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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Walzwerkzeug zum Kaltwalzen von Profirollen
mit unterschiedlicher Profilierung mit Steigungsprofilen und steigungslos
umlaufenden Profilen, beispielsweise Gewinderollen, Gewindebolzen,
Gewindestifte oder Wälzrollen, die ausgehend von einem
rotationssymmetrischen Ausgangswerkstück in Axialrichtung
gesehen mehrere voneinander abweichende Gewindebereiche oder Profilbereiche
mit Gewinderillen oder Profilrillen mit einem unterschiedlichen
Außendurchmesser aufweisen. Weiterhin bezieht sich die
Erfindung auf eine Profilrolle mit unterschiedlicher Profilierung
und auf die Verwendung der mit dem Walzwerkzeug hergestellten Profilrolle
mit unterschiedlicher Profilierung.
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Profilrollen
und Gewinderollen mit unterschiedlichen umlaufenden Profilen oder
Gewindeprofilen und Feingewinde, beispielsweise für eine
Betätigungseinrichtung, werden in der Praxis mit spanabhebenden
Werkzeugen hergestellt. Die Herstellung mit spanabhebenden Verfahren
ist vergleichsweise aufwendig, so dass bereits mehrfach Walzverfahren für
Gewindestifte und Profilrollen vorgeschlagen wurden.
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Nach
der
DE 605 018 sollten
drei auf einer Walzspindel nebeneinander angeordnete Walzwerkzeuge
für das Walzen eines Stehbolzens aus Kupfer benutzt werden,
wobei die mittlere Walze für die Reduzierung des Bolzendurchmessers
drehangetrieben ist. Die beiden äußeren Gewindewalzwerkzeuge wurden
auf der Welle drehbar gelagert, so dass auf diese Weise drei Abschnitte
gleichzeitig gewalzt werden sollen. Diese Kombination von drehangetriebenen
Werkstücken mit nicht angetriebenen Werkzeugen ist ebenso
von den Tangentialrollköpfen für Gewinde bekannt.
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In
der
EP 796 680 B2 werden
bei einem Stift mit einem Tangentialrollwerkzeug ein Gewinde und eine
ringförmige Sperrnut gleichzeitig mit einem Werkzeug hergestellt,
das eine Rolle umfasst, die auf ihrer gesamten Länge ein
Rollgewinde aufweist und an ihrem Ende mit einer Scheibe zum Rollen
der Nut versehen ist. Die Rolle mit der Scheibe zum Walzen der Nut
ist zwischen dem Gewinde des Stiftes und einem gewindelosen Teilabschnitt
positioniert. Zwar sind das Gewinde und die Nut als unterschiedliche Profile
nebeneinander angeordnet, jedoch sind die Außendurchmesser
identisch. Beim Walzen der Nut ist daher ein unkontrolliertes Anwachsen
des Außendurchmessers am Rande der Nut zu beobachten.
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Bei
der
DE 605 018 ist auf
dem Stehbolzen zwischen zwei gleichen Gewindeabschnitten ein profilloser
Abschnitt angeordnet. Auf diese Weise ist in beiden Fällen
keine Anregung für das Gewinderollen von unterschiedlichen
ungleichen Profilierungen enthalten, die unmittelbar nebeneinander
liegen.
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In
der
DE 16 02 648 A1 wird
aus diesem Grund vorgeschlagen, bei einem ungleichen Gewinde auf
einem Stehbolzen eines der beiden Profilwalzwerkzeuge lose drehbar
zu lagern, während das andere drehangetrieben ist. Gleichzeitig
soll die Profilausrichtung durch eine Bremseinrichtung gewährleistet
werden, die mit einem Fixierbolzen zusammenarbeitet, der die lose
gelagerte Profilwalze in der Ausgangsstellung festhält.
Eine abweichende Anordnung wird in der
DE 929 722 C3 vorgeschlagen, wobei zwar beide
Profilwalzen auf einer Walzspindel angeordnet sind, diese aber bei
einem Werkstück nicht gleichzeitig, sondern nacheinander
zum Einsatz gelangen. Hierbei liegen zwei Werkstücke gleichzeitig auf
einem Stützlineal, und die Walzenpaare sind in einem solchen
Abstand voneinander angeordnet, dass das eine Walzenpaar das erste
Werkstück und das zweite Walzenpaar das zweite Werkstück
mit einer unterschiedlichen Profilierung versieht. Auf diese Weise
können die Probleme jedoch nicht gelöst werden,
wenn beide Profile unmittelbar nebeneinander liegen.
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Zum
Walzen von Werkstücken mit ungleichen Profilen wird in
der
DE 100 28 740
A1 eine Profilwalzmaschine vorgeschlagen, die ein drehfest
mit der Walzspindel verbundenes Profilwalzwerkzeug und ein Segmentwerkzeug
aufweist, das während des Eingriffs des ersten Profilwalzwerkzeugs
mit dem Werkstück auf der Walzspindel frei drehbar gelagert und
unter Verwendung einer lösbaren Kupplungseinrichtung während
der Eingriffszeit mit dem Werkstück mit der Walzspindel
arretierbar ist. Mit dieser Profilwalzmaschine werden nacheinander
zwei unterschiedliche Profile gewalzt. Das Segmentwerkzeug wird
erst eingesetzt, wenn die Umformung durch das erste Profilwalzwerkzeug
beendet ist.
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Der
Nachteil des Walzens in zwei aufeinander folgenden Arbeitsschritten
ist darin begründet, dass die nebeneinander liegenden Profile
nicht exakt ausgebildet werden können. Wie anhand der
EP 796 680 B2 verdeutlicht
wurde, ist an den Rändern der Profile ein unkontrolliertes
Aufwachsen der Außendurchmesser der Profile zu verzeichnen,
so dass ein gleichmäßiger Übergang zwischen
den angrenzenden Profilabschnitten nicht erreicht werden kann. Die einzelnen
Profilabschnitte sind nicht maßhaltig.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht in einem Walzwerkzeug zum Kaltwalzen,
mit dem unterschiedliche Teilabschnitte einer Profilrolle mit unterschiedlicher
Profilierung maßhaltig gewalzt werden können.
Ein gleichmäßiger Übergang zwischen unterschiedlichen
Profilen soll gewährleistet und das unkontrollierte Aufwerfen
des Außendurchmessers am Rande der Teilabschnitte der Profilierungen
soll vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe mit einem Walzwerkzeug gelöst, das mindestens
zwei paar- oder satzweise angeordnete Rundwalzwerkzeuge aufweist,
die einteilig oder zusammengesetzt in der Form eines geschlossenen
Kalibers ausgebildet sind und mindestens zwei nebeneinander liegende
Gewindeprofile oder Profilabschnitte aufweisen, die mit einem dem
Werkstück entsprechenden kleineren und einem größeren
Profildurchmesser versehen sind, wobei zwischen den Gewindeprofilen
oder Profilabschnitten ein zylindrischer, kegel- oder andersförmiger
Ringabsatz als Stützabschnitt mit einem Außendurchmesser
angeordnet ist, der gleichgroß oder verschieden als der
kleinere Profildurchmesser und kleiner als der größere
Profildurchmesser ist.
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Mit
dem Walzwerkzeug kann eine Profilrolle, die z. B. vorkonturiert
ist, in einem Arbeitsschritt gewalzt werden, wodurch verhindert
wird, dass an den Randabschnitten der Gewindebereiche und der Profilbereiche
Fehlstellen und Profilverformungen auftreten können. Mit
Hilfe des zylindrischen, kegel- oder andersförmigen Ringabsatzes
als Stützabschnitt kann der Werkstofffluss zur Profilausbildung
begünstigt werden. Dadurch wird verhindert, dass das Profil nicht
vollständig an den stirnseitigen Bereichen ausgewalzt wird
und unkontrollierte Aufwürfe in Form von Verformungen,
Grat oder anderen Deformierungen entstehen können.
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Diese
Merkmale eines Walzwerkzeugs mit zwei paarweise angeordneten Rundwalzwerkzeugen können
auf ein Inkrementalwerkzeug oder Flachbackenwerkzeug übertragen
werden. Die Walzwerkzeuge können kompakt ausgeführt
oder in der Form von Segmenten montiert werden. Das Flachbackenwerkzeug
ist dementsprechend einteilig oder zusammengesetzt in der Form eines
geschlossenen Kalibers ausgebildet und weist mindestens zwei nebeneinander
liegende Gewindeprofile oder Profilabschnitte auf, die mit einer
dem Werkstück entsprechenden kleineren und einer größeren
Profiltiefe versehen sind, wobei zwischen den Gewindeprofilen oder
Profilabschnitten ein zylindrischer, kegel- oder andersförmiger
Profilabsatz als Stützabschnitt mit einer Profilerhebung
angeordnet ist, die gleichgroß oder verschieden als die
kleinere Profilhöhe und kleiner als die größere
Profilhöhe des Werkstücks ist.
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Die
mit dem Walzwerkzeug hergestellte Profilrolle weist jeweils stirnseitig
einen angeordneten Bund und mindestens zwei nebeneinander liegende Gewindebereiche
oder Profilbereiche auf, die mit einem kleineren und einem größeren
Außendurchmesser versehen sind, wobei zwischen den Gewindebereichen
oder Profilbereichen ein zylindrischer, kegel- oder andersförmiger
Absatz als Stützabsatz mit einem Außendurchmesser
angeordnet ist, der gleichgroß oder größer
als der kleinere Außendurchmesser und kleiner als der größere
Außendurchmesser ist. Die Profilrolle wird vorzugsweise
für eine Betätigungseinrichtung eingesetzt.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
eines Walzwerkzeugs mit zwei paarweise angeordneten Rundwalzwerkzeugen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert
werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Im
Einzelnen zeigt
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1 eine
Profilrolle mit zwei Gewindebereichen und einem Profilbereich sowie
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2 ein
Walzwerkzeug mit zwei paarweise angeordneten Rundwalzwerkzeugen
und
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3 das
Ausgangswerkstück in schematischer Darstellung.
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Die
in 1 stark schematisiert dargestellt Profilrolle 1 weist
in Axialrichtung von links nach rechts gesehen einen linken Bund 2 und
einen sich daran anschließenden Gewindebereich 3 mit
einer profilierten Einkerbung auf, die fortlaufend wendelartig um
einen zylinderförmigen Werkstückdurchmesser verläuft.
Anstelle eines Gewindes kann der als Gewindebereich 3 bezeichnete
Bereich auch parallel umlaufende Rillen aufweisen. Der linke Bund 2 besitzt
den Rohteildurchmesser 21 des Ausgangswerkstücks 20 gemäß 3,
das z. B. vorkonturiert ist, der nachfolgend im Wesentlichen keiner
Umformung unterzogen wird. Die profilierte Einkerbung wird mit einem
in 2 dargestellten Walzwerkzeug durch Kaltumformung
hergestellt.
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Der
Prozess der Kaltumformung durch plastische Verformung besteht darin,
dass der Werkstoffeines Ausgangswerkstücks 20,
das z. B. vorkonturiert ist, durch die Profilspitzen des Walzwerkzeugs verdrängt
wird. Bei der Kaltumformung entsteht durch Verdrängung
des Werkstoffs in die Gewindespitzen ein größerer
Gewindedurchmesser als der Ausgangsdurchmesser des Rohteils. Dabei
entsteht ein Kerndurchmesser, der kleiner als der ursprüngliche
Rohteildurchmesser 21 in der Höhe des Bundes 2 ist.
Die Materialverdrängung und das vollständige Ausformen
der Gewindespitzen erfolgt im Besonderen durch die Steuerung der
Zu stellgeschwindigkeit der Walzwerkzeuge und durch die Walzkraft,
um ein gezieltes Fließen des Werkstoffs in Radialrichtung
zu ermöglichen. Durch eine definierte Abstimmung der Rohteilkontur
des Ausgangswerkstücks 20 zum Werkzeugdesign kann
damit das profilgetreue Walzen der Werkstückkontur bewerkstelligt
werden.
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In
Abhängigkeit des Verformungsprozesses und der Keilstruktur
der Walzwerkzeuge ist neben dem Radialfluss des Werkstoffs ein Axialfluss
des Werkstoffs zu verzeichnen, der im randseitigen Gewindebereich 3 größer
als in der Mitte des Gewindebereichs 3 ist. In der Mitte
des Gewindebereichs 3 bilden die seitlich liegenden Gewindespitzen
einen Fließwiderstand in Axialrichtung. Dieser Fließwiderstand
ist bei den randseitigen Gewindespitzen nicht vorhanden. Wenn der
sich in 1 anschließende Profilbereich 4 einen
kleineren Durchmesser aufweist, kann der Werkstoff in Richtung der
kleineren Profilierung ausweichen. Die randseitigen Gewindespitzen
des Gewindebereichs 3 werden auf diese Weise unter Umständen
nicht vollständig gefüllt. Dies kann sich nachteilig
auf die Tragfähigkeit des Gewindes auswirken. Beziehungsweise
werden die benachbarten Profilspitzen des Profilbereichs 4 in
Mitleidenschaft gezogen, wenn zwei Walzwerkzeuge nacheinander eingesetzt
werden.
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Um
dies zu verhindern, wird bei der vorgeschlagenen Profilrolle 1 zwischen
dem Gewindebereich 3 mit dem größeren
Außendurchmesser und dem Profilbereich 4 mit dem
kleineren Außendurchmesser ein zylindrischer, kegel- oder
andersförmiger Absatz 5 als Stützabsatz
angeordnet, der gleichzeitig mit dem Gewindebereich 3 und
dem Profilbereich 4 gewalzt wird. Der Außendurchmesser
des Stützabsatzes ist gleichgroß oder verschieden
als der kleinere Außendurchmesser des Profilbereichs 4 und
kleiner als der größere Außendurchmesser
des Gewindebereichs 3.
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Im
Bereich des zylindrischen, kegel- oder andersförmigen Absatzes 5 wird
der Werkstoff in Radialrichtung gestaucht und durch die Kaltverformung verfestigt.
Der zylindrische, kegel- oder andersförmige Absatz 5 bewirkt
aufgrund der Kaltverfestigung und der fehlenden Keilwirkung eine
Fließsperre, die verhindert, dass der Werkstoff aus dem
Gewindebereich 3 oder dem Profilbereich 4 abgedrängt
wird. Beim Walzen ist das Werkstück somit zwischen dem linken
Bund 2 und dem zylindrischen, kegel- oder andersförmigen
Absatz 5 eingespannt.
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Dementsprechend
ergibt sich, dass die in 1 gezeigte Profilrolle 1 in
Axialrichtung gesehen neben dem Profilbereich 4 einen rechten
zylindrischen, kegel- oder andersförmigen Absatz 5 aufweist,
an den sich ein rechter Gewindeabschnitt 6 anschließt.
Der rechte Gewindeabschnitt 6 wird durch einen weiteren
stirnseitig angeordneten Bund 2 abgeschlossen.
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Dabei
ist es vorteilhaft, wenn der Gewindeauslauf des Gewindebereichs 3 in
dem zylindrischen, kegel- oder andersförmigen Absatz 5 angeordnet
ist. In dem Ausführungsbeispiel sind der Gewindebereich 3 und
der Gewindeabschnitt 6 spiegelbildlich angeordnet. Auf
diese Ausführung soll die Erfindung jedoch nicht beschränkt
werden. Vielmehr sind im Rahmen der Patentansprüche verschiedene Profilabmessungen
möglich.
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Ebenso
sind verschiedene Kombinationen von Profilformen mit unterschiedlicher
Profilierung im Rahmen der Erfindung möglich. Der Gewindebereich 3 kann
beispielsweise mit einem Gewindeprofil oder einem Walzprofil versehen
werden. Das Gewindeprofil weist einen schraubenlinienförmigen
Gang als Gewindegang auf. Der schraubenlinienförmige Gang kann
beispielsweise im Querschnitt gesehen als Laufbahn für
eine Kugel halbkreisförmig als Kugelgewinde ausgebildet
werden. Im Profilbereich 4 kann die Profilierung ebenso
wendelartig oder parallel und steigungslos um einen rotationssymmetrischen
Außenumfang umlaufen. Die Profilierung kann ein Rillenprofil
mit einer Rundgeometrie, spitzwinkligen oder rechteckigen sowie
trapezförmigen Geometrie aufweisen. Ein Gewinde kann eingängig
und mehrgängig ausgebildet werden.
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Um
die gleichzeitige Ausbildung der Profilrolle 1 mit unterschiedlicher
Profilierung umformtechnisch zu ermöglichen, sind die geometrischen
Verhältnisse des Ausgangswerkstücks 20 und
der Profilrolle 1 aufeinander abgestimmt. Die Profilrolle 1 weist ein
Längen-Durchmesserverhältnis auf, bezogen auf den
größten Außendurchmesser, das 2 bis 20
vorzugsweise 4 bis 9 beträgt.
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Um
die gleichzeitige Ausbildung der Profilrolle 1 mit unterschiedlicher
Profilierung, hinsichtlich einer vollständigen Profilausprägung
zu ermöglichen, beträgt das Durchmesserverhältnis
zwischen dem größten Außendurchmesser
und dem kleinsten Außendurchmesser (Da max/Da min) der
Profilierung mindestens 1,0 und höchstens 4,0. Vorzugsweise beträgt
das Durchmesserverhältnis 1,1 bis 2,5.
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Das
Walzwerkzeug zum Kaltwalzen einer Profilrolle 1 mit unterschiedlichen
Profilen besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei profilformenden
Rundwalzwerkzeugen 7 mit einem rotationssymmetrischen Außenprofil,
die in gleicher Richtung drehangetrieben sind. Die Rundwalzwerkzeuge 7 dringen während
der Umformung mit resultierender Walzkraft in die dazwischen liegende
Profilrolle 1 ein. Während der Umformung ist die
Profilrolle 1 mit einer nicht dargestellten Unterstützung
in Vertikalrichtung in der Ebene der Rundwalzwerkzeuge 7 positioniert.
Das Walzwerkzeug ist mit den paarweise angeordneten Rundwalzwerkzeugen 7 in
der Form eines geschlossenen Kalibers ausgebildet.
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Die
Rundwalzwerkzeuge 7 weisen vorzugsweise eine einteilige
Form mit mindestens zwei nebeneinander liegende Walzenprofilen auf,
die eine exakte Abbildung der gezeigten Profilrolle darstellen. In
dem Ausführungsbeispiel sind die Rundwalzwerkzeuge 7 mit
einem im Stirnbereich angeordneten Ringbund 8 versehen,
an den sich ein Gewindeprofil 9 anschließt, das
von links nach rechts gesehen durch einen zylindrischen, kegel-
oder andersförmigen Ringabsatz 10 abgeschlossen
ist. An den zylindrischen, kegel- oder andersförmigen Ringabsatz 10 angrenzend
ist ein Profilabschnitt 11 mit einem größeren
Durchmesser angeordnet, der wiederum durch einen zylindrischen,
kegel- oder andersförmigen Ringabsatz 10 begrenzt
wird. Ferner ist ein zweites Gewindeprofil 9 mit einem
Ringbund 8 vorgesehen. Beim Einsatz des Walzwerkzeugs werden
die Rundwalzwerkzeuge 7 beispielsweise mit hydraulisch
erzeugter Walzkraft zusammengefahren. Nach der vollständigen
Ausformung des Gewindebereichs 3 und des Profilbereichs 4 werden
die Rundwalzwerkzeuge 7 geöffnet und die Profilrolle 1 kann
entnommen werden.
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Bedingt
durch die Kaltverformung besitzt die fertige Profilrolle 1 eine
größere Festigkeit und bessere Oberflächenqualität.
Mittels der an den Walzwerkzeugen zylindrisch, kegel- oder andersförmig angeordneten
Absätze zwischen dem Gewindeprofil 9 und dem Profilabschnitt 11 werden
der Gewindebereich 3 und der Profilbereich 4 der
Profilrolle 1 mit großer Präzision ausgeformt.
Nach einer sich anschließenden Wärmebehandlung
kann die mit dem Walzwerkzeug hergestellte Profilrolle 1 bevorzugt
für eine Betätigungseinrichtung eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 605018 [0003, 0005]
- - EP 796680 B2 [0004, 0008]
- - DE 1602648 A1 [0006]
- - DE 929722 C3 [0006]
- - DE 10028740 A1 [0007]