­ schlagelementes 41 in eine von mehreren an der Mantelfläche des Werkzeugdorns 44 ausgebildeten Stellnuten 45.

Wie Fig. 5 zeigt, in der eine der Stellnuten 45 in Drauf­ sicht gezeigt ist, verlaufen die Stellnuten 45 unter einem Winkel α schräg zur Längsrichtung der Rotationsachse R, so dass bei einem Verschieben des Anschlagelementes 41 ent­ lang des Werkzeugdorns 44 das Anschlagelement 41 durch die in den Stellnuten 45 aufgenommenen Führungszapfen 43 um die Rotationsachse R verdreht wird.

Wird nun während des Drückwalzens die Vorform 15 axial ge­ längt, bewirkt die axiale Längung der Vorform 15 in Rich­ tung der Rotationsachse R eine Verlagerung des Anschlagele­ mentes 41 gegen die Kraft der nicht dargestellten Spannvor­ richtung. Durch die Verlagerung des Anschlagelementes 41 entlang dem Werkzeugdorn 44 wird das Anschlagelement 41 durch die mit den Stellnuten 45 in Eingriff stehenden Füh­ rungszapfen 43 relativ zu dem Andrückelement 14 verdreht, so dass an der Vorform 15 entsprechende Torsionsspannungen entstehen, die den während des Drückwalzens verursachten Torsionskräften entgegenwirken.

Bei einer Abwandlung des in den Fig. 4 und 5 gezeigten Aus­ führungsbeispiels verlaufen die Stellnuten 45 kurvenförmig, so dass mit zunehmender axialer Verschiebung des Anschlag­ elementes 41 das von diesem erzeugte Gegendrehmoment ent­ sprechend überproportional zunimmt.

Claims (19)

1. Verfahren zum Drückwalzen eines Werkstücks mit Innen­ profil, bei dem

• - eine Vorform (15) des Werkstücks an einen Werkzeug­ dorn (11; 44) gespannt wird, der in seiner Längsrichtung mit einem Außenprofil (12) versehen ist,
• - zum Ausformen des Innenprofils eine Relativbewe­ gung zwischen dem Werkzeugdorn (11; 44) und einem Umformwerkzeug (22) um eine mit der Längsachse des Werkzeugdorns (11; 44) zusammenfallende Rotations­ achse (R) ausgeführt wird, wobei das Umformwerkzeug (22) das Material der am Werkzeugdorn (11; 44) ge­ spannten Vorform (15) in das Außenprofil (12) des Werkzeugdorns (11; 44) einformt, und
• - die Vorform (15) mit ihrer zum Werkzeugdorn (11; 44) gerichteten Stirnseite zumindest während des Einformens der Vorform (15) in das Außenprofil (12) an einem Anschlagelement (16; 31; 41) anliegt,

dadurch gekennzeichnet, dass das unter Vorspannung an der Vorform (15) während des Einformens anliegende Anschlagelement (16; 31; 41) zum Erzeugen einer in Umfangsrichtung der Vorform (15) an dieser wirkenden, definierten Torsionsspannung ein definiertes Drehmoment auf die Vorform (15) ausübt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (16; 31; 41) zum Erzeugen des Drehmomentes relativ zum Werkzeugdorn (11; 44) bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (15) beim Spannen am Werkzeugdorn (11; 44) gleichzeitig gegen das Anschlagelement (16; 31; 41) gespannt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (22) während des Einformens eine Relativbewegung bezüglich des Werkzeugdorns (11; 44) entlang der Rotationsachse (1) in Richtung des An­ schlagelementes (16; 31; 41) erfährt und dass das vom Anschlagelement (16; 31; 41) in Umfangsrichtung der Vorform (15) erzeugte Drehmoment erhöht wird, je näher das Umformwerkzeug (22) an das Anschlagelement (16; 31; 41) heranbewegt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment mit geringer werdendem Abstand des Umformwerkzeugs (22) zum Anschlagelement (16; 31; 41) linear oder progressiv erhöht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Anschlagelement (16; 31; 41) in Umfangs­ richtung der Vorform (15) erzeugte Drehmoment in Abhängigkeit vom Werkstoff und/oder in Abhängigkeit vom Umformgrad und/oder in Abhängigkeit vom Wider­ standsmoment der Vorform (15) geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein hülsenförmiges Anschlagelement (31) mit einem Innenprofil (33) verwendet wird, mit dem das Anschlag­ element (31) mit einem Abschnitt des Außenprofils (12) des Werkzeugdorns (11; 44) vor dem Einformen oder wäh­ rend des Einformens in Eingriff gebracht wird, und dass das Anschlagelement (31) derart relativ zum Werk­ zeugdorn (11; 44) um die Rotationsachse (R) gedreht wird, dass das Anschlagelement (31) mit seinem Innen­ profil (33) unter Vorspannung am Außenprofil (12) des Werkzeugdorns (11; 44) anliegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (22) während des Einformens eine Relativbewegung bezüglich des Werkzeugdorns (11; 44) entlang der Rotationsachse (R) in Richtung des An­ schlagelements (16; 31; 41) erfährt und dass die in Längsrichtung der Vorform (15) vom Anschlagelement (16; 31; 41) erzeugte Vorspannkraft erhöht wird, je näher das Umformwerkzeug (22) an das Anschlagelement (16; 31; 41) heranbewegt ist.

9. Drückwalzvorrichtung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit
einem Werkzeugdorn (11; 44), an dem ein Außenprofil (12) zum Ausformen eines Innenprofils an einer Vorform (15) ausgebildet ist,
einem Umformwerkzeug (22) zum Einformen von Mate­ rial der Vorform (15) in das Außenprofil (12) während eines Drückwalzvorganges, wobei der Werk­ zeugdorn (11; 44) und das Umformwerkzeug (22) rela­ tiv zueinander um eine mit der Längsrichtung des Werkzeugdorns (11; 44) zusammenfallende Rota­ tionsachse (R) rotierbar sind, und
einem am Werkzeugdorn (11; 44) vorgesehenen An­ schlagelement (16; 31; 41), an dem die Vorform (15) zumindest während des Drückwalzens anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Anschlagelement (16; 31; 41) gegenüber dem Werkzeugdorn verdrehbar gelagert ist und
dass an der Drückwalzvorrichtung (10; 30; 40) eine Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem Anschlagelement (16); 31; 41) derart zusammen­ wirkt, dass das Anschlagelement (16; 31, 41) beim Drückwalzen an der Vorform (15) ein Drehmoment aus­ übt.

10. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung eine Antriebseinheit aufweist, die durch ein Übertragungselement (28) zum Rotieren des Anschlagelementes (16) um die Rotations­ achse (R) mit dem Anschlagelement (16) gekoppelt ist.

11. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement ein Zahnriemen (28) ist, der mit einem an der Antriebseinheit vorgesehenen Rit­ zel und mit einer am Anschlagelement (16) ausgebilde­ ten Verzahnung (27) in Eingriff steht.

12. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement ein mit dem Antriebs­ ritzel der Antriebseinheit in Eingriff stehendes Zahn­ rad einer Getriebeeinheit ist und dass die aus mindestens einem Zahnrad gebildete Ge­ triebeeinheit mit einer am Anschlagelement ausgebil­ deten Verzahnung in Eingriff steht.

13. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung mindestens einen am Anschlagelement (41) oder am Werkzeugdorn (41) vorge­ sehenen Führungszapfen (43) aufweist, der in einer am Werkzeugdorn (44) oder am Anschlagelement (41) ausge­ bildeten Nut (45) derart geführt ist, dass das An­ schlagelement (41) bei einer Verschiebung entlang dem Werkzeugdorn (44) eine rotatorische Bewegung bezüglich des Werkzeugdorns (44) ausführt.

14. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (45) schräg oder kurvenförmig bezüglich der Verschieberichtung des Anschlagelementes (41) verläuft.

15. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung eine das Anschlagele­ ment mit dem Werkzeugdorn koppelnde Federanordnung aufweist, deren Federkraft in Umfangsrichtung des An­ schlagelementes derart wirkt, dass die Federkraft mit zunehmender Verdrehung des Anschlagelementes relativ zur Federanordnung linear oder progressiv zunimmt.

16. Drückwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (16; 31; 41) in Längsrichtung des Werkzeugdorns (11; 44) verschieblich gelagert und durch eine Spannvorrichtung (17) in Richtung des frei­ en Endes des Werkzeugdorns (11; 44) vorspannbar ist.

17. Drückwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das am Werkzeugdorn (11) ausgebildete Außenprofil (12) eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung ist und dass das Anschlagelement (31) eine entsprechend gestaltete Innenverzahnung (33) aufweist, mit der das Anschlagelement (31) mit der am Werkzeugdorn (11) ausgebildeten Außenverzahnung (12) in Eingriff bring­ bar ist.

18. Drückwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (16; 31; 41) an seiner mit der Vorform (15) in Berührung kommenden Stirnseite (20) aufgerauht, gerändelt oder verzahnt ist.