DE1142823B - Vorrichtung zum Laengsprofilieren von kalten Werkstuecken, insbesondere von Zahnraedern und Mehrkeilwellen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

t. kl. B 21 h

ANMELDETAG: 10. DEZEMBER 1957

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 31. JANUAR 1963

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Längsprofilieren von kalten Werkstücken, insbesondere von Zahnrädern oder Mehrkeilwellen, die einen Werkzeugkopf mit mehreren symmetrisch zur Achse einer Werkstückaufnahme drehbar gelagerten Profilwalzen aufweist, welche mit ihren profilformenden Mantelflächen einen Werkstückdurchlaß begrenzen, dessen engster Querschnitt in einer zur Durchlaßachse senkrechten Ebene liegt, in der sich einander benachbarte Profilwalzen mit konischen Abrollflächen aneinander abwälzen können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum exakten Profilieren von Stangenmaterial mit drei-, vier- und mehreckigem Querschnitt benutzt werden, sie soll jedoch insbesondere zur Herstellung von Zahnrädern oder Mehrkeilwellen und ähnlich profilierten Werkstücken aus Material hoher Festigkeit Verwendung finden, bei denen hohe Ansprüche an die Genauigkeit der Profilierung gestellt werden.

Bei der praktischen Anwendung der eingangs erwähnten bekannten Profiliervorrichtungen zeigen sich Schwierigkeiten, wenn höhere Anforderungen an die Genauigkeit der Profilierung gestellt werden und man — mit Rücksicht auf die Wirtschaftlichkeit — in einem Arbeitsgang eine relativ starke Verformung des kalten Werkstückes erzielen will.

Es ist bekannt, daß beim Warmwalzen mittels angetriebener Walzen, die gleichzeitig am gesamten Umfang des Werkstückes auf dieses einwirken, die Werkstücke — selbst bei genauem Synchronlauf der sich über ihre konischen Abwälzflächen aneinander abwälzenden und gleichmäßig angetriebenen Walzen — häufig dazu neigen, sich zu verziehen und den Durchlaß zwischen den Walzen mit einer gekrümmten Achse, gegebenenfalls auch in leicht axial verwundener Form, zu verlassen. Derartige Verformungen des warmen Werkstückes lassen sich zwar durch anschließendes Geraderichten wieder beseitigen, es ergeben sich dabei aber unerwünschte Profilverzerrungen, die meist ein Nacharbeiten notwendig machen. Außerdem ist die Oberflächenbeschaffenheit der nach einem solchen Warmwalzverfahren profilierten Werkstücke häufig zu beanstanden.

Versuche, unter Verwendung der bekannten Vorrichtungen ein exaktes Kaltprofilieren von Werkstücken aus Werkstoff höherer Festigkeit durchzuführen, bei denen wegen der höheren Materialfestigkeit ein geringeres Verziehen erwartet werden konnte, scheiterten zunächst daran, daß auch die kalt gewalzten Werkstücke sich verzogen, das gleichzeitige Einwirken der Walzen auf die gesamten Umfangs-Vorrichtung zum Längsprofilieren

von kalten Werkstücken,

insbesondere von Zahnrädern

und Mehrkeilwellen

Anmelder:

Ernst Grob, Zürich (Schweiz),

und Dipl.-Ing. Burkhart Grob,

Solin bei München, Schusterstr. 28

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt, München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität: Schweiz vom 31. Dezember 1956 (Nr. 41 193)

Ernst Grob, Zürich (Schweiz),

und Dipl.-Ing. Burkhart Grob, Solln bei München,

sind als Erfinder genannt worden

flächen der Werkstücke zu mit den üblichen Werkzeugköpfen nicht mehr zu beherrschenden hohen Flächendrücken und Lagerbeanspruchungen der Walzen führte und schließlich der Vorschub des Werkstückes mit Hilfe der angetriebenen Walzen selbst unsicher war bzw. manchmal überhaupt versagte. Einwandfreie Werkstückoberflächen ließen sich meist nicht erzielen; die Erzeugung genauer Profile bedingte einen zusätzlichen Nachbearbeitungs-Vorgang. Auch ein Hindurchziehen des Werkstückes zwischen den Profilwalzen — wie es an sich bei als Ziehdüsen benutzten »Rollköpfen« angewendet wird — erwies sich bei der Profilierung von kalten Werkstücken aus Material hoher Festigkeit als unzweckmäßig, weil das im engsten Querschnitt des Durchlasses durch allseitigen Druck in seinem gesamten Querschnitt in Fließzustand versetzte Material den notwendigen hohen Zugbeanspruchungen nicht mehr standhielt und sich unverhältnismäßig stark reckte oder gar das Werkstück zerrissen wurde. Diese Schwierigkeiten konnten nun durch eine neue Ausbildung einer Vorrichtung zum Längsprofilieren von kalten Werkstücken überwunden bzw. beseitigt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Längsprofilieren von kalten Werkstücken, insbesondere von Zahnrädern oder Mehrkeilwellen, die einen Werk-

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zeugkopf mit mehreren symmetrisch zur Achse einer Werkstückaufnahme drehbar gelagerten Profilwalzen aufweist, welche mit ihren profilformenden Mantelflächen einen Werkstückdurchlaß begrenzen, dessen engster Querschnitt in einer zur Durchlaßachse senkrechten Ebene liegt, in der sich einander benachbarte Profilwalzen mit konischen Abrollflächen aneinander abwälzen können, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme — wie an sich bekannt — eine koaxial zur Werkzeugkopfachse vor- und zurückbewegbare, das Werkstück zentrisch durch den Durchlaß hindurchdrückende Vorschubvorrichtung ist und der Werkzeugkopf einen geschlossenen Außenring aufweist, auf dessen schwach konischer Innenfläche sich axial verschiebbare segmentförrnige Halterungen abstützen, in denen die Profilwalzen — wie an sich bekannt — radial zur Werkzeugkopfachse verstellbar gelagert sind.

Durch das zentrische Hindurchdrücken des Werkstückes durch den Werkzeugkopf und die genau symmetrische Vorspannung der Profilwalzen, die sich in unmittelbarer Nähe der Eingriffsstellen gegenseitig stützen, wird eine exakte Profilierung der Werkstücke erreicht und auch eine glatte Werkstückoberfläche erhalten.

Es wurde gefunden, daß eine genaue Profilierung kalter Werkstücke aus Material hoher Festigkeit nur dann erzielt werden konnte, wenn man das kalte Werkstück zwangläufig zentrisch bzw. genau koaxial durch den von den drehbar gelagerten Profilwalzen begrenzten Durchlaß hindurchführt, d. h. im wesentlichen hindurchdrückt, die profilformenden Mantelflächen der Profilwalzen sehr genau symmetrisch zur Werkstückachse unter gegenseitiger gewölbeartiger Verspannung über die konischen Abrollflächen der Walzen einstellt und die Profilwalzen über großflächige, zur Aufnahme sehr großer Gegenkräfte geeignete Halterungen auf einen geschlossenen Außenring des Werkzeugkopfes abstützt, der die großen radial nach außen gerichteten Stützdrücke ohne größere elastische Verformung aufnimmt.

Man kann annehmen, daß die Gründe für das Scheitern der früher durchgeführten Versuche, kalte Werkstücke nach dem bekannten Warmwalz- oder Ziehwalzverfahren innerhalb eines von den Profilwalzen begrenzten Durchlasses mit hoher Genauigkeit zu profilieren, nicht nur in einer ungenügenden Führung des Werkstückes und bzw. oder der Profilwalzen während des Walzvorganges, sondern auch in hohen Schubbeanspruchungen in den Oberflächenschichten des Werkstückes zu sehen sind, die sich jeweils im Eingriffsbereich der Profilwalzen befinden.

Wenn man nämlich in an sich bekannter Weise das Werkstück nur so weit zwischen die angetriebenen Walzen einführt, daß die Walzen das Werkstück sicher fassen und es dann unter Ausnutzung der Umfangsreibung von den Walzen zwischen sich hindurchziehen läßt oder das Werkstück zwischen nicht angetriebenen Walzen hindurchzieht, so ist keine Gewähr dafür gegeben, daß die Werkstückachse stets genau mit der Achse des durch die Walzen gebildeten Durchlasses zusammenfällt. Jedes Ausweichen der Achse des in den Durchlaß einlaufenden Werkstückteiles bedingt aber ein unterschiedlich tiefes Eindringen der Walzen in das Werkstück, damit voneinander abweichende Drücke und Vorschubkräfte am Umfang des Werkstückes und ein entsprechendes Verziehen dieses Werkstückes.

Die Ungleichheit der am Umfang des Werkstückes in seiner axialen Richtung angreifenden Vorschubkräfte wird bei nicht genau zentrischer Lage des Werkstückes noch dadurch verstärkt, daß auch die Materialverdrängung ungleich wird und die an sich mit der walzenden Bearbeitung verbundene Längung des Werkstückes sich nicht gleichmäßig auf den Querschnitt des Werkstückes verteilt.

Durch die zwangläufige genau zentrische Führung

ίο des zwischen den Profiiwalzen hindurchgedrückten kalten Werkstückes kann das Verziehen und die damit verbundene Profilverzerrung praktisch vollständig vermieden werden, insbesondere dann, wenn die Profilwalzen stets symmetrisch zur Werkstückachse auf das Werkstück einwirken. Von wesentlicher Bedeutung ist ferner, daß der von den Walzen verdrängte Werkstoff frei ausfließen kann, ohne auf weiter zurück liegende Teile der Profilwalzen auszulaufen. Die Schaffung einer freien Ausweichmöglichkeit für den Werkstoff verringert die aufzuwendenden Kräfte und Drücke erst in dem Maße, daß sie sich konstruktiv einwandfrei beherrschen lassen.

Das zwangläufige Hindurchdrücken des Werkstückes durch den von den Profilwalzen begrenzten Durchlaß bringt auch den Vorteil, daß die Schubbeanspruchungen in den Oberflächenschichten des Werkstückes ganz wesentlich verringert werden können.

Die hohen Schubbeanspruchungen in den unter Walzdruck stehenden Oberflächenschichten des Werkstückes führen nämlich offenbar zu stärkeren Werkstoffverschiebungen in diesen Oberflächenschichten, die sich beim Walzvorgang unter Fließdruck befinden, und ergeben so die beim Kaltwalzen häufig auftretenden und trotz Verwendung bekannter, hochdruckfester Schmiermittel nicht völlig zu vermeidenden Abblätterungen oder Grübchenbildungen, die ihrerseits wiederum für eine relativ schnelle Zerstörung der Walzenoberflächen verantwortlich zu machen sein dürften.

Diese unerwünschten hohen Schubbeanspruchungen in der mit den Walzen in Walzberührung stehenden Oberflächenschicht lassen sich weiterhin dadurch verringern, daß man Profilwalzen mit einem Außendurchmesser verwendet, der größer ist als etwa das Dreißigfache der Eindringtiefe der Walzen in das ursprüngliche Werkstückprofil.

Wenn man das Werkstück durch äußere Kräfte zwischen den profilformenden Walzen hindurchdrückt, brauchen die Walzen praktisch keine Vorschubkräfte mehr auf das Werkstück zu übertragen. Es tritt dann höchstens der Fall ein — insbesondere wenn man überhaupt nicht angetriebene Profilwalzen verwendet —■, daß die zur Drehung der Walzen erforderlichen Umfangskräfte nun von der Oberfläche des zu walzenden Werkstückes auf die Walzen übertragen werden müssen. Diese zum Antrieb der Walzen durch das Werkstück aufzuwendenden Kräfte sind aber um eine Größenordnung kleiner als die bei angetriebenen Walzen von diesen auf das Werkstück zu bringenden Vorschubkräfte.

Die Vergrößerung des Außendurchmessers der Profilwalzen bringt insofern eine Verringerung der Schubbeanspruchungen in den Werkstückoberflächenschichten, als sich die im wesentlichen gleichbleibenden Vorschubkräfte für das Hineinziehen des Werkstückes in den von den Profilwalzen begrenzten Durchlaß auf eine größere Berührungs- bzw. Ein-

griffsfläche der Profilwalzen verteilen. Beide Maßnahmen gestatten die Verwendung von druckfesten Schmiermitteln zum Schmieren der profilformenden Mantelflächen der Profilwalzen.

Mit zunehmenden Walzendurchmesser wachsen aber auch die Beanspruchungen der Walzenlagerungen durch die Radialdrücke, so daß man bei der Vergrößerung des Walzendurchmessers bald an eine durch wirtschaftliche Rücksichten — insbesondere durch den Material- und Bearbeitungsaufwand für das Herstellen der Walzen und ihrer Lagerung sowie den Arbeitsaufwand für den Betrieb der Profiliervorrichtung — gegebene Grenze gelangt, die in noch nicht einwandfrei klargestellter Weise von der Form der Werkstückprofilierung und der Größe der Formänderung des Werkstückes abhängt und etwa in dem Bereich zwischen dem Fünfzehn- und Fünfzigfachen der Eindringtiefe der Profilwalzen in das ursprüngliche Werkstückprofil liegen dürfte.

Die ein freies Fließen des durch die Profilwalzen verdrängten Werkstoffes gestattende Ausweichmöglichkeit für den Werkstoff in einer Ebene senkrecht zur Durchlaßachse erzielt man dadurch, daß man den Ausgangsquerschnitt des Rohlings dem engsten Durchtrittsquerschnitt der Durchlaßöffnung unter Berücksichtigung der beim Walzvorgang auftretenden Längung des Werkstückes anpaßt.

Dabei ist zu beachten, daß die sich von der Einlaufseite her stetig in ihrem lichten Querschnitt verengende Durchlaßöffnung für das Werkstück von den Mantelflächen der symmetrisch zur Werkstückachse angeordneten Profilwalzen begrenzt wird. Infolgedessen verengt sich nicht nur der gesamte freie Querschnitt dieses Durchlasses mit zunehmender Annäherung an diejenige Ebene, in der der Durchlaß seinen engsten Querschnitt hat, sondern es können auch die Ränder einander benachbarter Mantelflächen der Profilwalzen, die an der Einlaufseite des Durchlasses einen größeren Abstand voneinander haben, einander zunehmend näher; zwischen diesen Rändern befinden sich im wesentlichen radial gerichtete Spalte, deren Weite zunächst schnell und dann immer langsamer abnimmt.

Wählt man einen Werkstückrohling, dessen Querschnitt so groß ist, daß der Werkstoff des Rohlings bereits vor Erreichen des engsten Durchlaßquerschnittes den Durchlaß vollständig ausfüllt, so werden beim weiteren Hindurchführen des Rohlings durch den Durchlaß Teile des Werkstoffes in radialer Richtung in die sich stetig verengenden Spalte zwischen den Rändern oder Kanten der den Durchlaß begrenzenden Profilwalzen gedrückt und bei weiterer Annäherung an den engsten Querschnitt des Durchlasses unter sehr starker seitlicher Druckbelastung entgegen der Vorschubrichtung bzw. in radialer Richtung aus den sich allmählich schließenden Spalten wieder hinausgequetscht.

Diese unerwünschte und nutzlose zusätzliche Verformungsarbeit sowie die hohe Reibung an der Oberfläche und im Inneren des radial zwischen die Kanten der Profilwalzen eindringenden Werkstoffes erhöhen den gesamten Arbeitsaufwand für die Formung des eigentlichen Profils beträchtlich.

Diese Nachteile lassen sich dadurch vermeiden, daß man die Mantelflächen je zweier benachbarter Profilwalzen einander an solchen Umfangsstellen des Profils der engsten Querschnittsebene des Durchlasses berühren läßt, denen sich der verdrängte Werkstoff erst beim Hindurchtreten durch diesen engsten Querschnitt nähert, und daß man den Querschnitt des Werkstückrohlings derart wählt, daß das zu profilierende Werkstück den nach außen geschlossenen engsten Durchlaßquerschnitt zwar möglichst weitgehend, aber nicht vollständig ausfüllt. Wenn man weiterhin den Werkstückrohling genau zentrisch zur Achse des Durchlasses führt und dadurch ein seitliches Verdrängen der Werkstückachse aus der Achse

ίο des Durchlasses sicher verhindert, so kann man eine symmetrische Werkstoffverdrängung innerhalb des Durchlasses erreichen und auch den engsten Durchlaßquerschnitt sehr weitgehend durch den verdrängten Werkstoff ausfüllen lassen, ohne daß dieser in die Spalte zwischen den Kanten der Profilwalzen eindringt. Die Umrißlinie des erzeugten Werkstoffprofils weicht dann nur an wenigen Stellen und um sehr geringe Beträge von dem geschlossenen Umriß des engsten Durchlaßquerschnittes ab.

Wenn es sich um die Herstellung von Zahn- oder Nutprofilen am Umfang des Werkstückes handelt und zu diesem Zweck Walzen mit profilformenden Rippen verwendet werden, die tief in die Oberfläche des Werkstückrohlings eindringen, ist es vorteilhaft, die Mantelflächen der die profilformenden Rippen tragenden Profilwalzen so weit zurückzuverlegen, daß der von den profilformenden Rippen beim Eindringen in den Werkstückrohling verdrängte Werkstoff überhaupt nicht auf die gegenüber den Rippen zurückliegenden Mantelflächen der Profilwalzen auflaufen kann. Zwar nähern sich die profilformenden Rippen einander innerhalb des sich verengenden Teiles der Durchlaßöffnung; ihr Abstand bleibt jedoch immer noch so groß, daß die zwischen ihnen aufwachsenden Werkstoffrippen oder -zähne zwar mit hohen Seitendrücken beansprucht werden, aber unter diesem Seitendruck sich in radialer Richtung frei ausdehnen können. Der hohe, dabei auf beide Seiten der Rippen oder Zähne ausgeübte Seitendruck läßt es auch nicht zur Bildung von Vertiefungen in den Stirnflächen der Rippen- oder Zahnprofile kommen; die Stirnflächen sind vollkommen geschlossen und glatt.

Die stärkste Werkstückverformung läßt sich erzielen, wenn man das Werkstück in seinen vor der Durchlaßöffnung liegenden Teil zentrisch in die Durchlaßöffnung hineindrückt und gleichzeitig an seinem hinter der Durchlaßöffnung liegenden Teil zieht.

Wenn man den Werkstückrohling mittels äußerer Kräfte in den Durchlaß zwischen den Profilwalzen hineindrückt, so besteht bei langgestreckten Werkstücken die Gefahr, daß das hohen Druckkräften ausgesetzte, sich vor der Durchlaßöffnung befindende Stück des Rohlings seitlicht ausknickt. Dieses seitliche Ausknicken wird zweckmäßigerweise durch Verwendung einer geeigneten Rollen- oder Gleitführung vermieden, in der das Werkstück allseitig abgestützt wird.

Die Genauigkeit der Profilierung des Werkstückes ist von der einwandfreien Einhaltung des Durchlaßprofils, d. h. der gegenseitigen Lage der den Werkstückdurchlaß umgebenden Walzen, abhängig. Von Wichtigkeit ist ferner die Art des Einwirkens der profilformenden Mantelflächen der Walzen auf das Werkstück. Diese Mantelflächen sollen zweckmäßigerweise so geformt sein, daß ein möglichst symmetrisches Verdrängen des Werkstoffes erreicht wird,

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das überdies eine Vorbedingung für ein weitgehendes Fig. 7 eine Teildarstellung der Durchlaßöffnung

Ausfüllen des engsten Durchlaßquerschnittes durch des Werkzeugkopfes gemäß Fig. 7 in vergrößertem

den verdrängten Werkstoff ist. Maßstab,

Bei der Herstellung von profilierten Werkstücken Fig. 8 eine schematische Darstellung einer abmit axial- oder mittelpunktsymmetrischem drei- oder 5 weichenden Ausführungsform der Profilwalzen, mehreckigem Querschnitt empfiehlt es sich, Profil- Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der Profilwalzen mit zylindrischen Mantelflächen zu verwen- walzen,

den, die derart angeordnet werden, daß das im Fig. 10 und 11 je eine Teildarstellung eines Werkengsten Querschnitt der Durchlaßöffnung vom Mittel- zeugkopfes mit angetriebenen Profilwalzen, punkt des zu erzeugenden Werkstückprofils auf die io Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Profi-Walzenachsen gefällte Lot die Erzeugende der Man- Heren von Werkstücken hat einen Sockel 1, auf dem telfläche halbiert. ein Werkzeugkopfträger 2 befestigt ist. Der Werkzeug-Bei der Herstellung von genuteten oder gezahnten kopfträger 2 bildet eine Führung für einen quer zur Profilen mit mittelpunktsymmetrischem Querschnitt, Zeichenebene verschiebbar geführten Schlitten 3, in insbesondere Zahnrad-, Mehrkeilwellen- und Riffel- 15 den der Werkzeugkopf 4 eingesetzt ist. Vor dem walzenprofilen, sollen die profitformenden Mantel- Werkzeugkopf 4 ist auf dem Sockel 1 eine hydrauflächen der Walzen derart auf das als zylindrischer lische Vorschubvorrichtung 5 angeordnet, die eine Rohling in den Durchlaß eingeführte Werkstück ein- (nicht dargestellte) Aufnahme für einen Werkstückwirken, daß das im engsten Querschnitt der Durch- rohling 6 aufweist, die ihrerseits genau zentrisch zu laßöffnung vom Mittelpunkt des Profilquerschnittes 20 der durch die Profilwalzen 7 begrenzten Durchlaßauf die Achse jeder der Walzen gefällte Lot eine öffnung für das Werkstück bzw. den Werkstück-Symmetrielinie des Querschnittprofils der profil- rohling 6 in Richtung des Pfeiles 8 verschiebbar ist. formenden Mantelfläche ist. Auf der anderen Seite des Werkzeugkopfträgers 2 Das Arbeiten mit vollkommen antriebslosen Profil- ist eine ähnlich einem Reitstock ausgeführte Gegenwalzen und einem durch äußere Kräfte zwischen den as führung 9 für das Werkstück 6 angeordnet, die eine Walzen hindurchgeführten Werkstück hat — wie genau zentrisch zum Werkzeugkopf 4 verschiebbare oben ausgeführt — eine ganz wesentliche Verringe- Spitzenführung 10 enthält.

rung der Schubbeanspruchungen in der Werk- Der Werkzeugkopf 4 kann für die Herstellung von Stückoberflächenschicht zur Folge. Diese Schub- Sechskantprofilen, beispielsweise gemäß Fig. 5, für beanspruchungen bleiben aber dennoch in einer 30 die Herstellung von Mehrkeilwellen gemäß Fig. 7 gewissen Größe bestehen, denn die Überwindung der ausgeführt sein. Die Einzelheiten der Ausführung der in den Walzenlagerungen vorhandenen Reibung be- Werkzeugköpfe werden später bei der Erläuterung dingt die Übertragung entsprechender Kräfte von der Fig. 5 bis 13 beschrieben, dem Werkstück auf die Mantelflächen der Profil- Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 arbeitet in folgender walzen. Man kann auch diese Kräfte wesentlich ver- 35 Weise: Nach dem Einspannen des Werkstückes 6 in ringern, wenn man die Walzen zusätzlich in an sich ciie Werkstückaufnahme der hydraulischen Vorschubbekannter Weise im Sinne ihrer Abrollbewegung auf vorrichtung 5 — wobei das Werkstück 6 sehr genau dem Werkstück synchron antreibt. zentrisch auf den Durchlaß zwischen den Profil-

Dieses zusätzliche Antreiben der Walzen soll im walzen 7 ausgerichtet wird — schiebt die hydrau-

wesentlichen die Reibungsverluste an den Walzen 40 lische Vorschubvorrichtung 5 das vordere Ende des

decken, nicht aber darüber hinaus größere Anteile Werkstückes 6 in den Durchlaß zwischen den Profil-

der zum Vorschub des Werkzeuges, d. h. zur Dek- walzen 7 hinein, wobei die Spitze der Spitzenführung

kung der Formänderungsarbeit, erforderlichen Arbeit 10 in einen am Ende des Werkstückes vorgesehenen

liefern. zentrischen Körner eingreift. Beim weiteren Vor-

Zur Veranschaulichung der Erfindung sind in den 45 schieben des nun von beiden Seiten genau zentrisch

Zeichnungen Vorrichtungen zum Kaltprofilieren von zum Durchlaß zwischen den Walzen 7 geführten

Werkstücken beispielsweise dargestellt; es zeigt Werkstückes 6 wirken die Profilwalzen 7 von allen

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrich- Seiten gleichmäßig und symmetrisch walzend auf das tung, bei der ein Werkstückrohling durch auf ihn Werkstück 6 ein; sie wälzen sich dabei auf dem ausgeübte axiale Druckkräfte durch einen von Profil- 50 Werkstück 6 ab. Ein besonderer Antrieb der Profilwalzen gebildeten Durchlaß hindurchgedrückt wird, walzen 7 ist nicht vorgesehen, diese Walzen erhalten

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Herstellung lang- ihre Drehbewegung allein durch ihr Abwälzen auf

gestreckter profilierter Werkstücke, bei der die Vor- dem Werkstück 6. Bei dieser Art des Arbeitens wird

Schubkräfte auf das Werkstück durch angetriebene der noch unbearbeitete Teil des Werkstückes 6 durch

Reibrollen übertragen werden, die gleichzeitig dem 55 die Vorschubkraft gestaucht, während an dem fertig-

Vorschub des Werkstückes und seiner zentrischen profilierten Teil dieses Werkstückes lediglich Füh-

Führung dienen, rungskräfte angreifen. Der unter hohem allseitigem

Fig. 3 eine Stirnansicht eines Werkzeugkopfes mit Druck stehende Kern des Werkstückes wird im Beeiner allseitig von Profilwalzen umgebenen Durchlaß- reich des engsten Querschnittes des Durchlasses öffnung, von der Einlaufseite des Werkstückes her 60 zwischen den Profilwalzen 7 nicht auf Zug beangesehen, spracht; es tritt daher nur eine verhältnismäßig

Fig. 4 eine vergrößerte Teildarstellung der Fig. 5, geringe Längung des Werkstückes ein, während der

Fig. 5 eine Stimansicht eines abweichend ausge- durch die Profilwalzen 7 verdrängte Werkstoff zum führten Werkzeugkopfes, der zur Herstellung von großen Teil in radialer Richtung ausweicht. Nut- und Zahnprofilen am Umfang eines zylin- 65 Die Fig. 2 zeigt in schematischer Form eine Vordrischen Werkstückes dient, richtung zum Profilieren von Stangenmaterial bei

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der stetigem Durchlauf; diese Vorrichtung enthält sowohl

Fig. 7, vor als auch hinter dem Werkzeugkopfträger 2 eine

größere Zahl von Reibrollenköpfen 14, 15 mit angetriebenen, paarweise fest an das Werkstück angepreßten Reibrollen 16, die gleichzeitig den Vorschub und die Führung des Werkstückes 6 besorgen. Das Profilieren kann stetig erfolgen, während es bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 wegen der geringen Vorschubweite der hydraulischen Vorschubvorrichtung 5 sich nur absatzweise durchführen läßt.

Es dürfte klar sein, daß man durch Anordnung einer genügenden Zahl von Reibrollenpaaren sowohl auf der Einlauf- als auch auf der Auslaufseite des Werkzeugkopfes 4 genauso große Vorschubkräfte auf das Werkstück 6 übertragen kann wie mit Hilfe einer hydraulischen Druckvorrichtung.

Der in Fig. 3 dargestellte Werkzeugkopf 4 ist zum Kaltprofilieren eines Sechskantes bestimmt. Die hierzu erforderlichen sechs Profilwalzen 7 sind mittels (nicht dargestellter) Nadellager auf symmetrisch zur Achse des zu bearbeitenden Werkstückes 6 angeordneten Achsen gelagert, deren als Vierkante 17 ausgebildete Enden in segmentförmigen Halterungen 18 des Werkzeugkopfes 4 sitzen. Zum Festlegen der Profilwalzenachsen in den Halterungen 18 dienen Deckplatten 19, die mittels der Schrauben 20 auf die segmentförmigen Halterungen aufgeschraubt werden können. Die mit dem Werkstück 6 in Walzberührung kommenden Mantelflächen Ta (vgl. Fig. 6) der Profilwalzen 7 stoßen an der engsten Stelle des zwischen den Profilwalzen 7 liegenden Durchlasses dicht aneinander und schließen diesen Durchlaß vollständig nach außen hin ab. Die Walzen selbst sind gegeneinander weiterhin mittels konischer Abwälzflächen Ib abgestützt, die sich in ihrer Berührungslinie Ic schlupffrei aufeinander abwälzen.

Das Werkstück 6 wird in Form von Rundmaterial mit zylindrischem Querschnitt in den Durchlaß des Werkzeugkopfes 4 eingeführt. Der Querschnitt des Ausgangsmaterials ist derart bemessen, daß beim walzenden Formen des Sechskantprofils der engste Durchlaßquerschnitt vollständig oder angenähert vollständig von dem Werkstoff ausgefüllt wird. Dabei erfolgt die Verdrängung des Werkstoffes in der Weise, daß der Werkstoff jeweils diejenigen Ecken des Durchlasses, in denen sich zwei einander benachbarte Profilwalzen 7 berühren, überhaupt nicht oder erst an der engsten Stelle dieses Durchlasses erreicht.

Aus der Fig. 4, die einen Teilquerschnitt der engsten Stelle dieses Durchlasses darstellt, ist zu ersehen, daß ein kleiner Zwickel 21 innerhalb dieses Durchlasses frei bleibt, so daß der verdrängte Werkstoff nicht zwischen die Profilwalzen 7 eindringen kann.

Durch eine genau zentrische Führung des Werkstückes 6, die kurz vor dem Durchlaß zwischen den Profilwalzen 7 angeordnet und z. B. als eine mit dem Werkzeugträger fest verbundene Buchse ausgeführt sein kann, ist die Gewähr dafür gegeben, daß keine Werkstückverschiebungen und damit kein ungleichmäßiges Ausfüllen der Ecken des Sechskantprofils auftreten kann.

Die großen Radialkräfte, die zwischen dem Werkstück 6 und den Profilwalzen 7 auftreten, werden von einem geschlossenen Ring 22 des Werkzeugträgers 4 aufgenommen, der die sektorförmigen Halterungen 18 fest zusammenpreßt.

Der in den Fig. 5 bis 7 dargestellte Werkzeugkopf 4 einer Profilwalzvorrichtung zum Profilieren von Mehrkeilwellen ist mit einer der Anzahl der aufzunehmenden Profilwalzen 7 entsprechenden Anzahl radialer Ausnehmungen 23 versehen, in denen die Profilwalzen 7 radial verstellbar angeordnet sind. Jede der sowohl in ihrem Durchmesser als auch in ihrer Form vollkommen gleich ausgeführten Profilwalzen 7 ist auf einer Achse 24 drehbar gelagert; die Achsen 24 sind jeweils an ihren beiden Enden mit je einem Vierkantzapfen 17 versehen, die in je zwei beiderseits der Profilwalze 7 liegenden Segmenthalterungen 18 vorgesehenen, den Vierkantzapfen 17 angepaßten Ausnehmungen durch Deckplatten 19 und Feststellschrauben 20 festgelegt werden können. Die Segmenthalterungen haben an ihrem äußeren Umfang leicht konisch ausgeführte Umfangsflächen, mit denen sie sich auf eine entsprechend konisch ausgeführte Innenfläche des äußeren ringförmigen Teiles 22 des Werkzeugkopfes 4 abstützen. Durch axiale Verschiebung der Segmenthalterungen gegenüber dem ringförmigen Teil 22 des Werkzeugkopfes 4

ao lassen sich die Profilwalzen 7 gewölbeartig fest gegeneinanderpressen bzw. »vorspannen«. In der Zeichnung ist die engste Stellung dieser Profilwalzen dargestellt. Eine grobe Verstellung erlaubt die exzentrische Anordnung der Vierkantzapfen 17 auf den Wellen der Profilwalzen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sämtliche Profilwalzen 7 vollständig gleich. Jede der Profilwalzen weist nur eine profilformende umlaufende Rippe 24 auf, deren Querschnitt — bezogen auf die Mittelebene der Rippe 24 — genau symmetrisch ist. Der Querschnitt der Rippe hat die Form eines abgestumpften Keiles, ihr Fuß geht in je eine Mantelfläche 25 der Walze über, die eine Zylinderfläche ist. Diese Mantelfläche 25 steht gegenüber der profilformenden Rippe 24 so weit zurück, daß der beim Eindringen der profilformenden Rippe in das Werkstück 6 (vgl. Fig. 9) verdrängte Werkstoff frei zwischen den Rippen ausfließen bzw. aufwachsen kann, ohne auf die Mantelflächen 25 der Profilwalzen aufzulaufen.

Die Profilwalzen 7 weisen ferner in unmittelbarem Anschluß an die Mantelflächenteile 25 beiderseits an ihrem Umfang je eine konische Abroll- und Abstützfläche Ic auf, in der sich die Walzen in ihrer am weitesten auf die Werkstückachse vorgeschobenen Stellung gewölbeartig gegeneinander abstützen.

In dieser Arbeitslage sollen die Profilwalzen 7 zweckmäßigerweise vor dem Beginn des Walzvorganges mit starkem äußerem Radialdruck fest gegeneinandergepreßt werden, so daß die Abroll- und Abstützflächen 7 c der einzelnen Walzen mit Druckvorspannung fest aneinander anliegen. Wie aus den Fig. 7 und 9 klar zu entnehmen ist, sind die Abroll- und Abstiitzflächen Ic genaue Kegelflächen, die sich schlupflos aufeinander abwälzen können; ihre Berührungslinie geht durch die Achse des Werkstückes 6.

Auf diese Weise bilden die Profilwalzen 7 die Begrenzung einer nach außen vollständig geschlossenen Durchlaßöffnung für das Werkstück, deren engster Querschnitt sich in der senkrecht zur Werkstückachse liegenden Ebene befindet, in der auch beim dargestellten Ausführungsbeispiel sämtliche Drehachsen der Walzen liegen. Aus der Lage und Anordnung der Walzen, deren Profilrippenmittelebenen sämtlich genau durch den Mittelpunkt des Werkstück- bzw. Durchlaßöffnungsprofils gehen, ergibt sich ohne weiteres, daß die in den Fig. 5 bis 7

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dargestellte Vorrichtung für Geradprofilierungen am der Profiiwalzen eignet sich hauptsächlich für die

Umfang zylindrischer Werkstücke bestimmt ist. Bearbeitung von Werkstücken, die mit Zähnen von

Beim Einwalzen der Nutprofile der Mehrkeilwelle geringer Zahntiefe oder mit einer großen Anzahl von (Werkstück 6), die zwischen die Profilwaizen 7 hin- Zähnen bzw. Rillen verseilen werden müssen,
eingeschoben wird, dringen die profilformenden 5 Bei den zuletzt beschriebenen Ausführungsbei-Rippen 24 der Profilwalzen 7 in symmetrischer An- spielen erhalten die Profilwalzen ihre Drehbewegung Ordnung und genau gleich tief in das Umfangsprofil ebenfalls durch Reibung beim Bewegen über die zu des zunächst zylindrischen Werkstückes ein, während bearbeitende Werkstückfiäche.
sie ihre Drehbewegung durch Reibung beim Ab- Bei der Vorrichtung gemäß dem Ausführungswälzen über die zu bearbeitenden Werkstückflächen io beispiel nach Fig. 10 sind die Seitenflanken der Proerhalten, filwalzen 27 mit je einem Stirnzahnrad 29 versehen.

Bei nicht allzu tiefen Nuten oder Zahnlücken kann die von etwas kleinerem Durchmesser sind als die das durch die Durchlaßöffnung hindurchgeführte Profilwalzen 27 und die mit den drehbar auf der Werkstück in einem Arbeitsgang profiliert werden. Achse 30 gelagerten Stirnrädern 31 kämmen, die Wie die Fig. 7 erkennen läßt, bilden sich auch die 15 durch die Lagerhülse 32 miteinander verbunden sind. Stirnflächen der am Umfang des Werkstückes auf- Mit dem einen der Zahnräder 31 ist das Kegelrad 33 wachsenden Zähne 26 sehr gleichmäßig aus, da die fest verbunden, das seinen Antrieb über das Vorsymmetrische Ausführung der Profile der Rippen 24 gelege 34 von dem nur teilweise gezeichneten, dem und ihr axialsymmetrischer Eingriff in das Werk- gemeinsamen Antrieb aller zu der Vorrichtung gestück 6 die Gewähr dafür geben, daß gleiche Werk- 20 hörenden Profilwalzen dienenden Zahnrades 35 erstoffmengen von beiden Seiten zum Aufbau des hält, welch letzteres von einer nicht gezeichneten Zahnprofils beitragen. Kraftquelle aus angetrieben wird.

Die für eine derartige Umfangsprofilierung eines Bei der Vorrichtung gemäß dem zuletzt beschrie-

zylindrischen Werkstückes, beispielsweise einer Viel- benen Ausführungsbeispiel erfolgt eine Entlastung

keilwelle, aufzuwendenden Kräfte sind verhältnis- 25 des Werkstückes von der Vorschubkraft, wodurch

mäßig groß; bei einem Werkstückdurchmesser von ein Knicken oder Recken desselben verhindert wird,

etwa 40 mm können Axialdruckkräfte zum Hindurch- Bei der Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbei-

führen des Werkstückes erforderlich sein, die in der spiel nach Fig. 11 ist das vordere Ende der in bezug

Größenordnung von 20 bis 30 t liegen. Die Walz- auf die Profilrippe 24 konisch verlaufenden Fläche

drücke sind insgesamt etwa fünfmal so hoch wie die 30 beidseitig mit je einem Zahnkranz 36 versehen, wobei

axiale Vorschubkraft, so daß auf jede der acht in der die Zahnkränze zweier einander benachbarter Profil-

Fig. 1 dargestellten Walzen eine Druckkraft von rund walzen 27 miteinander kämmen. Die hinter den

12,5 bis 18 t entfällt. Zahnkränzen 17 liegende konische Fläche 37 dient

Diese hohen Kräfte bedingen eine möglichst als Abstütz- und Abrollfläche zweier benachbarter

schwere Ausbildung des Werkzeugkopfes 4, der zu- 35 Profilwalzen. Der Antrieb der Profilwalzen 27 erfolgt

dem noch seinerseits gegen die axialen Vorschub- über das Vorgelege 38 von dem allen Profilwalzen

kräfte einwandfrei innerhalb der Vorrichtung abge- der Vorrichtung gemeinsamen Antrieb, der unter

stützt sein muß. dem Einfluß einer nicht gezeichneten Kraftquelle

Die Vorrichtung nach Fig. 8 unterscheidet sich von steht.

der vorbeschriebenen im wesentlichen dadurch, daß 4° Bei der Vorrichtung gemäß dem zuletzt beschriesie erstens die Verwendung einer Anzahl von Profil- benen Ausführungsbeispiel werden die gleichen Vorwalzen 27 zeigt, die mit mehr als einer Profilrippe 24 teile erzielt wie bei dem Beispiel nach Fig. 10. wobei versehen sind, ferner wie die Zusammenstellung und noch die gegenseitige seitliche Abstützung der ProAusbildung der Profilwalzen 27 erfolgen kann, wenn filwalzen 27 hinzukommt.

Werkstücke mit ungerader Zähnezahl usw. versehen 45 Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungswerden müssen. Während beim gezeichneten Aus- formen von Kaltprofiliervorrichtungen können in führungsbeispiel vier Profilwalzen 27 mit je zwei Pro- verschiedener Weise abgewandelt werden. So läßt filrippen 24 versehen sind, weist die fünfte Profil- sich z. B. die Zustellbarkeit. d. h. die radiale Verwalze 27 a nur eine einzige Profilrippe 24 auf. Wie Schiebung der Profilwalzen dadurch erreichen, daß bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel 50 man die in den Fig. 3 und 5 dargestellten segmentbesitzen die Profilwalzen 27 auch bei diesem Aus- förmigen Halterungen 18 unabhängig voneinander führungsbeispiel beidseitig neben den Profilrippen 24 macht und mit besonderen Führungen versieht und auf ihrem Umfang je eine Mantelfläche 25 und ferner sie gegebenenfalls einzeln über Druckschrauben oder an ihren Seitenflanken je eine schräge Abstütz- und Keile gegenüber dem sie umgebenden geschlossenen Abrollfläche 28. Auch bei diesem Ausführungs- 55 Ring zustellbar macht. Dabei müssen die Segmente beispiel bilden die Profilwalzen 27 selber eine nach an Stegen oder Nuten eines innerhalb des Ringes 22 außen geschlossene Durchlaßöffnung für das zu be- sitzenden Grundkörpers genau radial geführt sein, arbeitende Werkstück, deren lichte Weite der zu er- Man kann aber auch die Profilwalzen nur an zeugenden Profilierung entspricht. Auch hier wird Druckstücken abstützen, die ihrerseits nachstellbar der Durchmesser des zylindrischen Rohlings derart 60 in dem Werkzeugträger 4 radial geführt sind und gewählt, daß die Stirnflächen der Zähne 26 die über einen in Richtung der Durchlaßachse verschieb-Mantelflächen 25 der Profilwalzen möglichst nicht baren Ring mit konischer Innenfläche gemeinsam erreichen. verstellt oder verspannt werden.

Die Vorrichtung gemäß dem nur teilweise gezeich- Es läßt sich auch zur Führung der Profilwalzen

neten Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 zeigt die Ver- 65 — wenn diese so weit auseinandergezogen werden,

Wendung von Profilwalzen 27, von denen jede ein- daß sie sich nicht mehr gegenseitig abstützen — ein

zelne auf ihrem Umfang mit einer größeren Anzahl auswechselbarer Ring in den Grundkörper des Werk-

von Profilrippen 24 versehen ist. Diese Ausbildung zeugkopfes einsetzen, wobei wiederum die Einzel-

einstellung der Profilwalzen durch jeder einzelnen Walze zugeordnete Einstellkeile oder ähnliche Einstellmittel bewirkt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Kaltprofiliervorrichtung zeigt bereits einen in dem Werkzeugkopfträger verschiebbaren Schlitten, in den mehrere Werkzeugköpfe nebeneinander einsetzbar sind. Die Werkzeugköpfe können zum Walzen eines Profils in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Walzvorgängen benutzt werden, wobei die einzelnen Werkzeugköpfe entweder mit an sich gleichprofilierten Walzen in unterschiedlicher Zustellungslage oder mit Profilwalzen unterschiedlicher Profilform bestückt sind.

Bei einer derartigen stufenweisen Bearbeitung des Werkstückes wird dann das Werkstück zuerst durch einen Werkzeugkopf hindurchgeschoben, dann wieder zurückgezogen und nach Verschieben des Schlittens durch einen zweiten Werkzeugkopf hindurchgedrückt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung für das Kaltprofilieren von langgestreckten Werkstücken bzw. von Stangenmaterial kann man an Stelle der Reibrollenköpfe zum Vorschub des Werkstückes bekannte Greifervorrichtungen mit selbstklemmenden Klemmbacken benutzen, die sowohl auf der Druck- als auch der Zugseite verwendet werden und auf beiden Seiten in zeitlicher Staffelung arbeiten, um einen kontinuierlichen Vorschub zu erreichen.

Ferner ist es ohne weiteres möglich, die hydraulische Vorschub- und Führungsvorrichtung gemäß der Fig. 1 mit Hohlachsen zu versehen, durch die längere Werkstücke hindurchführbar sind, wobei ebenfalls durch geeignete Klemmvorrichtungen und Hin- sowie Zurückfahren der hydraulischen Vor- :.chubglieder ein absatzweises Vorschieben der Werkstücke erreichbar ist.

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Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Längsprofilieren von kalten Werkstücken, insbesondere von Zahnrädern oder Mehrkeilwellen, die einen Werkzeugkopf mit mehreren symmetrisch zur Achse einer Werkstückaufnahme drehbar gelagerten Profilwalzen aufweist, welche mit ihren profilformenden Mantelflächen einen Werkstückdurchlaß begrenzen, dessen engster Querschnitt in einer zur Durchlaßachse senkrechten Ebene liegt, in der sich einander benachbarte Profilwalzen mit konischen Abrollflächen aneinander abwälzen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Werk-Stückaufnahme — wie an sich bekannt — eine koaxial zur Werkzeugkopfachse vor- und zurückbewegbare, das Werkstück (6) zentrisch durch

den Durchlaß hindurchdrückende Vorschubvorrichtung (5) ist und der Werkzeugkopf (4) einen geschlossenen Außenring (22) aufweist, auf dessen schwach konischer Innenfläche sich axial verschiebbare segmentförmige Halterungen (18) abstützen, in denen die Profilwalzen (7) — wie an sich bekannt — radial zur Werkzeugkopfachse verstellbar gelagert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste radiale Abstand der Mantelflächen der Profilwalzen (7) von der Durchlaßachse in der Mitte des Mantelfiächenprofils liegt und die seitlichen Teile des Mantelflächenprofils einen größeren Abstand von der Durchlaßachse haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubvorrichtung (5) und gegebenenfalls eine an der anderen Seite des Werkzeugkopfes angeordnete Führung aus axial hintereinander angeordneten Reibrollenköpfen (14 bzw. 15) mit antreibbaren Reibrollen (16) besteht, die an das zwischen ihnen hindurchgeführte Werkstück (6 a) anpreßbar sind (Fig. 4).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilwalzen (7) je eine profilformende umlaufende Rippe (24) aufweisen, an die sich seitliche, gegenüber der Rippe zurückstehende, vorzugsweise zylindrische Mantelflächen (25) anschließen.

5. Vorrichtung nach Anspruch t/i bei der die Profilwalzen mit einer ihrer Abwälzdrehzahl an dem Werkstück entsprechenden Drehzahl antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Profilwalze mit mindestens einem Zahnrad (29) versehen ist, das mit dem Zahnrad (31) eines im Werkzeugkopf (4) gelagerten Zwischengetriebes (33, 34) kämmt, welches seinen Antrieb von einem allen Profilwalzen des Werkzeugkopfes gemeinsamen Antriebszahnrad (35) erhält.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Profilwalze (7) an beiden Seitenflanken im Anschluß an ihre konischen Abroll- bzw. Abstützflächen (37) mit je einem Zahnkranz (36) versehen ist, wobei die Zahnkränze zweier benachbarter Profilwalzen miteinander im Eingriff stehen und jede Profilwalze ihren Antrieb über ein Vorgelege (38) von einem allen Profilwalzen des Werkzeugkopfes (4) gemeinsamen Antriebszahnrad erhält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 86 235;
USA.-Patentschrift Nr. 2 148 805.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

® 309 507/62 1.63