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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei Gesenkelementen
für die Verwendung in Bördel- oder Hämmermaschinen,
insbesondere, jedoch nicht notwendig ausschließlich von der
Art, die zum Kaltformen durch Pressen von Metallkränzen,
Metallringen oder dergleichen auf Schläuche vorgesehen
sind.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Herkömmliche
Hämmer- oder Bördelpressen verwenden Gesenkelemente,
die um eine Arbeitszone angeordnet sind und dazu gezwungen werden, sich
während eines Bördel- oder Hämmervorgangs radial
einwärts zu bewegen, um gegen den Metallkranz, den Metallring
oder dergleichen zu pressen. Herkömmlich sind Gesenkelemente
in solchen Maschinen wahlweise an Gesenkschuhen befestigbar, die
typischerweise unter hohen Lasten durch einen hydraulisch betätigten
Kolben bewegt werden, der während eines Bördel-
oder Hämmerprozesses gleichzeitig auf alle Geschenkschuhe
radial einwärts wirkt. Solche Maschinen und Anordnungen
sind in den
australischen
Patentschriften Nrn. 2001276155 ,
2004900774 und
2006230741 beschrieben. Herkömmliche
Gesenkelemente enthalten einen Körperabschnitt mit einer
radial inneren Werkstückeingriffoberfläche, die
sich axial erstreckt und eine konkav gekrümmte Oberfläche
quer zu der axialen Richtung besitzt. In modernen Maschinen dieses
Typs ist es üblich, acht solche Gesenkelemente in Umfangsrichtung
um die Arbeitszone vorzusehen, es ist jedoch bekannt, irgendeine
Anzahl solcher zusammenwirkender Gesenkelemente von zwei aufwärts
einschließlich einer ungeraden Anzahl von Gesenkelementen
zu verwenden. Die Gesenkelemente sind im Allgemeinen entnehmbar,
so dass sie in Abhängigkeit von der Aufgabe, die ausgeführt
werden soll, und von dem Werkstück, an dem eine Hämmer-
oder Bördelbearbeitung vorgenommen werden soll, durch andere
Typen von Gesenkelementen ersetzt werden können. Eine Sammlung
von Gesenkelementen, die eine vollständige Anordnung bildet,
kann als eine ”Gesenkegruppe” bezeichnet werden,
wobei eine Hämmer- oder Bördelpresse typischerweise
mit vielen verschiedenen Gesenkgruppen geliefert wird, die in einer
endgültigen inneren Position der Gesenkelemente kleinere
oder größere Umfänge, die durch die Werkstückeingriffoberflächen
definiert sind, schaffen. Dies ermöglicht die Bearbeitung
von Werkstücken mit unterschiedlichen Größen
und ferner die allmähliche oder schrittweise Reduzierung
des Durchmessers des Werkstücks (Kranz, Metallring oder
dergleichen) unter Verwendung verschiedener Gesenkgruppen. Wenn
die Gesenkelemente irgendeiner Gesenkgruppe vollständig
geschlossen sind (radial innerste Position), wird der Innendurchmesser
(der ”Verschlussdurchmesser” genannt wird) zur
Gesenkgruppennummer. Die Steuerung der Maschine in der Weise, dass
in dem Reduzierungsprozess der Reduzierungsvorgang in einem definierten
Abstand vor dem Verschlussdurchmesser anhält (der ”Versatzwert” genannt
wird), schafft einen Endbearbeitungsdurchmesser aus Gesenkgruppennummer
und Versatzwert.
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Jede
Gesenkgruppe kann mit einem begrenzten Bereich von Versatzwerten
eine Bördelbearbeitung an einem Metallring/Kranz bis zu
einem Bereich von Endbearbeitungsdurchmessern ausführen,
die begrenzt sind durch die innere Krümmung der Werkstückeingriffoberflächen
der Gesenkelemente, die mit den Leistungsanforderungen des fertig
gestellten, gebördelten Metallrings/Kranzes in Übereinstimmung
sind; durch die Größe der Metallringoberfläche,
die zwischen den Gesenkelementen nicht direkt unterhalb der Gesenkelement-Werkstückeingriffoberfläche
positioniert ist; und durch den endgültigen gebördelten Metallring/Kranz,
der nicht länger eine im Allgemeinen zylindrische Form
hat.
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In
dem Bördelprozess bewegen sich die Gesenkelemente radial,
sie gelangen jedoch mit dem Werkstück (Metallring, Kranz
oder dergleichen) nur an den axialen Kanten der Gesenkelemente in
Kontakt. Wenn sich die Gesenkelemente weiter radial einwärts
zu dem geforderten Enddurchmesser bewegen, wird das Werkstück
auf folgende Weise beansprucht. Metall direkt unterhalb des Gesenkelements wird
durch den Kontakt an den Kanten des Gesenkelements nicht komprimiert,
weil die Krümmung der Werkstückeingriffoberfläche
des Gesenks stets kleiner ist als die Krümmung eines nicht
gebördelten Werkstücks (Metallring oder Kranz).
Darüber hinaus wird das Metall des Werkstücks
zwischen den Gesenkelementen gequetscht, wenn sich die Kanten der
Gesenkelemente, die die Werkstückoberfläche geprägt
haben, zusammenziehen. Dies bewirkt, dass sich das Werkstückmetall
sowohl außerhalb als auch innerhalb dieser Bereiche ”aufbläht”.
Das Endergebnis ist ein Metallring, der insbesondere innen verzerrt ist,
wo in den meisten Fällen bevorzugt wird, dass er eine gleichmäßige
radiale Quetschung auf die Schlauchoberfläche, auf der
er in Eingriff gebracht wird, schafft.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Entwurf eines
Gesenkelements zu schaffen, der in Zusammenwirkung mit anderen solchen
Gesenkelementen eine verbesserte Leistung eines Bördel-
oder Hämmervorgangs ermöglicht und die oben diskutierten
Probleme bei bekannten Maschinenanlagen dieses Typs vermeidet oder
wenigstens minimal macht. Es ist außerdem eine Aufgabe, eine
Bördel- oder Hämmermaschinenanlage zu schaffen,
die einen solchen verbesserten Gesenkelemententwurf aufweist.
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Daher
schafft die vorliegende Erfindung ein Gesenkelement für
eine Hämmer- oder Bördelpresse, das im Gebrauch
während eines Hämmer- oder Bördelvorgangs
radial einwärts bewegt werden kann, wobei das Gesenkelement
einen Körperabschnitt mit einer Werkstückeingriffoberfläche
besitzt, die sich an dem Körperabschnitt befindet, wobei
die Werkstückeingriffoberfläche eine axiale Richtung
und eine Umfangsrichtung quer zu der axialen Richtung besitzt, wobei
die Werkstückeingriffoberfläche in der Umfangsrichtung
konkav gekrümmt ist, wobei die Werkstückeingriffoberfläche
einen ersten Mittelabschnitt, der sich axial erstreckt, und wenigstens
ein axial beabstandetes Paar erster seitlicher Abschnitte, die sich
von dem ersten Mittelabschnitt erstrecken, und einen zweiten seitlichen
Abschnitt, der sich von dem ersten Mittelabschnitt in einer Richtung
entgegengesetzt zu dem Paar erster seitlicher Abschnitte seitlich erstreckt,
definiert, wobei der erste und der zweite seitliche Abschnitt axial
zueinander versetzt sind.
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Vorzugsweise
enthält das oben genannte Gesenkelement ferner ein Paar
zweiter seitlicher Abschnitte. Vorteilhaft sind mehrere der Paare
erster und zweiter seitlicher Abschnitte der Werkstückeingriffoberfläche
vorgesehen, die sich von dem Mittelabschnitt erstrecken, wobei sich
zwischen benachbarten ersten seitlichen Abschnitten ein erster freier Raum
befindet und zwischen benachbarten zweiten seitlichen Abschnitten
ein zweiter freier Raum befindet. Vorzugsweise besitzt jeder der
oben genannten ersten seitlichen Abschnitte eine gleichmäßige
axiale Breite. Ebenso kann jeder der oben genannten zweiten seitlichen
Abschnitte eine gleichmäßige axiale Breite besitzen.
In einer bevorzugten Konfiguration können die ersten und
zweiten seitlichen Ausdehnungen die gleiche Breite haben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform kann der oder jeder erste
freie Raum eine gleichmäßige axiale Weite besitzen,
die ungefähr gleich einer axialen Breite jedes zweiten
seitlichen Abschnitts, jedoch größer als diese
ist. Vorteilhaft besitzt der oder jeder zweite freie Raum eine gleichmäßige
axiale Weite, die ungefähr gleich einer axialen Breite
jedes ersten seitlichen Abschnitts, jedoch größer
als diese ist.
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Vorteilhaft
ist in einer bevorzugten Anordnung ein Paar aus dem ersten seitlichen
Abschnitt und dem zweiten seitlichen Abschnitt vorgesehen, wobei
der erste seitliche Abschnitt in dem Paar axial relativ zu dem zweiten
seitlichen Abschnitt des Paars in einer der folgenden Beziehungen
positioniert ist:
- (i) axial einander gegenüber;
- (ii) axial relativ zueinander versetzt; oder
- (iii) axial voneinander beabstandet.
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Vorzugsweise
ist das Gesenkelement so konfiguriert, dass die Werkstückeingriffoberfläche
in der axialen Richtung keine Krümmung hat.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Gesenkelement
für eine Hämmer- oder Bördelpresse, das
im Gebrauch während eines Hämmer- oder Bördelvorgangs
radial einwärts bewegt wird, wobei das Gesenkelement einen Körperabschnitt
mit einer Werkstückeingriffoberfläche, die sich
an dem Körperabschnitt befindet, aufweist, wobei die Werkstückeingriffoberfläche
eine axiale Richtung und eine Umfangsrichtung quer zu der axialen
Richtung besitzt, wobei die Werkstückeingriffoberfläche
in der Umfangsrichtung konkav gekrümmt ist, wobei die Werkstückeingriffoberfläche
einen ersten Mittelabschnitt, der sich axial erstreckt, und wenigstens
ein Paar erster seitlicher Abschnitte, die sich in einer Querrichtung
von dem ersten Mittelabschnitt erstrecken und durch einen ersten
Zwischenraum getrennt sind, definiert.
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Vorzugsweise
kann das Gesenkelement wenigstens ein Paar zweiter seitlicher Abschnitt
besitzen, die sich in einer Querrichtung entgegengesetzt zu den
ersten seitlichen Abschnitten erstrecken, wobei zwischen dem Paar
oder den Paaren der zweiten seitlichen Abschnitte ein zweiter Zwischenraum
definiert ist. Vorteilhaft besitzt der oder jeder zweite Zwischenraum
eine axiale Weite, die gleich oder größer als
eine axiale Breite des ersten seitlichen Abschnitts ist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung außerdem
eine Gesenkelementkonfiguration für eine Hämmer-
oder Bördelpresse, die wenigstens zwei zusammenwirkende
Gesenkelemente aufweist, die im Gebrauch während eines
Hämmer- oder Bördelvorgangs radial einwärts bewegt
werden, wobei jedes Gesenkelement einen Körperabschnitt
mit einer Werkstückeingriffoberfläche, die sich
an dem Körperabschnitt befindet, enthält, wobei
die Werkstückeingriffoberfläche eine axiale Richtung
und eine Umfangsrichtung quer zu der axialen Richtung besitzt, wobei
die Werkstückeingriffoberfläche in der Umfangsrichtung
konkav gekrümmt ist, wobei die Werkstückeingriffoberfläche
einen ersten Mittelabschnitt, der sich axial erstreckt, und wenigstens
ein Paar axial beabstandeter erster seitlicher Abschnitte und wenigstens
einen zweiten seitlichen Abschnitt, die sich in entgegengesetzten Querrichtungen
von dem ersten Mittelabschnitt erstrecken, definiert, wobei sich
der erste seitliche Abschnitt des ersten Gesenkelements axial benachbart zu
dem zweiten seitlichen Abschnitt des zweiten Gesenkelements in der
Gesenkelementkonfiguration befindet. Vorteilhaft sind mehrere solche
Paare aus ersten und zweiten seitlichen Abschnitten der Gesenkelement-Eingriffoberfläche
vorgesehen, die sich von dem Mittelabschnitt jedes Gesenkelements
erstrecken.
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Die
Erfindung sieht außerdem die Schaffung einer Hämmer-
oder Bördelpresse in Betracht, die die Gesenkelemente oder
die Gesenkelementkonfigurationen als Ganzes enthält.
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Nun
werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug
auf die Zeichnungen beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1, 2 sind
schematische Ansichten, die einige der Gesenkelemente einer herkömmlichen Bördel-
oder Hämmerpresse am Beginn des Bördel- oder Hämmerprozesses,
der auf ein Werkstück einwirkt, und anschließend
wenigstens auf einem Teil des Weges durch den Bördel- oder
Hämmerprozess zeigen;
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3 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht eine erste bevorzugte Ausführungsform
eines Gesenkelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt
zwei Gesenkelemente wie in 3 gezeigt,
die in einer Gruppe aus solchen Gesenkelementen in einer Gesenkelementkonfiguration zusammenwirken;
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5 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht eine weitere bevorzugte Ausführungsform
eines Gesenkelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt
zwei Gesenkelemente wie in 5 gezeigt,
die in einer Gruppe solcher Gesenkelemente in einer Gesenkelementkonfiguration
zusammenwirken;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines Gesenkelements gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
und
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8 ist
eine perspektivische Ansicht einer Gesenkgruppe, die acht zusammenwirkende
Gesenkelemente wie in 7 gezeigt enthält.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zunächst
ist in den 1 und 2 eine herkömmliche
Bördel- oder Hämmerpresse teilweise gezeigt, die
Gesenkelemente 10 mit Werkstückeingriffoberflächen 11 enthalten,
die in Querrichtung gekrümmt und axial geradlinig sind.
Als Erstes gelangen die Seitenkanten 12, 13 der
Eingriffoberflächen 11 mit dem Werkstück
(Kranz oder Metallring) 14 in Kontakt, wenn sich die Gesenkelemente
aus der in 1 gezeigten Position radial
einwärts bewegen. Typischerweise gelangt der Rest der Oberflächen 11 nicht
mit dem Werkstück in Kontakt, weil die Krümmungen
der Werkstückeingriffoberflächen 11 und
die äußere Oberfläche 15 des
Werkstücks 14 fehlangepasst sind. Wenn sich die
Körper 16 der Gesenkelemente 10 weiter
radial einwärts bewegen, neigt das Metall des Werkstücks 14 dazu,
sich in den Bereichen 18 zwischen den Gesenkelementen 10 aufzublähen
oder auszubauchen, wie bei 17 gezeigt ist. Wie weiter oben
diskutiert worden ist, ist dies unerwünscht, es ist jedoch
bis heute weitgehend als ein notwendiger Nachteil herkömmlicher
Bördel- oder Hämmermaschinen akzeptiert worden.
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In 3 ist
nun eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Gesenkelements 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. Das Gesenkelement 20 besitzt
einen Körperabschnitt 21 und eine radial innere
Werkstückeingriffoberfläche 22. Die Oberfläche 22 besitzt
einen Mittelabschnitt 23, der sich vorzugsweise in axialer
Längsrichtung des Gesenkelements 20 erstreckt.
Die Oberfläche 22 kann in einer Richtung quer
zu der axialen Richtung (Umfangsrichtung) konkav gekrümmt
und in der axialen Richtung geradlinig sein. Das Gesenkelement 20 enthält
ferner einen ersten seitlichen Abschnitt 24, der sich in
der Umfangsrichtung von dem Mittelabschnitt 23 der Werkstückoberfläche 22 erstreckt,
und einen zweiten seitlichen Abschnitt 26, der sich entgegengesetzt
zu dem ersten seitlichen Abschnitt 24 von dem Mittelabschnitt 23 der
Werkstückoberfläche 22 erstreckt. Der
erste und der zweite seitliche Abschnitt 24, 25 sind
vorteilhaft axial zueinander versetzt, um Zwischenräume 25 und 27 zu
schaffen, wobei in einer Konfiguration 30 (4)
aus wenigstens zwei solchen Gesenkelementen 20 ein erster
solcher seitlicher Abschnitt 24 benachbart zu einem zweiten
seitlichen Abschnitt 26 positioniert ist, wobei die Trennlinie
zwischen den seitlichen Abschnitten 24, 26 einen Teil
aufweist, der in Umfangsrichtung verläuft, d. h. nicht
vollständig so wie im Stand der Technik (1, 2)
beschaffen ist. Jeder seitliche Abschnitt 24, 26 ist
durch einen Fingerabschnitt 28, 29 des Körperabschnitts 21 des
Gesenkelements 20 von hinten unterstützt.
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In 5 ist
nun eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Gesenkelements 20 gemäß der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Gesenkelement 20 besitzt
einen Körperabschnitt 21 und eine Werkstückeingriffoberfläche 22 an
einer radial inneren Seite des Körperabschnitts 21.
Die Oberfläche 22 besitzt einen Mittelabschnitt 23,
der sich vorzugsweise in axialer Längsrichtung des Gesenkelements 20 erstreckt.
Vorteilhaft sind die Oberflächen 22 in einer Quer-
oder Umfangsrichtung konkav gekrümmt und in der axialen
Richtung geradlinig. Das Gesenkelement 20 enthält
ferner erste seitliche Abschnitte 24, die sich von dem
Mittelabschnitt 30 seitlich erstrecken, wobei jeder der
seitlichen Abschnitte 24 durch einen ersten Zwischenraum 25 getrennt
ist, und einen zweiten seitlichen Abschnitt 26, der sich von
dem Mittelabschnitt 30 entgegengesetzt zu den ersten seitlichen
Abschnitten 24 seitlich erstreckt. Vorteilhaft ist die
Weite des ersten Zwischenraums 25 gleich oder etwas größer
als die Breite des zweiten seitlichen Abschnitts 26, so
dass benachbarte Gesenkelemente 20 (6) in einer
Gesenkelementkonfiguration 30 angeordnet werden können,
in der die ersten und zweiten seitlichen Abschnitte in der axialen
Richtung ineinander greifen. Vorteilhaft unterstützt wie
gezeigt ein Fingerabschnitt 28, 29 des Körpers 21 des
Gesenkelements ebenfalls radial von hinten jeden der ersten und
zweiten seitlichen Oberflächenabschnitte 24, 26.
Erfindungsgemäß greifen wünschenswerterweise
Abschnitte der Werkstückeingriffoberfläche 22 von
benachbarten Gesenkelementen 20 eher als die Gesenkelemente,
die axiale Trennlinien zwischen den Gesenkelementen definieren und
die in den 1 und 2 (Stand
der Technik) gezeigt sind, axial ineinander.
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Die 7 und 8 veranschaulichen
eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Gesenkelements 20 gemäß der
vorliegenden Erfindung (7) und eine Gesenkgruppenkonfiguration 30 einer
Anzahl solcher Gesenkelemente 20 in einer Arbeitsanordnung
(8) in einer (nicht gezeigten) Hämmer-
oder Bördelmaschine. Ähnliche Merkmale wie jene,
die mit Bezug auf die 3 bis 6 beschrieben
worden sind, besitzen die gleichen Bezugszeichen. In dieser Ausführungsform
sind mehrere erste seitliche Abschnitte 24 vorgesehen,
die sich von dem Mittelabschnitt 23 der Werkstückoberfläche 22 erstrecken,
die alle durch erste Zwischenräume 25 gleichmäßig
voneinander beabstandet sind. Ebenso sind mehrere zweite seitliche
Abschnitte 26, die sich von dem Mittelabschnitt 23 der
Werkstückoberfläche 22 entgegengesetzt
erstrecken, vorgesehen und sind durch einen Zwischenraum 27 getrennt. Die
Zwischenräume 27 und 25 sind derart,
dass sie zulassen, dass die Finger 28, 29 des
Körpers 21, die die seitlichen Abschnitte 24, 26 unterstützen,
darin positioniert werden können, wie in 8 gezeigt
ist, wo acht solche Gesenkelemente in einer Verwendungsposition
in einer Bördel- oder Hämmermaschine zusammenwirken.
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Obwohl
die 3 bis 8 besondere bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen, können zahlreiche Veränderungen
und Abwandlungen an den Gesenkelementen 20 innerhalb des
Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche vorgenommen
werden. Es wäre beispielsweise möglich, Gesenkelemente
mit nur zwei (oder mehr) ersten Oberflächenabschnitten 24 vorzusehen,
die voneinander beabstandet sind und zwischen zweiten seitlichen
Oberflächenabschnitten 26 eines benachbarten Gesenkelements
in Eingriff sind. Obwohl bevorzugt wird, dass jedes Gesenkelement
in einer Gruppe von Gesenkelementen gleich ist, ist dies für die
vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise wesentlich. Die Anzahl
der Gesenkelemente in einer Gruppe solcher Gesenkelemente ist ebenfalls
nicht kritisch und könnte typischerweise von 2 bis 10 Gesenkelementen
in einer Gruppe variiert werden. Die Anzahl und die relative axiale
Position der seitlich sich erstreckenden ersten und zweiten Oberflächenabschnitte 24, 26 sind
ebenfalls nicht kritisch, solange in der zusammengefügten
Konfiguration der Gesenkgruppe (4, 6 und 8)
die Oberflächenabschnitte 24, 26 axial überlappen
oder ineinander greifen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - AU 2001276155 [0002]
- - AU 2004900774 [0002]
- - AU 2006230741 [0002]