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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewindewalzen mit Walzrollen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3. Ein gattungsgemäßer Stand der Technik ist aus der
DE 10 13 613 B bekannt
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise mit dem Gegenstand der
DE 10 2008 027 964 A1 bekannt geworden. Bei der dort gezeigten Walzmaschine werden Werkstücke im Warmumformverfahren gewalzt, weil die gegenläufig angeordneten Walzen zwischen sich einen Spalt bilden, in dem das umzuformende Werkstück an seinem Außenumfang mit einem Gewinde oder einem gewindeähnlichen Profil versehen wird.
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Nachteil der genannten Anordnung ist jedoch, dass die beiden Umformwalzen zentrisch drehbar gelagert sind, und einen Taumelhub während des Walzvorganges nicht ausführen.
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Beim Gegenstand der
DE 10 2008 027 964 A1 wird Stangenware in Längsrichtung der Stangenware bewegt, indem sie zwischen dem Walzspalt der einander gegenüberliegenden und gegenläufig angetriebenen Walzrollen gefördert wird. Daher entstehen bei dieser Druckschrift nicht die Probleme, welche beim stückweise Einbringen von Walzgut in den Walzspalt entstehen, nämlich solche welche auftreten, wenn das Walzgut nur kurzzeitig im Walzspalt verweilt um am Außenumfang des Walzgutes ein Profilgewinde anzubringen und dann das stückweise zugeführte Walzgut wieder aus dem Walzspalt herausgeführt wird. Die genannte Druckschrift beschäftigt sich mit diesem Problem der synchronisierten Zu- und Abführung nicht.
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Die
DE 10 13 613 B zeigt ein Verfahren zum Gewindewalzen von Werkstücken anhand von gegenüberliegenden und gleichläufig angetriebenen Walzrollen im Umformverfahren, mit einem sich zwischen den Walzrollen bildenden Walzspalt, in dem das umzuformende Werkstück an seinem Außenumfang durch Umformung mit einem rollenseitigen Walzgewinde mit einem Gewinde versehen wird, wobei in einem ersten Verfahrensschritt mindestens eine Walzrolle eine Hubbewegung mit einem Schlitten ausführt, um den Walzspalt zu öffnen, und dass in einem zweiten Verfahrensschritt in diesen geöffneten Walzspalt das umzuformende Walzgut hineingefördert wird. In einem dritten Verfahrensschritt wird der Walzspalt verengt, sodass das Walzgewinde der einander gegenüberliegenden Walzrollen umformend am Außenumfang des Walzgutes anliegt, und im nächsten Verfahrensschritt wird der Walzspalt wieder öffnet und das fertig gewalzte Walzgut aus dem Walzspalt abgefördert.
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Nachteilig an dieser Druckschrift ist, dass die lineare Hubbewegung des Schlittens durch eine Exzenterscheibe verursacht wird, die eine rotatorische Drehbewegung in eine translatorische Längenbewegung umwandelt. Somit ist die Produktionsleistung begrenzt, da keine hohen Geschwindigkeiten für die Zu- und Wegstellung dieser Walzrolle, bedingt durch den hydraulischen Antrieb, umgesetzt werden können.
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Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gewindewalzen mit Walzrollen für stückweises Walzgut so weiterzubilden, dass bei hoher Produktionsleistung stückweises Walzgut gesteuert zugeführt, gewalzt und gesteuert abgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Patentanspruch 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Erfindungswesentlich bei dem Verfahren und der Vorrichtung ist, dass die der zentrisch sich drehenden Walzrolle gegenüberliegende Walzrolle einen Exzenterhub mit ihrem Außenumfang in Richtung auf den Außenumfang der zentrisch sich drehenden Walzrolle ausführt.
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Mit diesem Exzenterhub wird ein zyklisches Öffnen und Schließen des Walzspaltes erreicht, und bei geschlossenem Walzspalt erfolgt die Umformung des Walzgutes, wohingegen bei geöffnetem Walzspalt das Walzgut entweder zu- oder abgeführt wird.
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Als stückweise vereinzeltes Walzgut müssen hierbei sämtliche rotationssymmetrischen Metallteile umgeformt werden, wie zum Beispiel Schrauben, Stangenware, die auf eine bestimmte Länge abgeschnitten ist, Kunststoffteile, Kunststoff-Metall-Verbundteile, Holz oder dergleichen Werkstücke. Es kommt also im Wesentlichen nicht auf die Materialwahl des umzuformenden Walzgutes an, sondern nur darauf, dass es zyklisch in den Walzspalt hineingefördert wird, wobei der Walzspalt bei der Hineinförderung erweitert ist, und dass es bei geschlossenem Walzspalt am Außenumfang mit einem geeigneten Gewinde oder einer geeigneten Profilumformung versehen wird, und dass nach erfolgter Umformung dieses Walzgutes es wieder bei geöffnetem Walzspalt abgeführt werden kann.
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Im Falle der Ausbildung des Walzgutes als Schraubenrohling wird dieser zwischen zwei rotierenden, profilierten Walzrollen bearbeitet.
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Die erste profilierte zylindrische Walzrolle dreht sich um ihre eigene Achse und wird im weiteren Text als Walzrolle A bezeichnet.
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Die zweite zylindrisch profilierte Walzrolle dreht sich ebenfalls um ihre eigene Achse und wird im weiteren Text als Walzrolle B bezeichnet. Sie beschreibt jedoch bedingt durch eine außermittige Aufnahmehülse eine exzentrische Laufbahn am Außenumfang.
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Der Arbeitshub der exzentrischen Walzrolle B erfolgt also durch einen Achsenversatz zur Antriebswelle hin.
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Die Größe des Achsenversatzes ist abhängig von der zu fertigenden Gewindesteigung (Einwalztiefe).
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Eine größere Gewindesteigung bedarf eines größeren Achsenversatzes.
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Als Beispiel kann angegeben werden, dass, wenn ein Gewinde
M6 x 1 = Einwalztiefe 0,613 mm nach DIN13-1,
M8 x 1,25 = Einwalztiefe 0,767 mm nach DIN13-1.
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Über die Walzrolle A ist ein Werkstück-Aufnahmekäfig angeordnet, der im weiteren Text als Teilekorb bezeichnet wird. Dieser Teilekorb wird über ein Schrittgetriebe angetrieben. Der Teilekorb führt die Rohlinge in einzelnen getakteten Schritten dem Umformprozess zu und transportiert die fertigen Schrauben aus dem Umformprozess heraus.
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Allgemein kann der Walzvorgang bei einer vollen Umdrehung der beiden Walzrollen A, B wie folgt beschrieben werden.
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Leerhub:
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Im ersten Arbeitsschritt, indem der Rohling zwischen den beiden Walzrollen A und B positioniert worden ist, bewegt sich im Leerhub die rotierende Walzrolle B auf die ebenfalls rotierende Walzrolle A zu.
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Walzweg:
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Sobald der Rohling von beiden Walzrollen berührt worden ist, beginnt der zweite Arbeitsschritt, der Walzweg. Die rotierende Walzrolle B bewegt sich weiter auf die rotierende Walzrolle A zu. Der Gewindeumformprozess dauert solange an, bis kein Material mehr umgeformt wird.
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Beladeweg:
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Im dritten Arbeitsschritt, am Rückweg des exzentrischen Hubes der Walzrolle B, wird das Werkstück freigegeben. Während des Beladeweges dreht sich der Teilekorb und befördert die gewalzte Schraube aus der Walzposition heraus und führt gleichzeitig einen neuen Rohling in die Walzposition hinein.
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Nach Ausführung einer Werkzeugdrehbewegung von 360 Grad beginnt ein neuer Arbeitsprozess.
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es zeigen:
- 1: Draufsicht auf die Vorrichtung zum Gewindewalzen mit zwei Walzrollen
- 2: Schnitt durch die Vorrichtung nach 1 als Mittenlängsschnitt
- 3: das Diagramm eines Arbeitszyklus in Form einer Hubkurve
- 4: der Hub der Walzrolle über einen Weg von 1 mm bei einer vollen Umdrehung
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Die erfindungsgemäße Walzrollenmaschine 1 besteht gemäß 1 aus zwei gegenläufig zueinander angetriebenen Walzrollen 3, 13, wobei die linke Walzrolle B als exzentrisch angetriebene Walzrolle ausgebildet ist.
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Auf einem Maschinenrahmen 2 ist die genannte Walzrolle 3 in einem Drehlager 4 in einer Drehachse 44 drehend angetrieben, weil eine zentrische Walzwelle 5 vorgesehen ist, die an ihrem Außenumfang über einen Nutenstein 7 mit einer Exzenterhülse 8 gekoppelt ist, die bei der Drehung der Walzrolle 3 in Pfeilrichtung 6 für eine Hubbewegung in Pfeilrichtung 28 (Taumelbewegung) sorgt.
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Auf diese Weise wird bei einer vollen Umdrehung der Walzrolle 3, der sich im Zwischenraum zwischen dem Außenumfang der Walzrolle 3 und dem Außenumfang der gegenüberliegenden, zentrisch angetriebenen und sich drehenden Walzrolle 13 ein Walzspalt 43 (siehe 2) gebildet, der sich zyklisch öffnet und schließt.
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Die Linie 9 bezeichnet hierbei die Zahnradmitte im Antriebszahnrad und demnach von der zentrischen Drehachse 44, während die Linie 10 den höchsten Punkt der Exzenterverstellung der Exzenterhülse 8 beschreibt.
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Auf diese Weise kann ein Exzenterhub 36 (siehe 2) in Bezug zur zentrischen Drehachse 44 erreicht werden. Dieser Exzenterhub 36 dient der einmaligen Einstellung der Größe des Walzspaltes und ändert sich über den Drehwinkel der Walzrolle 3 nicht mehr. Er wird einmalig eingestellt und bestimmt die Grundweite des Walzspaltes 43.
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Als Einstellung dieses Exzenterhubes dienen die Hilfspunkte 11, 12 und 14, in deren Lage insgesamt die Walzwelle 5 gedreht werden kann, um den geforderten Exzenterhub 36 einmalig einzustellen und dann festzusetzen.
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Zur zyklischen Öffnung und Schließung des Walzspaltes 43 dient jedoch der kleinere Exzenterhub 64 (siehe 2), der sich aus der exzentrischen Lagerung der Exzenterhülse 8 ergibt.
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Der dort angegebene Exzenterhub 36 dient zur Anpassung an den Durchmesser von größerem oder kleinerem Walzgut 26 mit Hilfe der Hilfspunke 11, 12 und 14, während der kleinere Exzenterhub 64 (siehe 2) eine Verstellung oder eine Verdrehung der Exzenterhülse 8 bewirkt und zur zyklischen Öffnung und Schließung des Walzspaltes 43 vorgesehen ist.
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Die rechte Walzrolle 13 weist eine Walzwelle 15 auf, die zentrisch in einer Drehachse 45 gelagert ist und sich beispielsweise in Pfeilrichtung 16 dreht. Der Außenumfang ist mit einem Walzgewinde 27 versehen. Das Walzgewinde auf der Walzrolle 3 ist mit 17 angegeben.
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Nachdem die Walzrolle 13 zentrisch gelagert ist, ist lediglich eine Rundhülse 18 vorhanden, die mit einem Nutenstein 7 mit der Walzwelle 15 verbunden ist.
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In 1 ist noch bezüglich des Nutensteins 7 an der Walzrolle 3 dargestellt, dass dieser Nutenstein die Exzenterhülse 8 mit der Walzwelle 5 verbindet.
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Zur zyklischen Zuführung von Walzgut ist eine Zuführvorrichtung vorgesehen, die im Wesentlichen aus einem Zuführkanal 22 und einem Abführkanal 32 besteht.
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Das Walzgut 26 wird über den Zuführkanal in Pfeilrichtung 23 zugeführt und gelangt dann in nach außen geöffnete Aufnahmen 21 eines Teilekorbs 19, der getrennt von der Drehung der Walzwelle 15 angetrieben ist, und zwar im Gegensinn in Pfeilrichtung 24 im Vergleich zur Antriebsrichtung der Walzrolle 13 in Pfeilrichtung 16.
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Das Walzgut 26 wird demnach stückweise in jeweils eine offene Aufnahme 21 eingeführt, wobei das Walzgut 26 auf einem Ringflansch 20 des Teilekorbs 19 aufsteht und in Pfeilrichtung 24 dem Walzspalt 43 zugeführt wird. Ebenso kann das Walzgut 26 am Kopf hängend oben am Flansch des Teilkorbs 19 aufgehängt werden.
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Nach erfolgter Walzumformung wird das Walzgut aus dem nun geöffneten Walzspalt 43 herausbefördert und verlässt in Pfeilrichtung 25 den Abführkanal 32.
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Das Walzgut 26 ist in den Aufnahmen 21 gegen Herausfallen durch eine Leitplanke 29 geschützt.
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In 2 sind die weiteren Einzelheiten des konstruktiven Aufbaus der erfindungsgemäßen Walzrollmaschine 1 dargestellt.
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Es ist erkennbar, dass an der Oberseite der linken Walzrolle 3 die Exzenterhülse 8 angeordnet ist, die über den Nutenstein 7 mit der inneren Walzwelle 5 verbunden ist, sodass die gesamte Exzenterhülse für eine Verschiebung der Walzrolle 3 in Pfeilrichtung 28 sorgt und so den geforderten Exzenterhub 64 durchführt.
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Zur Festsetzung der Drehlage der Exzenterhülse 8 wird eine Anpressscheibe 30 verwendet, die mithilfe von Schrauben 33 auf der Oberseite der Walzrolle 3 gepresst wird, wobei die Exzenterhülse 8 frei bleibt.
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Dabei wird ein Druckring 31 verwendet, der von den Schrauben 33 durchsetzt ist und der auf ein zugeordnetes Außengewinde 34 der Walzwelle 5 aufgeschraubt ist.
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Die Walzwelle 5 ist noch durch voneinander beabstandete Rollenlager 37 drehbar gelagert, und die für die Ausgangsweite des Walzspaltes 43 vorgesehene Exzenterverstellung mit der Exzenterachse 38 und dem Exzenterhub 36 ist nicht näher dargestellt. Es handelt sich um eine übliche exzentrische Einstellmöglichkeit der Walzwelle 5 um den Exzenterhub 36, der einmal eingestellt und dann festgesetzt wird.
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Die Unterseite der Walzrolle 3 liegt auf einer Ausgleichsscheibe 35 auf, die auswechselbar ausgebildet ist und die Gewindehöhe am Walzgut 26 genau einstellbar ist.
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Die Ausgleichsscheibe 35 lässt eine Verschiebung der Walzrolle 3 in axialer Richtung zu. Es handelt sich demnach um ein Höheneinstellspiel.
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Für die rechte Walzrolle 13 ist gemäß 2 zu erkennen, dass die dortige Walzwelle 15 in einer zentrischen Drehachse 45 gelagert ist, und ebenfalls über den Nutenstein 7 die zentrische Rundhülse 18 mit dem Außenumfang der Walzwelle 15 gekoppelt ist.
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Mit einem Schrittgetriebe 46 wird ein Zahnrad 48 intermittierend und schrittweise angetrieben, sodass es über einen Zwischenflansch 49 drehfest mit dem Ringflansch 20 der Zuführvorrichtung (Teilekorb 19) gekoppelt ist.
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Auf diese Weise wird eine schrittweise intermittierende Antriebsdrehbewegung für den Ringflansch 20 erreicht, auf dem das zuzuführende Walzgut 26 in dem Walzspalt 43 eingeführt wird.
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Auf dem Ringflansch 20 ist der Teilekorb 19 angeordnet, in dessen Aufnahmen 21 die umzuformenden Schrauben oder das Walzgut 26 angeordnet sind.
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In 2 ist nur schematisiert der Zahneingriff 47 zwischen dem Schrittgetriebe 46 und dem Zahnrad 48 dargestellt.
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In 2 ist auf der linken Seite noch die Exzenterverstellung bezüglich des Exzenterhubes 36 dargestellt. Dies erfolgt gemäß 2 dadurch, dass ein zentrischer Lagerflansch 39 vorhanden ist, der einen inneren exzentrischen Umfang bildet, wobei am Innenumfang noch eine Freistellung 40 in Bezug zum Außenumfang der Walzwelle 5 angeordnet ist.
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Wurde der richtige Exzenterhub 36 gefunden, dann wird über eine Klemmhülse 42, die mit einem Klemmring 41 zusammenwirkt, die Drehlage des Lagerflansches 39 eingestellt.
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3 zeigt nun einen Arbeitszyklus einer Hubkurve 53 der Walzrolle 3, wobei auf der Abszisse der Drehwinkel der Walzrolle und auf der Ordinate der Hub der Walzrolle aufgetragen ist. Sie kann sich demnach zwischen einem Hub von 0 bis zum Beispiel 0,5 mm bewegen.
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Bei Position 59 beginnt die Drehung in Pfeilrichtung 54 und es handelt sich um einen Leerhub 60, der bei Position 55 endet.
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Nach Überschreiten der Position 55 wird der obere Totpunkt erreicht, wobei zwischen der Position 55 und 56 ein Leerhub 60 stattfindet.
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Ab der Position 56 wirkt der eigentliche Walzweg 57 der Walzrolle 3, der über den unteren Totpunkt hinaus bis zur Position 51 mit dem eingezeichneten Drehwinkel von zum Beispiel 270 Grad erfolgt.
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Ab der Position 51 erfolgt dann ein Beladeweg 58, bei dem der Walzspalt 43 geöffnet ist und das Walzgut 26 in dem geöffneten Walzspalt eingebracht wird. Bei weiterer Drehung ist dann bei Position 52 der Beladeweg beendet und es erfolgt ein neuer Vorgang, der mit Position 55 und 56 wieder in 3 beginnt.
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Gemäß 4 kann somit der Hub der Walzrolle um 1 mm bei einer Umdrehung von zum Beispiel 360 Grad verändert werden. Dies ist nur eine beispielhafte Dimensionsangabe und soll die Erfindung in keiner Weise beschränken.
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Es ist dargestellt, dass es entweder einen Vorwärtshub 21 zum Schließen des Walzspaltes oder auch einen Rückwärtshub 62 zum Öffnen des Walzspaltes gibt, und dass insgesamt die Exzenterhubkurve 63 in 4 über den Drehwinkel und den Hub angegeben ist.
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Aus der vorliegenden Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass mit sehr hoher Produktionsleistung präzise Umformarbeiten am umformbaren Walzgut 26 vorgenommen werden können. Eine solche Maschine hat eine Produktionsleistung von zum Beispiel 400 Stück pro Minute, wobei die Zuführbewegung des Teilekorbs 19 mit dem Ringflansch 20 genau mit der Exzenterhubkurve 63 in 4 synchronisiert werden muss, um dafür zu sorgen, dass bei geöffnetem Walzspalt ein Teil eingeführt wird, dann umgeformt und nach der Umformung bei geöffnetem Walzspalt wieder entfernt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walzrollmaschine
- 2
- Maschinenrahmen
- 3
- Walzrolle B (links exzentrisch)
- 4
- Drehlager
- 5
- Walzwelle
- 6
- Pfeilrichtung
- 7
- Nutenstein
- 8
- Exzenterhülse
- 9
- Linie (Zahnradmitte)
- 10
- Linie (höchster Punkt)
- 11
- Hilfspunkt
- 12
- Hilfspunkt
- 13
- Walzrolle A (rechts)
- 14
- Hilfspunkt
- 15
- Walzwelle (rechts)
- 16
- Pfeilrichtung
- 17
- Walzgewinde (links)
- 18
- Rundhülse (rechts)
- 19
- Teilekorb
- 20
- Ringflansch
- 21
- Aufnahme (für Walzgut)
- 22
- Zuführkanal
- 23
- Pfeilrichtung
- 24
- Pfeilrichtung (Teilekorb)
- 25
- Pfeilrichtung
- 26
- Walzgut
- 27
- Walzgewinde (rechts)
- 28
- Taumelbewegung
- 29
- Leitplanke
- 30
- Anpressscheibe
- 31
- Druckring
- 32
- Abführkanal
- 33
- Schraube
- 34
- Gewinde
- 35
- Ausgleichsscheibe
- 36
- Exzenterhub
- 37
- Rollenlager
- 38
- Exzenterachse
- 39
- Lagerflansch
- 40
- Freistellung
- 41
- Klemmring
- 42
- Klemmhülse
- 43
- Walzspalt
- 44
- Drehachse (von 4)
- 45
- Drehachse (von 13)
- 46
- Schrittgetriebe
- 47
- Zahneingriff
- 48
- Zahnrad
- 49
- Zwischenflansch
- 50
-
- 51
- Position (Beladeweg)
- 52
- Position
- 53
- Hubkurve
- 54
- Pfeilrichtung
- 55
- Position
- 56
- Position
- 57
- Walzweg
- 58
- Beladeweg
- 59
- Position
- 60
- Leerhub
- 61
- Hub (vorwärts)
- 62
- Hub (rückwärts)
- 63
- Exzenterhubkurve
- 64
- Exzenterhub
