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Die Erfindung betrifft eine Walzwerkzeugeinheit für eine Walzmaschine sowie ein Verfahren zur Nachbearbeitung einer Walzstange einer solchen Walzwerkzeugeinheit.
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Walzwerkzeugeinheiten werden in Walzmaschinen benötigt, um durch Kaltumformung ein Profil in einem Werkstück zu erzeugen, beispielsweise eine Verzahnung, ein Gewinde, eine oder mehrere Ölnuten, eine Rändelung, usw. Die Walzwerkzeugeinheit hat eine Walzstange mit zumindest einem Walzprofil, das an das zu erzeugende Profil am Werkstück angepasst ist. Bei der Umformung werden in einer Walzmaschine zwei Walzwerkzeugeinheiten verwendet, so dass sich die beiden Walzstangen mit ihren Walzprofilen gegenüberliegen. Zwischen den beiden Walzstangen wird das umzuformende Werkstück angeordnet. Die Walzstangen erstrecken sich in einer Längsrichtung. Sie werden gegenläufig in Längsrichtung bewegt und greifen dabei mit ihrem jeweiligen Walzprofil in das umzuformende Werkstück ein, das sich dabei aufgrund der Längsbewegung der Walzstangen auf den Walzprofilen abrollt. Auf diese Weise wird die gewünschte Profilierung im Werkstück gebildet.
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Bei dem Herstellen eines solchen Profils in einem Werkstück sind die Walzstangen einem Verschleiß unterworfen. Um das gewünschte Profil im Werkstück zu erhalten, muss das Walzprofil einer Walzstange nachbearbeitet werden oder die Walzstange muss ausgetauscht werden, wenn durch den Einsatz ein zu großer Verschleiß aufgetreten ist.
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DE 20 2004 012 067 U1 beschreibt eine Walzstange, bei der sich das Walzprofil bzw. die Köpfe des Walzprofils entlang einer Ebene erstrecken. Solche Walzstangen sind dafür vorgesehen, während der Kaltumformung auf das Werkstück zu bzw. vom Werkstück weg bewegt zu werden, um das Profil am Werkstück herzustellen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Walzstange auf entgegengesetzten Seiten jeweils ein Walzprofil aufweisen, so dass die Walzstange in zwei unterschiedlichen Aufspannungen eingesetzt werden kann, um die Standzeit zu verlängern. Die Walzstange ist hierfür stirnseitig an einer Walzstangenhalterung befestigt. Dadurch, dass die Zahnköpfe der Walzprofile in parallelen Ebenen verlaufen, können die dem Werkstück abgewandte Zahnköpfe als Auflage für die Walzstange in der Walzstangenhalterung verwendet werden.
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Die aus
DE 20 2004 012 067 U1 bekannte Walzstange kann nur bei Walzmaschinen verwendet werden, bei denen eine Zustellung orthogonal zur Längsrichtung der Walzstange bzw. der Walzwerkzeugeinheit zum Werkstück hin bzw. vom Werkstück weg möglich ist. Eine solche Zustellung ist nicht bei allen Walzmaschinen vorhanden. Außerdem wird bei dem Ausführungsbeispiel mit zwei Walzprofilen auch das aktuell nicht verwendete Walzprofil einer starken Belastung ausgesetzt, da es in der Walzstangenhalterung aufliegt und dazu dient, die auftretenden Umformkräfte an der Walzstangenhalterung abzustützen.
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EP 1 529 579 B1 beschreibt eine Walzwerkzeugeinheit mit einer Walzstange, die auf entgegengesetzten Seiten jeweils ein Walzprofil aufweist. Die Walzstange hat an ihren Längsseiten Stützvorsprünge, die auf einem U-förmigen Basiskörper aufliegen. An den Stützvorsprüngen sind schräg zu einer Querrichtung ausgerichtete Anlageflächen angeordnet. Die eine Anlagefläche liegt an einer zugeordneten Spannfläche des Basiskörpers und die andere Anlagefläche an einer zugeordneten Spannfläche eines Spannbügels an, der die Walzstange dadurch in Querrichtung und rechtwinkelig dazu in Hochrichtung gegen den Basiskörper drückt.
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Ausgehend vom Stand der Technik kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Walzwerkzeugeinheit zu schaffen, die eine hohe Standzeit aufweist und eine einfache Handhabung erlaubt, insbesondere bei der Nachbearbeitung der Walzprofile der Walzstange.
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Diese Aufgabe wird mit einer Walzwerkzeugeinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Walzwerkzeugeinheit ist zur Verwendung in einer Walzmaschine eingerichtet. Für das Umformen eines Werkstücks in der Walzmaschine werden zwei separate Walzwerkzeugeinheiten benötigt, die von entgegengesetzten Seiten am Werkstück angreifen. Jede Walzwerkzeugeinheit hat eine sich in einer Längsrichtung erstreckende Walzstange. Die Walzstange hat ein erstes Walzprofil auf einer ersten Seite und ein zweites Walzprofil auf einer zweiten Seite. Die erste Seite und die zweite Seite sind in einer Hochrichtung mit Abstand zueinander angeordnet. Das erste Walzprofil und das zweite Walzprofil sind voneinander abgewandt und vorzugsweise entgegengesetzt zueinander ausgerichtet.
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Die Walzstange hat zwei Seitenbereiche, die eine dritte Seite und eine vierte Seite bilden. Die beiden Seitenbereiche sind in einer Querrichtung mit Abstand zueinander angeordnet und verbinden jeweils die erste Seite mit der zweiten Seite. An den Seitenbereichen ist vorzugsweise jeweils eine Stützstruktur vorhanden, beispielsweise wenigstens ein Stützvorsprung und/oder wenigstens eine Stützvertiefung.
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Die Walzwerkzeugeinheit weist außerdem eine Stützeinheit auf, die getrennt von der Walzstange bereitgestellt wird. Die Stützeinheit hat zwei und insbesondere genau zwei sich in Längsrichtung parallel zueinander und entlang der Walzstange erstreckende Stützteile. Die Stützteile sind bevorzugt separate Bauteile, können alternativ aber auch integral miteinander verbunden sein und/oder eine gemeinsame Baueinheit bilden. Vorzugsweise ist die Längserstreckung der Stützteile im Wesentlichen so lang wie die Längserstreckung der Walzstange. Dadurch kann die Walzstange über ihre gesamte Länge abgestützt werden. Jedes Stützteil greift an einer zugeordneten Seitenfläche der Walzstange an und kann dort lösbar formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Stützstruktur verbunden sein. Über die Stützteile der Stützeinheit wird die Walzstange mittelbar auf einer Basisfläche abgestützt, die an einem Basiskörper der Stützeinheit gebildet sein kann. Die Basisfläche erstreckt sich vorzugsweise entlang einer Ebene, die durch die Längsrichtung und die Querrichtung definiert ist. Die Stützteile der Stützeinheit sind dabei derart dimensioniert, dass zwischen der Basisfläche und dem der Basisfläche zugewandten Walzprofil an der ersten Seite oder der zweiten Seite der Walzstange ein Zwischenraum vorhanden ist.
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Somit wird die Walzstange durch die sich entlang der Walzstange erstreckenden Stützteile stabil an der Basisfläche abgestützt, so dass keine unerwünschten Verformungen der Walzstange bei der Kaltumformung eines Werkstücks auftreten. Die Stützteile können in Längsrichtung kontinuierlich oder an einer ausreichenden Mehrzahl von in Längsrichtung beabstandeten Stützstellen mit der Walzstange verbunden sein. Das für die Kaltumformung verwendete Walzprofil ist der Basisfläche abgewandt und dem umzuformenden Werkstück zugewandt. Das nicht verwendete Walzprofil weist zur Basisfläche hin und liegt dieser mit Abstand gegenüber. Durch den gebildeten Zwischenraum wird vermieden, dass das aktuell nicht verwendete Walzprofil einer übermäßigen Belastung ausgesetzt wird. Es wird gerade nicht dazu verwendet, die Walzstange an der Basisfläche abzustützen und ist daher vor Beschädigungen geschützt. Auch können Walzstangen mit Walzprofilen eingesetzt werden, deren Verzahnung nicht entlang einer gemeinsamen Ebene angeordnet ist, beispielsweise Walzprofile mit einem Einlaufbereich, einem Zentralbereich und einem Auslaufbereich, bei denen sich nur der Zentralbereich parallel zu einer Ebene erstreckt. Das nicht eingesetzte Walzprofil wird im Raum zwischen den beiden Stützteilen und der Basisfläche geschützt angeordnet. Die Walzstange kann gewendet werden, wenn eines der beiden Walzprofile aufgrund von Verschleiß keine ausreichende Genauigkeit der erzeugten Profilierung am Werkstück mehr gewährleistet. Wenn beide Walzprofile verschlissen sind, kann die Walzstange ausgebaut und nachbearbeitet werden.
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Außerdem kann die Walzwerkzeugeinheit in Walzmaschinen mit und ohne Zustellung der orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Walzstange bzw. der Walzwerkzeugeinheit zum Werkstück hin bzw. vom Werkstück weg verwendet werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Walzstange in jedem der Seitenbereiche einen Stützvorsprung und vorzugsweise genau einen Stützvorsprung aufweist. Jeder Stützvorsprung kann sich im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des ersten Walzprofils und des zweiten Walzprofils erstrecken. Der Stützvorsprung kann in einem Schnitt rechtwinklig zur Längsrichtung eine rechteckige Kontur aufweisen. An jedem Stützvorsprung sind eine erste Anlagefläche und eine zweite Anlagefläche gebildet. Vorzugsweise erstrecken sich die beiden Anlageflächen parallel zueinander. In Hochrichtung sind die beiden Anlageflächen mit Abstand zueinander angeordnet. Jede Anlagefläche kann sich parallel zu einer Ebene erstrecken, die durch die Längsrichtung und die Querrichtung definiert ist. Die erste und zweite Anlagefläche sind einander abgewandt. Auf diese Weise ist in den Seitenbereichen eine einfach herzustellende Stützstruktur vorhanden, die in beiden Orientierungen der Walzstange eine einfache Verbindung mit den Stützteilen gewährleistet und sicherstellt, dass die Walzstange in beiden Orientierungen sehr exakt in der Walzmaschine positioniert werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Stützstruktur als Stützvorsprung in jedem Seitenbereich sind die erste und zweite Anlagefläche einander abgewandt. Wenn alternativ dazu in jedem Seitenbereich eine Stützvertiefung die Stützstruktur bildet, können die erste und zweite Anlagefläche durch gegenüberliegenden Seiten der Stützvertiefung gebildet und somit einander zugewandt sein.
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Vorzugsweise sind die Stützvorsprünge integral bzw. monolithisch mit der Walzstange ausgebildet. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel können die Stützvorsprünge lösbar mit der Walzstange verbunden sein, z.B. an die Walzstange geschraubt sein, so dass sich eine mehrteilige, insbesondere dreiteilige Ausgestaltung ergibt.
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An jedem Stützteil ist vorzugsweise eine Gegenanlagefläche vorhanden. Die beiden Gegenanlageflächen der Stützteile erstrecken sich insbesondere in einer gemeinsamen Ebene, die parallel zur Längsrichtung und parallel zur Querrichtung ausgerichtet sein kann. Die Gegenanlageflächen sind von der Basisfläche abgewandt und liegen in montiertem Zustand der Walzwerkzeugeinheit entweder an den ersten Anlageflächen der Walzstange oder an den zweiten Anlageflächen der Walzstangen an.
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Der maximale Abstand zwischen dem ersten Walzprofil und der ersten Anlagefläche in Hochrichtung definiert eine erste Höhe. Der maximale Abstand zwischen dem zweiten Walzprofil und der zweiten Anlagefläche in Hochrichtung definiert eine zweite Höhe. Es ist bevorzugt, wenn die erste Höhe und die zweite Höhe gleich groß sind. Der Abstand zwischen der Basisfläche und den Gegenanlageflächen der Stützteile in Hochrichtung definiert eine dritte Höhe. Die dritte Höhe ist insbesondere größer als die erste Höhe und die zweite Höhe, wodurch eine einfache Möglichkeit geschaffen ist, den Zwischenraum zu bilden. Der maximale Abstand eines Walzprofils zu einer Anlagefläche wird dabei durch ein Zahnkopfende eines Zahns (äußeres Ende des Zahns) des betreffenden Walzprofils definiert, das am weitesten von der Anlagefläche entfernt ist.
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Wie erwähnt, kann die Stützeinheit einen die Basisfläche aufweisenden Basiskörper aufweisen. Der Basiskörper kann dabei insbesondere von wenigstens einer Basisplatte gebildet sein. Jede Basisplatte hat in Hochrichtung eine Dicke, die deutlich kleiner ist als die Abmessung der Basisplatte in Querrichtung und in Längsrichtung. Die wenigstens eine Basisplatte bzw. der Basiskörper ist bevorzugt kraftschlüssig und/oder formschlüssig lösbar mit den Stützteilen verbunden. Alternativ dazu können die Stützteile und Basiskörper bzw. wenigstens eine der vorhandenen Basisplatten unlösbar miteinander verbunden sein oder integral bzw. monolithisch ausgebildet sein.
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Die lösbare Verbindung zwischen dem Basiskörper und den Stützteilen einerseits und/oder den Stützteilen und der Walzstange andererseits kann durch Schrauben und/oder Bolzen und/oder Stifte und/oder Passschrauben hergestellt sein. In Längsrichtung betrachtet können die Verbindungsstellen zwischen der Walzstange und den Stützteilen versetzt zu den Verbindungsstellen zwischen den Stützteilen und der Basisplatte angeordnet sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann jedes Stützteil eine Stützleiste mit einem rechteckigen Querschnitt sein. Die Stützteile können in Querrichtung mit einem Abstand zueinander angeordnet sein, der gleich oder größer ist als die Breite des ersten Walzprofils und des zweiten Walzprofils in Querrichtung.
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Vorzugsweise hat die Walzstange bei der vorliegenden Erfindung eine von einer Rechteckkontur abweichende Form. Beispielsweise weisen die Walzprofile mehrere Gruppen von Zähnen auf. Die Zahnkopfenden der Zähne von einer der Gruppen können entlang einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein. Die Zahnkopfenden wenigstens einer weiteren Gruppe von Zähnen sind außerhalb dieser Ebene angeordnet. Vorzugsweise weist jedes Walzprofil drei Gruppen von Zähnen auf.
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Die Zahnkopfenden, die sich entlang einer gemeinsamen Ebene erstrecken, können einen Zentralbereich des Walzprofils bilden. In Längsrichtung kann sich an den Zentralbereich auf der einen Seite ein Einlaufbereich und auf der anderen Seite ein Auslaufbereich des Walzprofils anschließen. Im Einlaufbereich und im Auslaufbereich können die Zahnkopfenden außerhalb der Ebene angeordnet sein, die durch die Zahnkopfenden im Zentralbereich definiert ist. Insbesondere ist im Einlaufbereich die Höhe der Zähne vom Grund einer benachbarten Zahnlücke bis zum Zahnkopfende kleiner als im Zentralbereich und/oder im Auslaufbereich. Die Anzahl der Zähne im Zentralbereich ist bevorzugt kleiner als im Einlaufbereich und größer als im Auslaufbereich. Die Anzahl der Zähne im Einlaufbereich ist vorzugsweise größer als im Auslaufbereich.
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Eines oder mehrere der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Walzwerkzeugeinheit lassen sich bei einer Nachbearbeitung der Walzprofile der Walzstange besonders einfach handhaben und gestatten eine exakte Positionierung der Walzstange in der Walzmaschine. Dazu kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden:
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Zunächst wird die Walzwerkzeugeinheit aus der Walzmaschine entnommen. Die Stützteile werden sowohl von der Walzstange, als auch vom Basiskörper gelöst. Dann können die Walzprofile der Walzstange nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen, um den Verschleiß auszugleichen, der beim Einsatz der Walzstange bereits aufgetreten ist. Durch dieses Nachbearbeiten der Walzprofile nimmt die Gesamthöhe der Walzstange, also der maximale Abstand zwischen den Zahnkopfenden des ersten Walzprofils und den Zahnkopfenden des zweiten Walzprofils ab. Somit reduziert sich auch der Abstand zwischen den Walzprofilen und den dazugehörenden Anlageflächen in Hochrichtung. Die reduzierte Höhe muss ausgeglichen werden, damit die Walzstange in der Walzmaschine die für das Umformen eines Werkstücks korrekte Position einnimmt. Hierzu wird der bisher eingesetzte Basiskörper gegen einen Basiskörper mit in Hochrichtung größerer Dicke bzw. Höhe ausgetauscht oder ergänzt. Beispielsweise kann der wenigstens eine Basisplatte aufweisende Basiskörper durch eine oder mehrere weitere Basisplatten ergänzt werden. Es ist auch möglich, einen zur Herstellung des Basiskörpers verwendeten Ausgangskörper erforderlichenfalls durch Schleifen oder ein anderes Verfahren zu bearbeitet, so dass das zum Umformen eingesetzte Walzprofil in Hochrichtung möglichst genau denselben Abstand von der der Basisfläche abgewandten Unterseite des Basiskörpers hat, wie vor der Nachbearbeitung der Walzprofile. Anschließend können die Stützteile, der Basiskörper und die Walzstange zur Bildung der Walzwerkzeugeinheit wieder miteinander verbunden und in der Walzmaschine angeordnet werden. Wie erläutert, verbleibt dabei zwischen dem nicht verwendeten Walzprofil und der zugewandten Basisfläche des Basiskörpers ein Zwischenraum. Insbesondere vergrößert sich der Zwischenraum nach jedem Schleifvorgang
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine stark schematisierte, blockschaltbildähnliche Darstellung einer Walzmaschine mit zwei Walzwerkzeugeinheiten zum Kaltumformen eines Werkstücks,
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walzwerkzeugeinheit mit einer Walzstange und einer Stützeinheit in einer schematischen Explosionsdarstellung,
- 3 das Ausführungsbeispiel der Walzwerkzeugeinheit aus 2 mit Blick in Längsrichtung in montiertem Zustand in einer schematischen Darstellung,
- 4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Walzwerkzeugeinheit in einer schematischen Darstellung mit Blick in Längsrichtung,
- 5-7 das Ausführungsbeispiel der Walzwerkzeugeinheit gemäß 3 in unterschiedlichen Stadien vor und nach der Nachbearbeitung von Walzwerkzeugprofilen der Walzstange.
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In 1 ist stark schematisiert eine Prinzipdarstellung einer Walzmaschine 10 veranschaulicht. Die Walzmaschine 10 ist dazu eingerichtet, an einem Werkstück 11 durch Kaltumformung ein Profil zu erzeugen. Dazu weist die Walzmaschine 10 zwei in einer Hochrichtung z mit Abstand zueinander angeordnete Werkzeugschlitten 12 auf. Die Werkzeugschlitten 12 sind in einer Längsrichtung x gegenläufig verschiebbar. Jeder Werkzeugschlitten 12 trägt eine Walzwerkzeugeinheit 13. Die Walzwerkzeugeinheiten 13 sind in 1 vereinfacht schematisch durch jeweils eine Walzstange 14 der Walzwerkzeugeinheit 13 dargestellt. Die Walzstangen 14 haben auf der dem Werkstück 11 zugewandten Seite jeweils ein Walzprofil 15, 16, das mit 1 nicht zu erkennen ist. Bei der Bewegung der Werkzeugschlitten 12 in Längsrichtung x werden die Walzprofile in das Werkstück 11 eingedrückt, wobei sich das Werkstück 11 zwischen den beiden Walzstangen abrollt, so dass dadurch das Profil im Umfangsbereich des Werkstücks 11 gebildet wird. Die Art des Profils kann abhängig vom Anwendungsfall variieren und beispielweise eine Außenverzahnung, ein Gewinde, eine oder mehrere Ölnuten oder eine Rändelung sein. Auch andere rollbare Profilformen sind möglich. Die Walzprofile der Walzstangen sind entsprechend ausgestaltet.
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Die Walzmaschine 10 kann vertikal oder horizontal ausgerichtete Walzstangen 14 aufweisen. Beispielsweise kann die Vertikale parallel zu Hochrichtung z oder parallel zur Längsrichtung x ausgerichtet sein.
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Die Längsrichtung x, die Hochrichtung z und eine Querrichtung y bilden ein kartesisches Koordinatensystem, das in der vorliegenden Beschreibung ortsfest zu der Walzwerkzeugeinheit 13 angeordnet ist.
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In den 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Walzwerkzeugeinheit 13 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Zu der Walzwerkzeugeinheit 13 gehört die Walzstange 14 sowie eine Stützeinheit 17. Die Stützeinheit 17 ist insbesondere dazu eingerichtet, die Walzwerkzeugeinheit 13 in Hochrichtung z auf einer Trägerfläche 18 des Werkzeugschlittens 12 der Walzmaschine 10 anzuordnen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Walzstange 14 ein erstes Walzprofil 15 an einer ersten Seite 19 sowie ein zweites Walzprofil 16 an einer zweiten Seite 20 der Walzstange 14 auf. Das erste Walzprofil 15 und das zweite Walzprofil 16 sind beispielsgemäß identisch ausgebildet, können alternativ zum dargestellten Ausführungsbeispiel aber auch unterschiedliche Formen bzw. Verzahnungen aufweisen. Die Walzprofile 15, 16 können spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene ausgeführt sein, die rechtwinkelig zur Hochrichtung z ausgerichtet ist. Alternativ kann das erste Walzprofil 15 gegenüber dem zweiten Walzprofil 16 zusätzlich zur Spiegelung an dieser Symmetrieebene um 180° um die Hochrichtung z gedreht sein.
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Jedes Walzprofil 15 hat eine Mehrzahl von Zähnen 21, die in Längsrichtung x nebeneinander und durch jeweils eine Zahnlücke 22 getrennt voneinander angeordnet sind. In Hochrichtung z hat jeder Zahn 21 einen Zahnkopf mit einem Zahnkopfende 23, das das äußerste Ende des Zahns 21 bildet.
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Wie es schematisch in 2 gezeigt ist, weist jedes Walzprofil 15, 16 in Längsrichtung x unterschiedliche Bereiche auf, beispielsgemäß einen Einlaufbereich A, einen Zentralbereich B sowie einen Auslaufbereich C. Jeder Bereich A, B, C hat mehrere Zähne 21 sowie Zahnlücken 22. Die Anzahl der Zähne 21 ist im Zentralbereich B kleiner als im Einlaufbereich A und meistens größer als im Auslaufbereich C. Die Anzahl der Zähne im Einlaufbereich A ist beispielsgemäß größer als im Zentralbereich B und Auslaufbereich C.
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Wie es ebenfalls schematisch in 2 zu erkennen ist, sind die Zahnkopfenden 23 im Zentralbereich B entlang einer gemeinsamen Ebene E angeordnet. Im Einlaufbereich A sind die Zahnkopfenden 23 mit Abstand zu dieser Ebene E angeordnet, wobei der Abstand der Zahnkopfenden 23 von der Ebene E zunimmt, je weiter die Zähne 21 im Einlaufbereich A vom Zentralbereich B entfernt sind. Auch im Auslaufbereich C sind die Zahnkopfenden 23 mit Abstand zur Ebene E angeordnet, wobei dieser Abstand von der Ebene E zunimmt, je weiter die Zähne 21 vom Zentralbereich B entfernt sind. Die Zähne 21 können daher in drei Gruppen von Zähnen 21 unterteilt werden: eine erste Gruppe von Zähnen 21 im Zentralbereich B, eine zweite Gruppe von Zähnen 21 im Einlaufbereich A und eine dritte Gruppe von Zähnen 21 im Auslaufbereich C.
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Die Tiefe der Zahnlücken 22 ist im Zentralbereich B konstant und kann auch im Auslaufbereich C konstant sein. Demgegenüber nimmt die Tiefe der Zahnlücken 22 in Hochrichtung z im Einlaufbereich A ab, je weiter die Zahnlücke 22 vom Zentralbereich B entfernt ist. Die Tiefe der Zahnlücken 22 ist in 2 schematisch durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
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Die Walzstange 14 hat zwei entgegengesetzte Seitenbereiche 28 (3), von denen in 2 nur ein Seitenbereich 28 zu erkennen ist. In jedem Seitenbereich 28 ist eine Stützstruktur vorhanden, die mit der Stützeinheit 17 zusammenarbeitet, so dass die Walzstange 14 mittels der Stützstruktur in den Seitenbereichen 28 mit der Stützeinheit 17 verbunden werden kann, beispielweise durch eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige lösbare Verbindung.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß der 2 und 3 ist jede Stützstruktur in einem der Seitenbereiche 28 durch einen und beispielsgemäß genau einen Stützvorsprung 29 gebildet. Der Stützvorsprung 29 hat eine erste Anlagefläche 30 und eine zweite Anlagefläche 31. Die beiden Anlageflächen 30, 31 sind in Hochrichtung z mit Abstand zueinander angeordnet und voneinander abgewandt. Beim Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Anlageflächen 30, 31 jeweils parallel zu einer Ebene, die durch die Längsrichtung x und die Querrichtung y definiert ist.
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Vorzugsweise hat jeder Stützvorsprung 29 einen rechteckigen Querschnitt. In Abwandlung dazu könnte jeder Stützvorsprung 29 einen sich nach außen verjüngenden, insbesondere trapezförmigen Querschnitt haben, um beispielsweise eine Zentrierung in Querrichtung y zu bewirken oder zu unterstützen. Die Gegenanlageflächen 46 sind in diesem Fall angepasst an die Anlageflächen 30, 31 schräg zur Querrichtung y und zur Hochrichtung z ausgerichtet, um eine flächige Anlage zu gewährleisten.
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Vorzugsweise ist das Übergangskontor zwischen den Anlageflächen 30, 31 und der jeweils anschließenden Seitenfläche beliebig wählbar. Falls erforderlich kann dort eine Krümmung, beispielsweise ein definierter Radius, oder wenigstens eine Schräge Übergangsfläche ausgebildet sein, um einer möglichen Kerbwirkung mit Rissbildung an dieser Stelle entgegenzuwirken.
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Die ersten Anlageflächen 30 der Walzstange 14 sind in dieselbe Richtung orientiert wie das erste Walzprofil 15. Analog hierzu sind die zweiten Anlageflächen 31 in dieselbe Richtung orientiert wie das zweite Walzprofil 16.
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Zum Verspannen der Walzstange 14 an einem Befestigungsteil 32 des Werkzeugschlittens 12 weist die Walzstange 14 beim Ausführungsbeispiel Durchgangslöcher 33 auf, die die Walzstange 14 in Querrichtung y vollständig durchsetzen. Durch jedes Durchgangsloch 33 kann eine Befestigungsschraube 34 hindurchgesteckt und mit dem Befestigungsteil 32 verschraubt werden, wodurch die Walzstange 14 und die damit verbundenen Teile der Walzwerkzeugeinheit 13 in Querrichtung y gegen das Befestigungsteil 32 des Werkzeugschlittens 12 gespannt werden. In Hochrichtung z sind die Durchgangslöcher 33 länger als der Durchmesser des hindurchgeführten Abschnitts der Befestigungsschraube 34, so dass die Befestigungsschraube 34 in Hochrichtung z innerhalb der Durchgangslöcher 33 relativ zur Walzstange 14 positionierbar ist.
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Anstelle der Befestigungsschrauben 34 können alternativ auch andere Spannmittel, wie z.B. Spannpratzen, zum formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbinden der Walzstange 14 bzw. der Walzwerkzeugeinheit 13 am Befestigungsteil 32 verwendet werden. Vorzugsweise wirkt die Spannkraft ausschließlich in Querrichtung y.
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Die Stützeinheit 17 hat einen Basiskörper 40, der beim Ausführungsbeispiel durch eine Basisplatte 41 gebildet ist. Am Basiskörper 40 bzw. der Basisplatte 41 ist eine Basisfläche 42 vorhanden, die sich parallel zu einer Ebene erstreckt, die durch die Längsrichtung x und die Querrichtung y definiert ist. Auf der der Basisfläche 42 entgegengesetzten Seite hat der Basiskörper 40 bzw. die Basisplatte 41 eine Grundfläche 43, die vorzugsweise parallel zur Basisfläche 42 ausgerichtet ist. Die Grundfläche 43 ist dazu eingerichtet, an der Trägerfläche 18 des Werkzeugschlittens 12 anzuliegen.
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Vorzugsweise liegen die Grundfläche 43 und die Trägerfläche 18 in montiertem Zustand der Walzwerkzeugeinheit 13 aneinander an, ohne eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung mittels einer Verschraubung oder dergleichen zwischen dem Basiskörper 40 und dem Werkzeugschlitten 12 unmittelbar herzustellen. Über die Spannmittel zur Verbindung der Walzwerkzeugeinheit 13 mit dem Werkzeugschlitten 12 wird keine Andrückkraft zwischen der Grundfläche 43 und der Trägerfläche 18 erzeugt.
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Die Stützeinheit 17 weist außerdem zwei Stützteile 44 auf, die beim Ausführungsbeispiel gemäß der 2 und 3 jeweils durch eine im Querschnitt rechteckförmige Stützleiste 45 gebildet sind. Jedes Stützteil 44 hat eine Gegenanlagefläche 46, die sich beispielsgemäß parallel zu einer Ebene erstreckt, die durch die Längsrichtung x und die Querrichtung y definiert ist. Die Gegenanlagefläche 46 jedes Stützteils 44 ist von der Basisfläche 42 des Basiskörpers 40 abgewandt. Die Gegenanlageflächen 46 der Stützteile 44 sind dazu eingerichtet, in montiertem Zustand der Walzwerkzeugeinheit 13 mit jeweils einer zugeordneten Anlagefläche 30 oder 31 in Kontakt zu gelangen.
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In den 2 und 3 sind formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindungen zwischen den Bestandteilen der Walzwerkzeugeinheit 13 schematisch durch strichpunktierte Linien veranschaulicht. Die Verbindungen können beispielsweise durch Schrauben, Passschrauben oder Passstifte, Bolzen oder andere lösbare Verbindungselemente hergestellt werden. Beim Ausführungsbeispiel wird die Walzstange 14 durch lösbare Verbindungselemente in Hochrichtung z durch die Stützvorsprünge 29 hindurch an ersten Verbindungsstellen 50 mit dem jeweils zugeordneten Stützteil 44 lösbar kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Die Verbindungsstellen 50 sind in Längsrichtung x mit Abstand zueinander angeordnet (2). An zweiten Verbindungsstellen 51 ist jedes Stützteil 44 kraftschlüssig und/oder formschlüssig lösbar mit dem Basiskörper 40 verbunden. Die zweiten Verbindungsstellen 51 sind in Längsrichtung x versetzt zu den ersten Verbindungsstellen 50 angeordnet. Die Anzahl der ersten Verbindungsstellen 50 und der zweiten Verbindungsstellen 51 kann gleich groß oder verschieden groß sein.
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Vorzugsweise sind die Verbindungsstellen 50, 51 so angeordnet und ausgelegt, dass der Wechsel der Walzstange 14 stattfinden kann, ohne dass die Stützeinheit 17 aus der Walzmaschine 10 ausgebaut werden muss, bzw. der Wechsel/das Drehen der Walzstange 14 in der Walzmaschine 10 erfolgen kann, während die Stützeinheit 17 am Werkzeugschlitten 12 befestigt bleibt.
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Wie es insbesondere aus 2 hervorgeht, wird die Walzstange 14 im Wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge in Längsrichtung x über die beiden Stützteile 44 am Basiskörper 40 abgestützt. In Hochrichtung z während der Umformung des Werkstücks 11 auftretende Kräfte können somit über die Stützeinheit 17 sehr gut über die Trägerfläche 18 in den Werkzeugschlitten 12 eingeleitet werden. Ein unerwünschtes Durchbiegen der Walzstange 14 wird beim Kaltumformen dadurch vermieden.
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Wie es insbesondere in 3 zu erkennen ist, beschreibt eine erste Höhe h1 den maximalen Abstand eines Zahnkopfendes 23 des ersten Walzprofils 15 von den ersten Anlageflächen 30. Analog hierzu beschreibt eine zweite Höhe h2 einen maximalen Abstand der Zahnkopfenden 23 des zweiten Walzprofils 16 von den zweiten Anlageflächen 31. Eine dritte Höhe h3 beschreibt den Abstand der Gegenanlageflächen 46 von der Basisfläche 42. Die dritte Höhe h3 ist dabei größer als die zweite Höhe h2 und die erste Höhe h1. Das Walzprofil 15, 16, das aktuell nicht zum Umformen des Werkstücks 11 eingesetzt wird, liegt der zugewandten Basisfläche 42 dadurch unter Bildung eines Zwischenraums 47 gegenüber, ohne in Kontakt mit der Basisfläche 42 zu gelangen. Beim Kaltumformen des Werkstücks 11 auftretende und auf die Walzstange 14 einwirkende Kräfte werden daher nicht über das aktuell nicht verwendete der Basisfläche 42 zugewandte Walzprofil 15 oder 16 abgestützt. Vielmehr werden die eingeleiteten Kräfte über die Stützvorsprünge 29, die Stützteile 44 und den Basiskörper 40 in den Werkzeugschlitten 12 eingeleitet.
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Eine vierte Höhe h4 beschreibt den maximalen Abstand eines Zahnkopfendes 23 des ersten Walzprofils 15 von den zweiten Anlageflächen 31 und eine fünfte Höhe h5 maximalen Abstand der Zahnkopfenden 23 des zweiten Walzprofils 16 von den ersten Anlageflächen 30. Die vierte Höhe h4 und die fünfte Höhe h5 sind stets gleich groß.
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Im Betrieb kann die Walzstange 14 einer Walzwerkzeugeinheit 13 in zwei unterschiedlichen Ausrichtungen verwendet werden. Eine dieser Ausrichtungen ist in 3 veranschaulicht. Entweder kann das erste Walzprofil 15 zur Umformung des Werkstücks 11 verwendet werden, während das zweite Walzprofil 16 zwischen den Stützteilen 44 und dem Basiskörper 40 gegenüberliegend angeordnet ist. In der jeweils anderen Ausrichtung ist die Walzstange 14 um die Längsrichtung x, oder um die Querrichtung z um 180° gedreht, wobei das zweite Walzprofil 16 zur Umformung des Werkstücks 11 verwendet wird, während das erste Walzprofil 15 zwischen den Stützteilen 44 und dem Basiskörper 40 gegenüberliegend angeordnet ist.
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Sind nach einer gewissen Benutzungsdauer beide Walzprofile 15, 16 verschlissen, wird die Walzwerkzeugeinheit 13 aus der Walzmaschine 10 ausgebaut. Anschließend kann die Stützeinheit 17 von der Walzstange 14 abgenommen werden und die Walzprofile 15, 16 können nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen. Dabei nehmen die erste Höhe h1 und die zweite Höhe h2 und somit auch eine Gesamthöhe ab. Würde die Walzstange 14 wieder mit derselben Stützeinheit 17 in der Walzmaschine 10 positioniert werden, wäre der Abstand des zur Umformung des Werkstücks 11 verwendeten Walzprofils 15, 16 von der Trägerfläche 18 des Werkzeugschlittens 12 geringer als zuvor und die Positionierung der Walzwerkzeugeinheit 13 in der Walzmaschine 10 fehlerhaft. Aus diesem Grund wird nach der Nachbearbeitung der Walzprofile 15, 16 der Basiskörper 40 bzw. die Basisplatte 41 ausgetauscht gegen einen Basiskörper 40 bzw. eine Basisplatte 41 mit einer in Hochrichtung z größeren Dicke.
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Alternativ dazu kann der Basiskörper 40 bei allen Ausführungsbeispielen auch aus mehreren aufeinander angeordneten Basisplatten 41 aufgebaut werden, um die gewünschte Höhe in Hochrichtung z zu erreichen, wie es lediglich beispielhaft in 4 gezeigt ist.
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Diese Vorgehensweise ist in den 5-7 schematisch veranschaulicht. Bei einer noch nicht nachbearbeiteten Walzstange 14 mit einer ersten Gesamthöhe hg1 ( 5) hat der Basiskörper 40 eine erste Dicke d1. Nach der ersten Nachbearbeitung der Walzprofile 15, 16 hat die Walzstange 14 eine kleinere zweite Gesamthöhe hg2 (6) und es wird ein Basiskörper 40 mit einer zweite Dicke d2 eingesetzt, die größer als die erste Dicke d1. Nach einer weiteren Nachbearbeitung der Walzprofile 15, 16 hat die Walzstange 14 eine weiter verringerte dritte Gesamthöhe hg3 (7) und der eingesetzte Basiskörper 40 hat eine dritte Dicke d3, die größer ist als die zweite Dicke d2. Abhängig vom erforderlichen Materialabtrag bei der Nachbearbeitung kann jede Walzstange 14 mehrmals nachbearbeitet werden, wobei jeweils die Dicke des Basiskörpers 40, das in der Walzwerkzeugeinheit 13 zum Einsatz kommt, zunimmt, wie es lediglich beispielhaft für die beiden Nachbearbeitungen anhand der 5-7 veranschaulicht ist.
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Um die Dicke des Basiskörpers 40 exakt an den Materialabtrag der Walzprofile 15, 16 anzupassen, kann ein als Basiskörper 40 bzw. die Basisplatte 41 dienender Ausgangskörper bzw. Ausgangsplatte durch Planschleifen bearbeitet werden, um eine exakte Positionierung der Walzstangen 14 in der Walzmaschine 10 zu gewährleisten. Wie erläutert kann die gewünschte Dicke auch durch mehrere übereinander angeordnete Basisplatten 41 erreicht werden.
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In 4 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Walzwerkzeugeinheit 13 veranschaulicht. Anstelle der Stützvorsprünge 29 weist die Walzstange 14 bei diesem Ausführungsbeispiel sich in Längsrichtung x entlang der Walzstange 14 erstreckende nutförmige Stützvertiefungen 52 auf. Die Stützteile 44 sind hier anders ausgestaltet als die Stützleisten 45 und weisen an ihren dem Basiskörper 40 entgegengesetzten Bereich aufeinander zu ragende Stützerweiterungen 53 auf, wobei jede Stützerweiterung 53 eines Stützteils 44 in eine zugeordnete Stützvertiefung 52 der Walzstange 14 eingreift. Die Stützerweiterungen 53 haben an ihrer vom Basiskörper 40 weg weisenden Seite jeweils die Gegenanlagefläche 46. Die sich gegenüberliegenden Flanken der Stützvertiefung 52 bilden die sich im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel aneinander zugewandten Anlageflächen 30, 31. Dabei ist die erste Anlagefläche 30, anders als beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel in Hochrichtung z näher an dem zweiten Walzprofil 16 angeordnet als am ersten Walzprofil 15. Analog dazu ist die zweite Anlagefläche 31 näher am ersten Walzprofil 15 angeordnet als die zweite Anlagefläche 31. Die Anlageflächen 30, 31 sind bei diesem Ausführungsbeispiel innerhalb der Außenkontur der Walzstange 14 angeordnet.
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Im Übrigen kann zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels gemäß 4 auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden.
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Die Erfindung betrifft eine Walzwerkzeugeinheit 13 aufweisend eine Walzstange 14 mit einem ersten Walzprofil 15 an einer ersten Seite 19 und einem zweiten Walzprofil 16 an einer zweiten Seite 20. Die erste Seite 19 und die zweite Seite 20 sind über zwei Seitenbereiche 28 miteinander verbunden, die jeweils eine Stützstruktur aufweisen. Eine Stützeinheit 17 hat zwei sich in Längsrichtung x erstreckende Stützteile 44, die sich entlang der Walzstange 14 erstrecken und an der Stützstruktur jeweils eines zugeordneten Seitenbereichs 28 angreifen. Die Stützteile 44 sind in einer Querrichtung y mit Abstand zueinander angeordnet und stützen die Walzstange 14 mittelbar auf einer Basisfläche 42 eines Basiskörpers 40 ab. Die Walzstange 14 kann an den Stützteilen 44 derart angeordnet werden, dass entweder das erste Walzprofil 15 oder das zweite Walzprofil 16 von der Basisfläche 42 weg weist, während das jeweils andere Walzprofil 16 bzw. 15 zwischen den Stützteilen 44 und dem Basiskörper 40 angeordnet ist, ohne mit der Basisfläche 42 in Kontakt zu gelangen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Walzmaschine
- 11
- Werkstück
- 12
- Werkzeugschlitten
- 13
- Walzwerkzeugeinheit
- 14
- Walzstange
- 15
- erstes Walzprofil
- 16
- zweites Walzprofil
- 17
- Stützeinheit
- 18
- Trägerfläche
- 19
- erste Seite
- 20
- zweite Seite
- 21
- Zahn
- 22
- Zahnlücke
- 23
- Zahnkopfende
- 28
- Seitenbereich
- 29
- Stützvorsprung
- 30
- erste Anlagefläche
- 31
- zweite Anlagefläche
- 32
- Befestigungsteil
- 33
- Durchgangsloch
- 34
- Befestigungsschraube
- 40
- Basiskörper
- 41
- Basisplatte
- 42
- Basisfläche
- 43
- Grundfläche
- 44
- Stützteil
- 45
- Stützleiste
- 46
- Gegenanlagefläche
- 47
- Zwischenraum
- 50
- erste Verbindungsstelle
- 51
- zweite Verbindungsstelle
- 52
- Stützvertiefung
- 53
- Stützerweiterung
- A
- Einlaufbereich
- B
- Zentralbereich
- C
- Auslaufbereich
- d1
- erste Dicke
- d2
- zweite Dicke
- d3
- dritte Dicke
- E
- Ebene
- h1
- erste Höhe
- h2
- zweite Höhe
- h3
- dritte Höhe
- hg1
- erste Gesamthöhe
- hg2
- zweite Gesamthöhe
- hg3
- dritte Gesamthöhe
- x
- Längsrichtung
- y
- Querrichtung
- z
- Hochrichtung
