DE102004014705A1

DE102004014705A1 - Fertigungsverfahren für Sechskantschlüssel mit Kugelkopf aus Sechskantdraht (Spanlos)

Info

Publication number: DE102004014705A1
Application number: DE102004014705A
Authority: DE
Inventors: Johann Köpf
Original assignee: Otto Bihler Handels Beteiligungs GmbH
Current assignee: Otto Bihler Handels Beteiligungs GmbH
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-13
Also published as: DE202004021636U1

Abstract

In einem Verfahren zur Herstellung einer Endkontur (48, 63), insbesondere eines Werkzeugs wie etwa eines Innensechskant-Schraubendrehers, an einem Langmaterial (46), insbesondere an einem Stangenmaterial (46), besonders bevorzugt an einem metallischen Sechskantdraht (46), wird die Endkontur (48, 63) erfindungsgemäß spanlos unter Einsatz eines Prägeverfahrens hergestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Endkontur, insbesondere eines Werkzeugs wie etwa eines Innensechskant-Schraubendrehers, an einem Langmaterial, insbesondere an einem Stangenmaterial, besonders bevorzugt an einem metallischem Sechskantdraht, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung von wesentlichen Schritten des Verfahrens. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Innensechskant-Schraubendrehers mit Kugelkopf.
Endkonturen an Werkzeugen, insbesondere ein Kugelkopf an einem Innensechskant-Schraubendreher, werden in der Regel durch spanende Bearbeitung erzeugt. Der Kugelkopf eines Schraubendrehers dient dazu, einem Werker die Möglichkeit zu geben, den bereits in eine Werkzeugeingriffsausnehmung einer Innensechskantschraube eingesteckten Innensechskant-Schraubendreher bezüglich der Schraubenlängsachse zu neigen, um so ein Drehmoment auch auf schwer zugängliche Schrauben ausüben zu können. Derartige Kugelköpfe werden an ein freies Längsende eines zur Werkzeugherstellung bestimmten Sechskantdrahtes angefräst.
Zwar können zur Verkürzung der Herstellzeit von Kugelköpfen an zwei gegenüberliegenden Seiten des Sechskantdrahtes gleichzeitig Fräswerkzeuge angreifen, dennoch ist die spanende Bearbeitung zeitaufwendig. Die ist insbesondere darin begründet, dass die am Werkstück in der Regel verwendeten Werkzeugstähle aufgrund ihrer Materialeigenschaften sie bearbeitende Schneiden sehr stark beanspruchen. Aus diesem Grunde müssen Schneidwerkzeuge zur Bearbeitung von Werkzeughalbzeugen oder -ausgangsstücken verschleißbedingt sehr häufig ausgetauscht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Endkontur, insbesondere eines Werkzeugs wie etwa eines Innen sechskant-Schraubendrehers, anzugeben, mit welchem die Endkontur schnell und mit hoher Standzeit der die Kontur erzeugenden Werkzeuge herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem die Endkontur spanlos unter Einsatz eines Prägeverfahrens hergestellt wird.

Anstelle eines spanabhebenden Fertigungsverfahrens umfasst das Herstellverfahren der Endkontur Prägen als spanloses Umformverfahren. Durch Prägen kann eine geometrisch ausreichend genaue Endkontur erhalten werden, wobei gleichzeitig die Prägewerkzeuge wesentlich geringerem Verschleiß als die bisher benutzten Schneidwerkzeuge unterliegen. Mit einem Satz von Prägewerkzeugen kann somit eine wesentlich größere Anzahl an Endkonturen erzeugt werden als mit einem Satz von Schneidwerkzeugen.

Bei der Endkontur kann es sich gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung um eine in Umfangsrichtung um das Langmaterial umlaufende Eingriffsflächenkontur handeln, wie sie etwa ein Kugelkopf an einem Innensechskant-Schraubendreher darstellt. Da ein Kugelkopf einen hohen Umformgrad erfordert, hat die Fachwelt bisher von der Anwendung von Prägeverfahren zu seiner Herstellung abgesehen. Dies insbesondere deshalb, weil das unmittelbar an den Kugelkopf anschließende Langmaterial häufig verjüngt mit geringerem Querschnitt ausgebildet ist und somit eine geringere Steifigkeit als das verbleibende Langmaterial aufweist.

Dann kommt der Vorteil hinzu, dass durch die spanlose Formgebung einer Eingriffsflächenkontur als Endkontur eine Kaltverfestigung am umgeformten Abschnitt des Langmaterials bewirkt wird, so dass auch eine durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Eingriffsflächenkontur eine höhere Standzeit aufweist als die gleiche durch spanende Fertigung erzeugte Eingriffsflächenkontur.

In der Regel werden ein oder mehrere Prägewerkzeuge zur spanlosen Formgebung in das Langmaterial eingedrückt. Dabei führen sie eine Bewegung aus, welche zumindest auch eine Bewegungskomponente in radialer Richtung bezogen auf eine Längsmittelachse des Langmaterials aufweist.

Damit bei der Zustellung von Prägewerkzeugen in radialer Richtung kein Verklemmen zwischen diesen auftritt und die Prägetiefe frei einstellbar ist, ist es vorteilhaft, wenn das Prägen der Eingriffsflächenkontur (Konturprägen) ein aufeinander folgendes Aufprägen von einzelnen Flächenkonturabschnitten auf vorbestimmte Umfangsabschnitte umfasst.

Würde man dagegen versuchen, den gesamten Umfang des Langmaterials in einem Schritt zu prägen, könnten Prägewerkzeuge nur so lange in radialer Richtung in das Langmaterial zugestellt werden, bis sie in Umfangsrichtung aneinander anliegen und sich so gegenseitig an einer weiteren Radialzustellung hindern.

Hierzu ist es in vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, wenn das Konturprägen einen ersten Prägeteilschritt umfasst, bei welchem drei erste Flächenkonturabschnitte mit Abstand in Umfangsrichtung voneinander auf das Langmaterial aufgeprägt werden. Bei drei Flächenkonturabschnitten, welche während eines einzigen Prägeteilschritts erzeugt werden, kann ein sehr großer Teil des Gesamtumfangs bereits mit der gewünschten Flächenkontur versehen werden, ohne dass eine nennenswerte Beschränkung der Werkzeuge oder der möglichen Eindringtiefe der Prägewerkzeuge vorliegt.

Vorzugsweise liegen die drei ersten Flächenkonturabschnitte in Umfangsrichtung mit gleichem Abstand voneinander entfernt, da dies zu einer sehr günstigen Prägekrafteinleitung in das Langmaterial führt. Besonders bevorzugt werden drei Prägewerkzeuge mit einem Winkelabstand von ca. 120° in radialer Richtung in das Langmaterial gleichzeitig eingedrückt. Durch diese symmetrische Krafteinleitung in das Langmaterial braucht dieses an der Prä gestelle nicht eigens gelagert oder abgestützt zu werden.

Zur Vervollständigung des Konturprägens nach dem ersten Prägeteilschritt kann dieses einen zweiten Prägeteilschritt umfassen, bei welchem drei in Umfangsrichtung verlaufende zweite Flächenkonturabschnitte mit gleichem Abstand längs der Umfangsrichtung auf das Langmaterial aufgedrückt werden, wobei die zweiten Flächenkonturabschnitte die ersten Flächenkonturabschnitte zu einer umlaufenden Eingriffskontur verbinden. Für den zweiten Prägeteilschritt gilt hinsichtlich der Krafteinleitung und der Lage der zweiten Flächenkonturabschnitte das oben in Bezug auf den ersten Prägeteilschritt Gesagte entsprechend.

Eine möglicherweise erforderliche Nachbearbeitung der Eingriffskontur, um Prägegrate oder Prägekämme im Langmaterial bzw. genauer an der erzeugten Eingriffskontur zu entfernen, kann vermieden oder zumindest reduziert werden, wenn Endbereiche der zweiten Flächenkonturabschnitte Endbereiche der ersten Flächenkonturabschnitte in Umfangsrichtung überlappen. Mit Endbereichen sind dabei Endabschnitte eines erzeugten Flächenkonturabschnitts in Umfangsrichtung des Langmaterials gemeint. Durch diese Maßnahme werden nach dem ersten Prägeschritt im Langmaterial möglicherweise vorhandene Stufen in Umfangsrichtung nicht zu Graten umgeformt, sondern vielmehr im zweiten Prägeschritt plattgedrückt und weitestgehend eingeebnet.

Eine besonders hohe Qualität der Eingriffskontur aufgrund der hohen erreichbaren geometrischen Genauigkeit kann dadurch erreicht werden, dass das Konturprägen in zwei Prägestufen ausgeführt wird, wobei die in der ersten Prägestufe geleistete Umformarbeit größer als die in der zweiten Prägestufe geleistete Umformarbeit ist.

Eine noch höhere Qualität kann dabei erhalten werden, wenn jede Prägestufe den ersten und den oben beschriebenen zweiten Prägeteilschritt umfasst. In einem solchen Falle werden Grate oder sonstige Unebenheiten in Umfangsrichtung nahezu vollständig vermieden, wobei gleichzeitig eine Eingriffskontur sehr schnell mit hoher geometrischer Präzision erzeugt werden kann.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Endkontur eine an einem Längsende des Langmaterials um diese umlaufende Fase sein. Diese kann sehr einfach durch Einprägen einer in Umfangsrichtung des Langmaterials um dieses umlaufenden Kerbe und anschließendem Durchtrennen des Langmaterials an der Kerbe erzeugt werden. Die Verjüngung des Langmaterials zur engsten Stelle der Kerbe hin entspricht dabei vorteilhafterweise im Wesentlichen der Verjüngung der gewünschten Fase.

Für das Einprägen der Kerbe gilt das zuvor in Bezug auf das Aufprägen der Flächenkontur Gesagte entsprechend. Vorteilhaft ist daher, die Kerbe derart einzuprägen, dass die in radialer Richtung bezogen auf die Langmaterialmittelachse zugestellten Prägewerkzeuge bei ihrer radialen Vorschubbewegung nicht in Anlage aneinander geraten und sich dadurch in ihrer Vorschubbewegung behindern. Dies kann, wie zuvor, dadurch erreicht werden, dass der Kerbprägeschritt ein aufeinander folgendes Einprägen von Einkerbungen in vorbestimmte Umfangsabschnitte umfasst.

Eine besonders gleichmäßige Krafteinleitung der Prägekraft ohne erforderliche Lagerung oder Abstützung des Langmaterials an der Prägestelle kann erreicht werden, wenn der Kerbprägeschritt einen ersten Kerbprägeteilschritt umfasst, bei welchem drei in Umfangsrichtung verlaufende erste Einkerbungen mit vorzugsweise gleichem Abstand in Umfangsrichtung in das Langmaterial eingedrückt werden.

Zur Vervollständigung der im ersten Kerbprägeteilschritt erhaltenen Kerbumfangsabschnitte kann der Kerbprägeschritt einen zweiten Kerbprägeteilschritt umfassen, bei welchem drei in Umfangsrichtung verlaufende zweite Einkerbungen mit vorzugsweise gleichem Abstand in Umfangsrichtung in das Langmaterial eingedrückt werden, wobei die zweiten Einkerbungen die ersten Einkerbungen zu einer umlaufenden Kerbe verbinden.

Auch hier gilt, dass aus Gründen einer besonders symmetrischen und daher vorteilhaften Krafteinleitung in das Langmaterial im ersten Kerbprägeteilschritt und bevorzugt auch im zweiten Kerbprägeteilschritt jeweils drei Prägewerkzeuge, welche mit einem Winkelabstand von ca. 120° um den Umfang des Sechskant-Langmaterials angeordnet sind, in radialer Richtung in das Langmaterial eingedrückt werden. Wenn die Prägewerkzeuge für den zweiten Kerbprägeteilschritt dabei um ca. 60° in Umfangsrichtung bezüglich der Prägewerkzeuge des ersten Kerbprägeteilschritts versetzt angeordnet sind, braucht das Langmaterial zwischen den Kerbprägeteilschritten nicht verdreht zu werden, was die Genauigkeit der Prägung erhöht.

Zur Vermeidung von Graten ist es vorteilhaft, wenn Endbereiche der zweiten Einkerbungen Endbereiche der ersten Einkerbungen in Umfangsrichtung überlappen.

Eine weitere Verbesserung kann beim Durchtrennen bzw. Ablängen von Langmaterial, insbesondere von Sechskant-Stangenmaterial oder Sechskantdraht, in eine gewünschte Länge, etwa eines herzustellenden Werkzeugs, erzielt werden.

Bisher wurde Langmaterial in der Regel durch Abscheren abgelängt. Dies erfordert jedoch eine erhebliche Nachbearbeitung, da bei einem Abschervorgang stets nur ein gewisser radial äußerer Anteil des gesamten Querschnitts tatsächlich anfänglich geschnitten wird, während ein beim Einschneiden sich verringernder Restquerschnitt unter Bildung zum Teil bizarrer Bruchflächengeometrien abreißt.

Vorzugsweise kann das Durchtrennen von Langmaterial den folgenden Schritt umfassen:

– Tordieren eines in Längsrichtung des Langmaterials vor der Kerbe gelegenen ersten Langmaterialabschnitts relativ zu einem hinter der Kerbe gelegenen zweiten Langmaterialabschnitts um die gemeinsame Längsachse der Langmaterialabschnitte.

Entwicklungsversuche haben gezeigt, dass durch Aufbringen einer Kerbe an dem gewünschten Ort der Ablängung die Festigkeit des Langmaterials derart geschwächt werden kann, dass es unter Bildung einer im Wesentlichen ebenen Fläche bricht, wenn der in Längsrichtung des Langmaterials vor der Kerbe liegende Langmaterialabschnitt und der entsprechend hinter der Kerbe liegende Langmaterialabschnitt relativ zueinander tordiert werden. Mit Tordieren ist dabei eine Verdrehung der beiden Abschnitte relativ zueinander um die Längsmittelachse des Langmaterials als gemeinsame Torsionsachse bezeichnet.

Der hier erzeugte Bruch im Langmaterial weist eine im Wesentlichen ebene Trennfläche auf, welche bei niedrigen Qualitätsstufen von Innensechskant-Schraubendrehern, wie sie etwa Möbelbausätzen beiliegen, nicht weiter bearbeitet zu werden braucht.

Je nach Dicke des Sechskant-Langmaterials kann es ausreichen, wenn dieses schwellend auf Torsion beansprucht wird, d.h. wenn die zwei Langmaterialabschnitte vor und hinter der Kerbe ausgehend von einer in Bezug auf Torsionsspannungen im Wesentlichen unbelasteten Situation relativ zueinander nur in einer Richtung tordiert werden.

Ein Bruch des Langmaterials kann jedoch schneller durch eine wechselnde Torsionsbelastung erzeugt werden, welche dadurch hervorgerufen wird, dass der Tordierschritt ein, gegebenenfalls wiederholtes, Tordieren des ersten und des zweiten Langmaterialabschnitts relativ zueinander in zwei entgegengesetzte Torsionsrichtungen umfasst. Bei dieser wechselnden Torsionsbelastung werden die beiden Langmaterialabschnitte ausgehend von einer in Bezug auf Torsionsspannungen im Wesentlichen unbelasteten Si tuation zunächst in einer Relativrichtung zueinander verdreht, dann zur unbelasteten Situation zurückgeführt und ausgehend von dieser in die entgegengesetzte Relativrichtung zueinander verdreht.

Eine schnelle Trennung bei im Wesentlichen glatter Trennfläche ergibt sich, wenn der erste und der zweite Langmaterialabschnitt relativ zueinander in einer Torsionsrichtung um 60° bis 120°, vorzugsweise 80° bis 100°, besonders bevorzugt ca. 90°, verdreht werden.

Sind besonders hohe Qualitätsanforderungen an das zu erzeugende Werkzeug gestellt, kann die nach dem Ablängen erhaltene Trennfläche zusätzlich bearbeitet werden. Als besonders vorteilhaft hinsichtlich des Späneanfalls hat sich dabei Räumen durch eine Räumahle erwiesen.

Die oben geschilderten Verfahren zur Herstellung einer Eingriffskontur an einem Langmaterial sind insbesondere bei der Herstellung von Innensechskant-Schraubendrehern, in der Fachwelt auch als "Inbusschlüssel" bezeichnet, von großem Wert, so dass auch ein Verfahren zur Herstellung eines Innensechskant-Schraubendrehers mit Kugelkopf beansprucht wird, welches ein spanloses Endkonturprägeverfahren mit wenigstens einem der obigen Gesichtspunkte umfasst.

Das Verfahren zur Herstellung des Innensechskant-Schraubendrehers kann darüber hinaus noch weitere Verfahrensschritte, wie etwa Abwinkeln eines Innensechskantdrahtes als Langmaterial in eine im Wesentlichen L-förmige Gestalt sowie ein Härten von Sechskant-Stangenmaterial oder allgemein Sechskantdraht umfassen.

Die zuvor beschriebenen Prägeverfahren können auf kleinem Raum besonders einfach und effizient ausgeführt werden mit einer Vorrichtung zum Einprägen einer umlaufenden Kontur in ein Langmaterial, welche umfasst: einen Durchgang zum Hindurchführen des Langmaterials in einer Vorschubrichtung sowie eine Mehrzahl von Prägestempeln, welche mit ihren jewei ligen Längsachsen sowohl in einer zur Vorschubrichtung im Wesentlichen orthogonalen Prägestempelebene als auch radial zum Langmaterial-Durchgang angeordnet sind, wobei jeder der Prägestempel längs seiner Längsachse zum Langmaterial-Durchgang hin und von diesem weg beweglich ist.

Gerade durch die Anordnung der Prägestempel mit ihren Längsachsen in einer zur Vorschubrichtung des Langmaterials im Wesentlichen orthogonalen Prägestempelebene beansprucht die erfindungsgemäße Vorrichtung in Vorschubrichtung sehr wenig Bauraum.

Eine besonders effektive Einleitung von Kraft zum Verstellen der Prägestempel in Richtung ihrer Längsachse sowie zum Prägen von Konturen in einem Langmaterial ist dadurch möglich, dass die Prägestempel an ihrem dem Langmaterial-Durchgang näheren Längsende eine Prägeform aufweisen und an ihrem dem Langmaterial-Durchgang ferneren Längsende eine Krafteinleitungsfläche aufweisen, welche zur Einleitung einer Verstell- und Prägekraft in die Prägestempel dient. Durch diese konstruktive Ausgestaltung ist die Möglichkeit gegeben, Kraft direkt, d.h. ohne Übersetzungsvorrichtung in Längsrichtung des Prägestempels auf diesen einwirken zu lassen.

Der bei der Krafteinleitung in einen Prägestempel an der Krafteinleitungsfläche auftretende Verschleiß kann verringert werden, indem die Krafteinleitungsfläche von einem relativ zum Prägestempel drehbar an diesem gehaltenen Wälzkörper gebildet ist.

Dabei kann die Kraft mit sehr einfachen Mitteln dadurch in den Prägestempel eingeleitet werden, dass der Wälzkörper um eine im Wesentlichen in Vorschubrichtung verlaufende Relativdrehachse bezüglich des ihm zugeordneten Prägestempels drehbar ist, wobei die Prägestempel an einer Stempelhalterung vorgesehen sind und die Vorrichtung an einer Steuerelementhalterung vorgesehene Steuerelemente aufweist, wobei Stempelhalterung und Steuerelementhalterung relativ zueinander um eine im Wesentlichen in Vorschubrichtung verlaufende Relativrotationsachse verdrehbar sind, sodass durch Relativrotation von Stempelhalterung und Steuerelementhalterung die Wälzkörper in Berührkontakt mit den Steuerelementen gelangen und an einer Steuerfläche derselben unter Verstellung des jeweiligen Prägestempels abwälzen. Bei dieser Relativrotation von Stempelhalterung und Steuerelementhalterung kann der die Rotation bewirkende Antrieb an geeigneter Stelle vorgesehen sein, wobei die Vorrichtung in sehr geringem zur Verfügung stehendem Bauraum realisiert werden kann. Dies gilt vor allem dann, wenn die Steuerelementhalterung und die Stempelhalterung koaxial gemeinsam um dieselbe Drehachse drehen, wobei dabei in der Regel die Steuerelemente Platz sparend radial außerhalb der Prägestempel angeordnet sind. Die Wälzkörper können einfach und verschleißarm an den Steuerelementen abwälzen.

Um den Aufbau und eine symmetrische Einleitung von Kraft im Wesentlichen gleichen Betrags in alle Prägestempel gewährleisten zu können, können die Relativdrehachsen der Wälzkörper im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Zylinderfläche um eine Mittelachse des Langmaterial-Durchgangs liegen.

Eine konstruktive Ausführungsform, bei welcher Prägestempel in das Langmaterial eingedrückt werden können, ohne sich gegenseitig zu behindern, und bei welcher weiterhin das Langmaterial an der Prägestelle aufgrund symmetrischer Krafteinleitung nicht abgestützt zu werden braucht, ist dergestalt, dass die Vorrichtung sechs Prägestempel mit jeweils gleichem Winkelabstand von ca. 60° voneinander aufweist, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, das jeweils drei mit einem Winkelabstand von ca 120° voneinander angeordnete Prägestempel gemeinsam zur Mittelachse des Langmaterial-Durchgangs hin und von dieser weg verstellbar sind.

Die zuvor in ihren Vorteilen geschilderte Aktivierung von jeweils drei der sechs vorhandenen Prägestempel nacheinander kann in einfacher Weise dadurch realisiert werden, dass zwei Sätze von je drei Steuerelementen vorgesehen sind, wobei die Steuerelemente eines Satzes einen Winkelabstand von je 120° voneinander aufweisen.

Dabei sind besonders kurze Relativbewegungswege zwischen Stempelhalterung und Steuerelementhalterung möglich, wenn ausgehend von einer Relativstellung von Prägestempel und Steuerelemente, in welcher kein Prägestempel in Prägeeingriff mit dem Langmaterial ist, der eine Satz von Steuerelementen von den ihm zugeordneten Prägestempeln durch Relativdrehung von Stempelhalterung und Steuerelementhalterung in einer ersten Drehrichtung und der andere Satz von Steuerelementen von den ihm zugeordneten Prägestempeln durch Relativdrehung von Stempelhalterung und Steuerelementhalterung in einer der ersten entgegengesetzten zweiten Drehrichtung kontaktierbar ist.

Besonders vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Prägestempel mehrteilig ausgeführt ist und einen Schaft aufweist, an welchem ein die einzuprägende Kontur aufweisender Prägewerkzeugaufsatz anbringbar ist. In einem solchen Falle kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr einfach durch Austauschen der Prägewerkzeugaufsätze am Prägestempel bzw. am Stempelschaft von einer Prägeform auf eine andere umgerüstet werden.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es stellt dar:

1 ein erfindungsgemäßes Ringwerkzeug zum Aufprägen einer Endkontur an einem Langmaterial in perspektivischer Ansicht,

2 einen Teil der Prägestempel des Ringwerkzeugs von 1, welche zum Einprägen einer Kerbe in das Langmaterial gerüstet sind,

3 ein Prägewerkzeugaufsatz zum Einprägen einer Einkerbung in einen Umfangsabschnitt des Langmaterials, wie er an den Prägestempeln von 2 eingesetzt ist,

4 das Ringwerkzeug von 1 in Draufsicht, jedoch gerüstet zum Aufprägen eines Kugelkopfes, sowie

5 eine Schnittansicht des Ringwerkzeugs von 4 längs der Linie V-V.

In 1 ist ein Ringwerkzeug zum Aufprägen einer Endkontur auf ein Langmaterial allgemein mit 10 bezeichnet. Das Ringwerkzeug 10 umfasst eine Stempelhalterung 12 und eine Steuerelementhalterung 14, welche relativ zueinander um eine zu den Erstreckungsebenen der Stempelhalterung 12 und der Steuerelementhalterung 14 im Wesentlichen orthogonale Relativrotationsachse R drehbar sind. Damit das Langmaterial 46 (s. 2) nicht gedreht werden muss, ist es vorteilhaft, wenn die Stempelhalterung 12 am Maschinengestell ruht und die Steuerelementhalterung 14 in Richtung des Doppelpfeils D im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn drehbar gelagert ist.
In der Stempelhalterung 12 sind sechs im Wesentlichen identische Prägestempel 16, 18, 20, 22, 24 und 26 in radialer Richtung, wie durch den Doppelpfeil S angezeigt, beweglich geführt. Die Längsmittelachsen der Prägestempel 16 bis 26, von welchen lediglich die Längsmittelachsen L₁₆ und L₁₈ der Prägestempel 16 bzw. 18 dargestellt sind, liegen in einer gemeinsamen Ebene und verlaufen in radialer Richtung von einer Durchgangsöffnung 28 weg, durch die Langmaterial, welches in 1 nicht dargestellt ist, durchgeführt wird.
Das Langmaterial wird durch die Öffnung 28 in einer Vorschubrichtung V durchgeführt, welche in Richtung der Relativrotationsachse R von Stempelhalterung 12 und Steuerelementhalterung 14 verläuft. Die Anordnungsebene, in welcher die Längsachsen L der Prägestempel 16 bis 26 liegen, ist zur Vorschubrichtung V und ebenso zur Richtung der Relativrotationsachse R im Wesentlichen orthogonal.
Im Folgenden wird stellvertretend für die übrigen Prägestempel der Prägestempel 18 beschrieben. Der Aufbau der übrigen Prägestempel 16 und 20 bis 26 ist im Wesentlichen zu dem des Prägestempels 18 identisch.
Der Prägestempel 18 umfasst einen Prägestempelschaft 30, an dessen im montierten Zustand der Durchgangsöffnung 28 näherem Ende 30a eine Befestigungsgeometrie 32, wie etwa ein Vorsprung für eine Schwalbenschwanzführung, ausgebildet ist. Auf diese Befestigungsgeometrie 32 ist ein Prägewerkzeugaufsatz 34 aufgeschoben, welcher das der Durchgangsöffnung 28 nähere Längsende 18a des Prägestempels 18 bildet. Der Prägewerkzeugaufsatz 34 wird ausführlich im Zusammenhang mit 3 beschrieben werden.
An seinem von der Durchgangsöffnung 28 fern liegenden Längsende 18b weist der Prägestempel 18 eine drehbar gelagerte Wälzrolle 36 auf. Die Wälzrolle 36 ist um eine zur Vorschubrichtung V im Wesentlichen parallele Wälzachse W drehbar.
Die Wälzrollen der Prägestempel 16 bis 26 sind dazu vorgesehen, an Steuerflächen von Steuerelementen 38, 40, 42 und 44 in Anlage zu kommen und auf diesen abzuwälzen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind zwei Steuerelemente, welche den Prägestempeln 16 und 18 zugeordnet sind, in 1 nicht dargestellt.
Am Beispiel des Steuerelements 38 ist zu erkennen, dass die Steuerfläche eine Einführschrägfläche 38a und eine Prägekraftfläche 38b aufweist. Alle Steuerelemente 38 bis 44 sowie die beiden nicht dargestellten Steuerelemente des Ringwerkzeugs 10 von 1 sind im Wesentlichen baugleich.
Von den gezeigten Prägestempeln 16 bis 26 bilden die Prägestempel 18, 22 und 26 einen ersten Satz von Prägestempeln und bilden die Prägestempel 16, 20 und 24 einen zweiten Satz von Prägestempeln. Dem ersten Satz von Prägestempeln sind die Steuerelemente 40 und 44 sowie ein dem Prägestempel 18 zugeordnetes, nicht dargestelltes Steuerelement zugeordnet, während dem zweiten Satz von Prägestempeln die Steuerelemente 38, 42 sowie ein dem Prägestempel 16 zugeordnetes, nicht dargestelltes Steuerelement zugeordnet sind.
Von den Prägestempeln 16 bis 26, welche beispielsweise durch Federkraft in eine Nicht-Prägestellung vorgespannt sein können, befinden sich die Prägestempel 16, 20 und 24 des zweiten Prägestempelsatzes in einer radial in Richtung zu dem Durchgang 28 zugestellten Prägestellung. Durch Drehung der Steuerelementhalterung von 1 im Gegenuhrzeigersinn gelangten die Steuerelemente 38 und 42 zunächst mit ihren Einführschrägflächen 38a und 42a und im Anschluss daran mit ihren Prägekraftflächen 38b und 42b in Berührkontakt mit den Wälzkörpern der Prägestempel 20 und 24. In der Art einer Nocken- oder Kurvenbahnsteuerung wurden die Prägestempel des zweiten Prägestempelsatzes durch die an ihren von der Durchgangsöffnung 28 fernen Längsenden vorbeigehenden Steuerelemente 38 und 42 zur Durchgangsöffnung 28 hin verschoben. Die Einführschrägflächen 38a und 42a sorgten dabei für eine Eilverstellung in radialer Richtung, während die Prägekraftflächen 38b und 42b bezüglich einer Tangentialebene an eine zylindrische Hüllfläche aller Wälzrollen 36 nur geringfügig geneigt sind, so dass durch Drehung der Steuerelementhalterung 14 relativ zur Stempelhalterung 12 nur eine geringe Verstellung der Prägestempel in radialer Richtung erfolgt, jedoch eine große Prägekraft auf die jeweiligen Prägestempel ausgeübt werden kann.
Mit zylindrischer Hüllfläche ist eine Hüllfläche gemeint, welche alle Wälzrollen 36 in einem ortsfesten Koordinatensystem der Steuerelementhalterung 14 bei Relativdrehung der Stempelhalterung 12 einhüllt.
Die Steuerelemente 40 und 44, welche dem ersten Satz von Prägestempeln zugeordnet sind, sind im Wesentlichen mit den bereits beschriebenen Steuerelementen identisch, sie sind lediglich spiegelverkehrt zu den Steuerelementen 38 und 42 des zweiten Prägestempelsatzes angeordnet, um mit einer möglichst kurzen hin- und hergehenden Relativdrehbewegung zwischen Stempelhalterung 12 und Steuerelementhalterung 14 einen vollständigen Prägevorgang auszuführen.
Zuvor war die Steuerelementhalterung ein Stück weit im Uhrzeigersinn relativ zur Stempelhalterung 12 gedreht worden, bis die Wälzrollen der Prägestempel 18, 22 und 26 des ersten Prägestempelsatzes an den ihnen zugeordneten Prägekraftflächen 40b und 44b anlagen.
In 2 ist die Prägesituation von 1 lediglich unter Darstellung der Prägeschäfte 16, 18, 20 und 26 dargestellt. Die Wälzrollen 36 der Prägestempel sind nicht dargestellt.
Die Prägewerkzeugaufsätze 34 sind für ein Einprägen einer um das Langmaterial 46 umlaufenden Kerbe 48 ausgebildet. Das Langmaterial 46 ist ein Sechskantdraht aus einem härtbaren Stahl zur Herstellung eines Innensechskant-Schraubendrehers. Der Verjüngungswinkel der Kerbe 48 entspricht im Wesentlichen der Verjüngung einer an dieser Stelle gewünschten Fase.
Wie aus 2 hervorgeht, haben die Prägestempel 18 und 26 sowie der nicht dargestellte Prägestempel 22 bereits Einkerbungen in das Langmaterial 46 eingeprägt. Die bereits erzeugten Einkerbungen werden nun von weiteren Einkerbungen durch die Prägestempel 16, 20 und 24 zu einer umlaufenden Kerbe 48 vervollständigt.
Die Prägestempel 16 bis 26 sind mit einem Winkelabstand von 60° an der Stempelhalterung 12 angeordnet, so dass die Prägestempel jeweils eines Satzes symmetrisch Prägekraft auf das Langmaterial 46 ausüben und dieses nicht eigens an der Prägestelle abgestützt werden muss.
Die Prägewerkzeugaufsätze 34 sind seitlich abgeschrägt, so dass eine radiale Verstellung von Prägestempeln ohne behindernde Kollision mit benachbarten Prägestempeln ausführbar ist. Außerdem bewirkt ein Gleiten benachbarter Schrägflächen aneinander eine Zwangsrückstellung der inaktiven Prägestempel durch die jeweils aktiven Prägestempel.
In 3 ist ein Prägewerkzeugaufsatz 34 alleine dargestellt. Dieser weist eine schwalbenschwanzförmige Ausnehmung 50 für eine Befestigung am Schaft 30 eines Prägestempels auf.
An seiner dem Werkstück zugewandten Seite weist der Prägewerkzeugaufsatz 34 Anlageflächen 52 und 54 auf, welche in Anlage an ebene Umfangsflächenabschnitte des Langmaterials 46 mit Sechseckquerschnitt gelangen. Zwischen den Anlageflächen 52 und 54 erstreckt sich ein eine Einkerbung erzeugender Vorsprung 56. Dieser Vorsprung 56 erstreckt sich über etwas mehr als ein Sechstel des Umfangs des Langmaterials 46, so dass in Umfangsrichtung benachbarte Einkerbungen, etwa der Prägestempel 16 und 18, einander überlappen. Dadurch können unerwünschte Grate oder Prägekämme vermieden werden, was den erforderlichen Nacharbeitsaufwand reduziert.
Nachdem eine in Umfangsrichtung um das Langmaterial 46 umlaufende Kerbe 48 in das Langmaterial 46 eingeprägt worden ist, werden die in Längsrichtung des Langmaterials vor und hinter der Kerbe 48 liegenden Langmaterialabschnitte 58 und 60 (siehe 2) relativ zueinander um eine in Längsrichtung 1 des Langmaterials 46 verlaufende Torsionsachse tordiert, wobei das Langmaterial am engsten Querschnitt in einer im Wesentlichen ebenen Fläche bricht.
In 4 ist das Ringwerkzeug 10 von 1 in der Vorderansicht dargestellt, wobei die Prägeschäfte der Prägestempel 16 bis 26 mit Prägewerkzeugaufsätzen 62 zum Aufprägen eines Kugelkopfes 63 an einem Längsende eines Langmaterials 46 ausgerüstet sind.
Eine nähere Erläuterung des Prägewerkzeugs 10 von 4 wird hier nicht gegeben. Hierzu wird ausdrücklich auf die Beschreibung der 1 und 2 verwiesen. Die Prägewerkzeugaufsätze 62 unterscheiden sich von den Prägewerkzeugaufsätzen 34 der 1 bis 3 lediglich in ihrer Prägekontur, welche stets ein Negativ der zu erzeugenden Endkontur ist. Die Werkzeugkontur 64 der Prägewerkzeugaufsätze 62 ist gut in der Schnittansicht von 5 erkennbar.
Es wird weiter darauf hingewiesen, dass mehrere dieser Ringwerkzeuge hintereinander zur Anwendung kommen können, wobei ein erstes Ringwerkzeug eine Endkontur grob vorprägt und ein darauf folgendes Ringwerkzeug lediglich eine schlichtende Endprägung ausführt. Beispielsweise können 90% der Endkontur in einer ersten Prägestufe und die fehlenden 10% in einer zweiten, nachfolgenden Prägestufe auf das Langmaterial 46 aufgeprägt werden. Mit diesem stufenweisen Prägen können sehr hohe geometrische Genauigkeiten erzielt werden, wie sie für Werkzeuge hoher Qualität, insbesondere für Werkzeuge mit genormten Schlüsselweiten, gewünscht sind.
Abschließend wird auf eine Abdeckplatte 70 in 5 hingewiesen, welche die Stempelhalterung 12 relativ drehbar an der Steuerelementhalterung 14 kapselt.
In 4 ist an der Steuerelementhalterung 14 eine Kopplungsausbildung 66 zur Kopplung mit einem Antrieb ausgebildet, welcher die Steuerelementhalterung 14 relativ zur Stempelhalterung 12 verdreht. Zur Führung der Prägestempel in radialer Richtung in der Nicht-Prägestellung sind in der Steuerelementhalterung zwischen den Steuerelementen 40 und 42, zwischen dem Steuerelement 44 und dem Steuerelement des Prägestempels 16 sowie zwischen dem Steuerelement 38 und dem Steuerelement des Prägestempels 18 je eine Führungsmaske 68 vorgesehen. Diese begrenzen die Radialbewe gung der Prägestempel 16 bis 26 nach radial außen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Endkontur (48, 63), insbesondere eines Werkzeugs wie etwa eines Innensechskant-Schraubendrehers, an einem Langmaterial (46), insbesondere an einem Stangenmaterial (46), besonders bevorzugt an einem metallischen Sechskantdraht (46), dadurch gekennzeichnet, dass die Endkontur (48, 63) spanlos unter Einsatz eines Prägeverfahrens hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Prägen einer in Umfangsrichtung um das Langmaterial (46) umlaufenden Eingriffsflächenkontur (63) (Konturprägen), insbesondere eines Kugelkopfes (63), an einem Längsende des Langmaterials (46) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Konturprägen ein aufeinander folgendes Aufprägen von einzelnen Flächenkonturabschnitten auf vorbestimmte Umfangsabschnitte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Konturprägen einen ersten Prägeteilschritt umfasst, bei welchem drei erste Flächenkonturabschnitte mit vorzugsweise gleichem Abstand in Umfangsrichtung auf das Langmaterial aufgeprägt werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Konturprägen einen zweiten Prägeteilschritt umfasst, bei welchem drei in Umfangsrichtung verlaufende zweite Flächenkonturabschnitte mit gleichem Abstand längs der Umfangsrichtung auf das Langmaterial aufgedrückt werden, wobei die zweiten Flächenkonturabschnitte die ersten Flächenkonturabschnitte zu einer umlaufenden Eingriffsflächenkontur (63) verbinden.
Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass Endbereiche der zweiten Flächenkonturen Endbereiche der ersten Flächenkonturen in Umfangsrichtung überlappen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konturprägen in zwei Prägestufen ausgeführt wird, wobei die in der ersten Prägestufe geleistete Umformarbeit größer als die in der zweiten Prägestufe geleistete Umformarbeit ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 4, 5 und 7, gewünschtenfalls unter Einbeziehung des Anspruchs 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Prägestufe den ersten und den zweiten Prägeteilschritt umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endkontur (48) eine an einem Längsende des Langmaterials um dieses umlaufende Fase ist, welche durch Einprägen einer in Umfangsrichtung des Langmaterials um dieses umlaufenden Kerbe (48) und anschließendem Durchtrennen des Langmaterials (46) an der Kerbe (48) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchtrennen folgenden Schritt umfasst: – Tordieren eines in Längsrichtung des Langmaterials (46) vor der Kerbe (48) gelegenen ersten Langmaterialabschnitts (60) relativ zu einem hinter der Kerbe (48) gelegenen zweiten Langmaterialabschnitt (58) um die gemeinsame Längsachse (1) der Langmaterialabschnitte (58, 60).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Tordierschritt ein, gegebenenfalls wiederholtes, Tordieren des ersten und des zweiten Langmaterialabschnitts (58, 60) relativ zueinander in zwei entgegengesetzte Torsionsrichtungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Langmaterialabschnitt (58, 60) relativ zueinander in einer Torsionsrichtung um 60° bis 120°, vorzugsweise 80° bis 100°, besonders bevorzugt ca. 90°, verdreht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerbprägeschritt ein aufeinander folgendes Einprägen von Einkerbungen in vorbestimmte Umfangsabschnitte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerbprägeschritt einen ersten Kerbprägeteilschritt umfasst, bei welchem drei in Umfangsrichtung verlaufende erste Einkerbungen mit vorzugsweise gleichem Abstand längs der Umfangsrichtung in das Langmaterial eingedrückt werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerbprägeschritt einen zweiten Kerbprägeteilschritt umfasst, bei welchem drei in Umfangsrichtung verlaufende zweite Einkerbungen mit vorzugsweise gleichem Abstand längs der Umfangsrichtung in das Langmaterial eingedrückt werden, wobei die zweiten Einkerbungen die ersten Einkerbungen zu einer umlaufenden Kerbe verbinden.
Verfahren nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass Endbereiche der zweiten Einkerbungen Endbereiche der ersten Einkerbungen in Umfangsrichtung überlappen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es einen weiteren Schritt einer Bearbeitung wenigstens einer Trennfläche, vorzugsweise beider Trennflächen, umfasst, vorzugsweise durch Räumen.
Verfahren zur Herstellung eines Innensechskant-Schraubendrehers mit Kugelkopf (63), umfassend ein Prägeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Vorrichtung zum Einprägen einer umlaufenden Kontur (48, 63) in ein Langmaterial (46), insbesondere unter Ausführung eines Prägeverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Durchgang (28) zum Hindurchführen des Langmaterials (46) in einer Vorschubrichtung (V) sowie eine Mehrzahl von Prägestempeln (16, 18, 20, 22, 24, 26), welche mit ihren jeweiligen Längsachsen (L₁₆, L₁₈, ....) sowohl in einer zur Vorschubrichtung (V) im Wesentlichen orthogonalen Prägestempelebene als auch radial zum Langmaterial-Durchgang (28) angeordnet sind, wobei jeder der Prägestempel (16 bis 26) längs seiner Längsachse (L₁₆, L₁₈, ....) zum Langmaterial-Durchgang (28) hin und von diesem weg beweglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägestempel (16 bis 26) an ihrem dem Langmaterial-Durchgang (28) näheren Längsende (18a) eine Prägeform (34) aufweisen und an ihrem dem Langmaterial-Durchgang (28) ferneren Längsende (18b) eine Krafteinleitungsfläche (36) aufweisen, welche zur Einleitung einer Verstell- und Prägekraft in die Prägestempel (16 bis 26) dient.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungsfläche (36) von einem relativ zum Prägestempel (16 bis 26) drehbar an diesem gehaltenen Wälzkörper (36) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (36) eine im Wesentlichen in Vorschubrichtung (V) verlaufende Relativrotationsachse (W) bezüglich des ihm zugeordneten Prägestempels (16 bis 26) aufweist, wobei die Prägestempel (16 bis 26) an einer Stempelhalterung (12) vorgesehen sind und die Vorrichtung an einer Steuerelementhalterung (14) vorgesehene Steuerelemente (38, 40, 42, 44) aufweist, wobei Stempelhalterung (12) und Steuerelementhalterung (14) relativ zueinander um eine im Wesentlichen in Vorschubrichtung (V) verlaufende Relativrotationsachse (R) verdrehbar sind, sodass durch Relativrotation von Stempelhalterung (12) und Steuerelementhalterung (14) die Wälzkörper (36) in Berührkontakt mit den Steuerelementen (38 bis 44) gelangen und an einer Steuerfläche (38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b) derselben unter Verstellung des jeweiligen Prägestempels (16 bis 26) abwälzen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativrotationsachsen (W) der Wälzkörper (36) im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Zylinderfläche um eine Mittelachse (bei R in 1) des Langmaterial-Durchgangs (28) liegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie sechs Prägestempel (16 bis 26) mit jeweils gleichem Winkelabstand von ca. 60° voneinander aufweist, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, das jeweils drei (16, 20, 24 und 18, 22, 26) mit einem Winkelabstand von ca 120° voneinander angeordnete Prägestempel (16 bis 26) gemeinsam zur Mittelachse (bei R in 1) des Langmaterial-Durchgangs (28) hin und von dieser weg verstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 24 und Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Sätze von je drei Steuerelementen (38, 42 und 40, 44) vorgesehen sind, wobei die Steuerelemente (38, 42 und 40, 44) eines Satzes einen Winkelabstand von je 120° voneinander aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer Relativstellung von Prägestempel (16 bis 26) und Steuerelemente (38 bis 44), in welcher kein Prägestempel (16 bis 26) in Prägeeingriff mit dem Langmaterial (46) ist, der eine Satz von Steuerelementen (38, 42 oder 40, 44) von den ihm zugeordneten Prägestempeln (16, 20, 24 oder 18, 22, 26) durch Relativdrehung von Stempelhalterung (12) und Steuerelementhalterung (14) in einer ersten Drehrichtung und der andere Satz von Steuerelementen (40, 44 oder 38, 42) von den ihm zugeordneten Prägestempeln (18, 22, 26 oder 16, 20, 24) durch Relativdrehung von Stempelhalterung (12) und Steuerelementhalterung (14) in einer der ersten entgegengesetzten zweiten Drehrichtung kontaktierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein die einzuprägende Kontur aufweisendes Prägewerkzeug (34) austauschbar am Prägestempel (16 bis 26) vorgesehen ist.