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Werkzeug für das Rollen von Gewinde Die Erfindung betrifft ein Werkzeug
für das Rollen von Gewinde an Schrauben, insbesondere an Holzschrauben oder dgl.,
das aus einem zylindrischen Rollwerkzeug und einer feststehenden, konkaven, segmentförmigen
Gewinderollbacke besteht, wobei sich die gewindeerzeugende Profilierung der Gewinderollbacke
vom Einlaufende zum Auslaufende hin ändert und die Profilierung des zylindrischen
Rollwerkzeugs über dessen Umfang konstant ist.
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Es sind Gewindewalzmaschinen mit Flachbacken bekannt, bei denen die
Rohlinge zwischen einem Paar flacher Backen gerollt werden, von denen die eine beweglich
und die andere fest angeordnet ist. Die Profilierung der Backen dieser Maschinen
wird am Einlaufende stark beansprucht, so daß sich ein örtlicher Verschleiß ergibt.
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Andere Gewindewalzmaschinen sind, wie die Maschine nach der Erfindung,
mit einem rotierenden, zylindrischen Rollwerkzeug und einer feststehenden, segmentförmigen
Gewinderollbacke versehen, wobei das zylindrische Rollwerkzeug entweder eine im
Querschnitt gleiche Profilform über seinen ganzen Umfang aufweist oder aber mit
Profilen versehen ist, deren Form und Tiefe sich zwischen Einlaufende und Auslaufende
ändert. Diese zuletzt genannten zylindrischen Rollwerkzeuge sind üblicherweise in
mehrere Segmente aufgeteilt, von denen jedes ein Einlauf- und ein Auslaufende hat,
zwischen denen sich die variable Profilierung erstreckt.
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Es ist bekannt, bei einer mit gekrümmten Walzbacken wirkenden Gewindewalzmaschine
bei der Herstellung von Gewinden von Holzschrauben das Profil der Walzbacken vom
Einlaufende zum Auslaufende zu ändern. Hierbei wird neben der Tiefe der Profilnuten
auch deren Form geändert, um das Fließen des Werkstoffes unter dem Walzdruck zu
erleichtern.
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Zum Rollen eines Bolzens zwischen zwei Backen, die so ausgebildet
sind, daß sie auf dem Bolzen das gewünschte Gewinde erzeugen, müssen die Backen
so gestaltet sein, daß bei Beginn des Walzvorganges das Material des Bolzens am
Einlaufende der Backen zunächst mit einem verhältnismäßig geringen Druck verformt
wird. Außerdem muß die Profilierung der Backen scharfkantig sein, um ein Rutschen
des Bolzens beim Eintritt zwischen die Backen zu vermeiden. Es ist daher üblich,
die Backen zusätzlich zur Profilierung quer zu riffeln, wodurch das Rutschen der
Bolzen verhindert wird.
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Wenn der Bolzen zwischen den Backen in Richtung auf das Auslaufende
der Backe vorrückt, wird das dabei verdrängte Material in die Rillen der Backe gedrückt,
um das gewünschte Gewinde zu erzeugen. Verschiedene Arten von Schrauben, wie z.
B. Maschinenschrauben, haben verhältnismäßig scharfe Gewindegänge und eine geringe
Gewindetiefe, so daß die Rippen der Backen, die dem Gewindefuß des Schraubengewindes
entsprechen, eine scharfkantige Querschnittsform haben. Für diese Art von Schrauben
ist es daher möglich, die scharfe Profilform auf dem zylindrischen Rollwerkzeug
über dessen gesamten Umfang beizubehalten, da nur verhältnismäßig wenig Material
verdrängt wird. Mit dieser Profilierung hat ein zylindrisches Rollwerkzeug also
weder ein bestimmtes Einlaufende noch ein bestimmtes Auslaufende, so daß sich der
Verschleiß gleichmäßig über den ganzen Umfang verteilt und eine lange Lebensdauer
gewährleistet ist.
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Durch die Verwendungsmöglichkeit von zylindrischen Rollwerkzeugen
mit über ihrem Umfang konstanter Profilierung lassen sich somit Maschinenschrauben
und ähnliche Schrauben mit verhältnismäßig scharfem Gewinde und verhältnismäßig
geringer Gewindetiefe in wirtschaftlicher Weise herstellen.
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Bestimmte Schraubenarten mit anderen Gewindeformen konnten jedoch
bislang nicht durch Walzen mit einem derartigen zylindrischen Rollwerkzeug hergestellt
werden. Solche Schrauben, deren Schraubenwindungen einen erheblichen Abstand voneinander
haben,
sind beispielsweise Blechschrauben, die ihr Gewinde selbst schneiden und einen flachen
Gewindefuß von erheblicher Weite zwischen den Windungen haben. Auch Holzschrauben,
Schraubennägel, Schlagschrauben usw. gehören in diese Kategorie von Schrauben.
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y Für die Herstellung dieser Art von Schrauben muß die Profilierung
der Backe eine oben abgeflachte, gerundete oder anderweitig »nicht scharfe« Querschnittsform
haben, um die Rille zwischen den Gewindegängen zu erzeugen. Selbst auf einer Gewindewalzmaschine
mit Flachbacken ist es nicht möglich, derartige Schrauben mit Hilfe von solchen
Backen zu erzeugen, deren Querschnittsform von einem zum anderen Ende konstant ist,
sondern es muß eine Backe verwendet werden, an deren Einlaufende die Rippe einen
scharfen V-förmigen Querschnitt hat, damit die anfängliche Verformung des Materials
mit verhältnismäßig geringem Druck eingeleitet werden kann. Diese Querschnittsform
ändert sich allmählich bis zu der erforderlichen flachen bzw. »nicht scharfen« Querschnittsform
am Auslaufende der Backe.
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Die Schrauben mit in größerem Abstand voneinander angeordneten Gewindegängen
können auf Flachbacken-Walzmaschinen hergestellt werden, deren Profilierung eine
Querschnittsform der oben beschriebenen Art hat.
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Solche Schrauben können auch auf Gewindewalzmaschinen mit rotierenden
Werkzeugen hergestellt werden, sofern der Umfang des zylindrischen Rollwerkzeuges
in getrennte, einander ähnliche Backensegmente unterteilt ist, von denen jedes die
erforderliche, sich im Querschnitt verändernde Profilierung aufweist. Bei dieser
Anordnung müssen die Bolzen genau eingeteilt an jedem Einlaufende des unterteilten,
zylindrischen Rollwerkzeuges zugeführt werden. Dies führt jedoch unvermeidlich zu
dem schon oben beschriebenen örtlichen Verschleiß des Werkzeugs. Die Anschaffungskosten
einer solchen nicht gleichmäßig geformten Backe sind außerdem sehr viel höher als
die einer Backe mit gleichbleibender Profilierung über dem ganzen Umfang. Wegen
des örtlichen Verschleißes ist ferner die Lebensdauer einer nicht gleichförmigen
Backe erheblich geringer als die Lebensdauer einer Backe mit gleichbleibender Profilierung.
Darüber hinaus ist bei einem solchen zylindrischen Rollwerkzeug durch die Notwendigkeit
der gezielten Zuführung der Bolzen die Durchsatzleistung erheblich niedriger als
bei zylindrischen Rollwerkzeugen mit konstant bleibender Profilierung.
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Die Herstellung von Holzschrauben, Blechschrauben od. dgl. ist daher
erheblich unwirtschaftlicher als die Herstellung von beispielsweise Maschinenschrauben.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Backen für
rotierende Gewindewalzmaschinen so zu verbessern, daß Schrauben mit in größerem
Abstand angeordneten Gewindegängen, z. B. Holzschrauben oder Blechschrauben, wirtschaftlich
hergestellt werden können, wobei während jeder Umdrehung des zylindrischen Rollwerkzeuges
die größtmögliche Anzahl von Bolzen unter Ausnutzung des gesamten Umfangs des Rollwerkzeuges
und unter Verteilung des Verschleißes über den gesamten Umfang zugeführt werden
können. Die größtmögliche Anzahl der während einer Umdrehung einführbaren Bolzen
hängt natürlich von der Größe des am Bolzenende vorhandenen Kopfes ab, da die Bolzen
in genügend großem Abstand eingeführt werden müssen, um ein übereinandergreifen
der Köpfe zu verhindern und um sicherzustellen, daß die volle Anzahl der Gewindegänge
in jeden Bolzen eingewalzt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in ihrer
Form den Rippen der Profilierung des Auslaufendes der Gewinderollbacke ähnlichen
Windungen der Profilierung des zylindrischen Rollwerkzeuges eine oder mehrere, in
ihre Kammflächen eingearbeitete Rillen aufweisen. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung
weisen die Rippen am Einlaufende der Profilierung der Gewinderollbacke eine oder
mehrere in ihre Kammflächen eingearbeitete Rillen auf, deren Tiefe in Richtung auf
das Auslaufende hin abnimmt und die an einer Stelle vor dem Auslaufende auslaufen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung der zusätzlichen Rillen ist es
jetzt möglich, Schrauben, deren Gewindegänge einen erheblichen Abstand voneinander
haben und deren Gewindefuß zwischen den Windungen eine beträchtliche Breite hat,
besonders wirtschaftlich mit Hilfe von Gewindewalzmaschinen mit rotierender Werkzeugbewegung
und mit einer über den Umfang des zylindrischen Rollwerkzeuges gleichbleibender
Profilierung herzustellen.
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Im folgenden Teil der Beschreibung werden einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert, wobei auch auf einige bisher übliche
Gewindewalzverfahren hingewiesen wird, um das Wesen der Erfindung deutlicher herauszustellen.
In den schematischen Zeichnungen zeigt F i g. 1 zwei Beispiele von Schrauben, deren
Gewindegänge auf Abstand stehen, F i g. 2 ein vorbekanntes Verfahren zum Walzen
von Gewinde bei Schrauben der in F i g. 1 gezeigten Art, F i g. 3 eine vergrößerte
Teilansicht eines Teils der Walzrolle nach F i g. 2, F i g. 4 Querschnitte der Gewindeform
gemäß den Linien A-A, B-B, C-C und D-D in den F i g. 3 und 7, F i g. 5 eine Walzrolle
gemäß der Erfindung, F i g. 6 alternative Ouerschnittsformen a und e von konstanter
Gewindeform gemäß einer der Schnittlinien K-K der F i g. 5, F i g. 7 die Walzbacke
für das in F i g. 2 gezeigte bekannte Verfahren, F i g. 8 eine vorzugsweise Ausführungsform
einer Walzbacke, die gemäß der Erfindung zusammen mit der Walzrolle nach F i g.
5 verwendet wird, F i g. 9 Gewindequerschnitte gemäß den Linien W-W, X-X, Y-Y, Z-Z
der F i g. B.
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F i g. 1 zeigt zwei Beispiele von Schrauben mit auf Abstand stehenden
Gewindegängen. Es ist ersichtlich, daß in beiden Fällen ein scharfes oder verhältnismäßig
scharfes Gewinde 10 vorhanden ist, dessen Windungen durch Rillen 11 getrennt sind.
F i g. 2 zeigt ein bekanntes Werkzeugpaar zur Herstellung solcher Schrauben durch
Walzen des Gewindes zwischen einer Walzrolle 12 und einer stationären segmentförmigen
Walzbacke 13, die im folgenden Rolle und Backe genannt sind.
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Die Walzrolle besteht aus einer Anzahl von Abschnitten, beispielsweise
fünf identischen Abschnitten A bis D, von denen einer in F i g. 3 in größerem Maßstab
gezeigt ist. F i g. 4 zeigt die Gewindeform der Backe im Schnitt an verschiedenen
Stellen zwischen dem Einführungspunkt A und dem Fertigpunkt
D.
Wie ersichtlich, weist der Querschnitt bei A-A scharfe Rippen 14 und tiefe Rillen
15 auf, um eine anfängliche Verformung des Metalls des Rohlings mit verhältnismäßig
geringem Druck zu erreichen, während bei dem Querschnitt B-B die Rippen 16 abgeflachte
Scheitelflächen 17 aufweisen und die Rillen eine geringere Tiefe haben. Diese allmähliche
Änderung im Querschnitt setzt sich bis zur Schnittlinie C-C fort, von C-C bis D-D
bleibt der Querschnitt konstant, und am Fertigende der Backen haben die Rippen 18
abgeflachte Scheitel, mit denen die Rillen 11 der F i g. 1 erzeugt werden, und ferner
Rillen 20, welche das gewünschte Gewinde 10
(F i g. 1) erzeugen.
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Es ist ersichtlich, daß bei dieser bekannten Vorrichtung die Rohlinge
an bestimmten Stellen zugeführt werden müssen, so daß beim Beginn des Walz-oder
Rollvorgangs sich jeder Rohling gegenüber dem Einlaß- bzw. Anfangsende der Backenabschnitte
A bis D befindet, wo unausbleiblich örtlicher Verschleiß eintreten muß.
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In F i g. 5 ist schematisch eine Rolle gemäß der Erfindung gezeigt,
dessen Querschnittsform gleichbleibend und konstant über den ganzen Umfang ist.
Die A b b. a bis e der F i g. 6 zeigen Beispiele von wahlweise verwendbaren Gewindeformen,
welche für die Schnitte K-K der Rolle verwendet werden können. Dabei ist zu berücksichtigen,
daß - ganz gleich, welche Form gewählt wird - diese über den ganzen Umfang der Rolle
gleichbleibt. Diese Beispiele sind auch deswegen gegeben, um darzustellen, was mit
einer Unterbrechung des Scheitels bzw. Kamms einer Rippe gemeint ist, durch welche
dieser eine solche Schärfe gegeben wird, daß - in Zusammenarbeit mit der Backe -
die anfängliche Verformung des Metalls des Rohlings bei verhältnismäßig geringem
Druck stattfinden kann.
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Die in F i g. 6 a gezeigte Backenform weist durch Rillen 22 voneinander
getrennte Rippen 21 auf, deren Form der Gewindeform am Fertigende der Backe (s.
Schnitte C-C, D-D der F i g. 4) ähnelt. Abgesehen davon, daß das obere Ende der
Rippen 21 durch eine Rille von verhältnismäßig geringer Tiefe 23 unterbrochen ist,
durch welche die flache Kammfläche der Rippe so abgewandelt wird, daß die erforderliche
Eindringschärfe vorhanden ist.
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Die F i g. 6 b und c zeigen Alternativformen der Rille 23, und in
F i g. 6 d hat die Rille 23 einen teilweise konvex ausgebildeten Boden, der aus
zwei Rillen zu bestehen scheint. F i g. 6 e zeigt, daß in manchen Fällen mehr als
eine Rille verwendet werden kann. In allen Fällen liegt der Zweck der einen oder
mehreren Rillen darin, den Kamm der Rippe 21 zu unterbrechen und ihm das erwünschte
Maß an Eindringschärfe zu geben. Die tatsächlich verwendete Form hängt in der Praxis
von dem Gewinde ab, das jeweils auf dem Rohling erzeugt werden soll, sowie von dem
Material und den Abmessungen des Rohlings. Ein gewisses Maß von Probieren kann im
Einzelfalle erforderlich sein, um die beste Form für die Rippen 21 zu bestimmen.
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Ein weiterer zu berücksichtigender Punkt besteht darin, daß die Form
der Unterbrechung im Kamm der Rippe 21 so ausgebildet sein muß, daß sie nicht die
endgültige Gewindeform der Schraube beeinflußt. Für die endgültige Form des erzeugten
Schraubengewindes, beispielsweise des in F i g. 1 gezeigten Gewindes, ist die Gewindeform,
die die Backe an seinem Ausgangs- oder Fertigende hat, maßgebend. In der Praxis
wurde gefunden, daß eine oder mehrere im Verhältnis zu der das Gewinde formenden
Rille 22 verhältnismäßig wenig tiefe Rillen 23 in keiner Weise die Wirkung der Rippen
am Fertigende der Backe beeinflussen und im Gegenteil dazu beitragen, das Verlagern
am Rohling so zu regeln, daß die gewünschte flache Gewinderippe 11 (Fig. 1) entsteht.
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Versuche haben gezeigt, daß Schrauben, die mit Backen gemäß der Erfindung
hergestellt sind, ein' besseres Gewinde haben als Schrauben, deren Gewinde mittels
üblicher rotierender Werkzeuge erzeugt ist, und zwar deshalb, weil sich mit den
üblichen rotierenden Werkzeugen eine Rille 11 mit einem wirklich flachen Boden nicht
herstellen läßt. übliche Werkzeuge neigen nämlich dazu, eine Rille mit leicht konkaver
Bodenform zu erzeugen. Der Grund, warum mit den erfindungsgemäßen Werkzeugen Rillen
mit nahezu völlig flachem Boden erzeugt werden, ist noch nicht völlig geklärt. Es
liegt aber klar zutage, daß durch die Rille oder die Rillen 23 der Fluß des Metalls
im Rohling günstig beeinflußt wird, so daß er sich der durch die Gewindeform am
Fertigende der Backe bestimmten endgültigen Form des Schraubengewindes besser anpaßt.
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Obwohl die feststehende Walzbacke die übliche Profilierung haben kann,
wird doch die in den F i g. 8 und 9 dargestellte Profilierung bevorzugt. Zur Beschreibung
dieser verbesserten Profilierung sei zunächst auf F i g. 7 verwiesen, welche eine
bekannte Profilierung darstellt, deren Querschnitte A-A, B-B, C-C und D-D die in
F i g. 4 gezeigte Ausgestaltung haben, wobei am Eingangsende scharfe Rippen vorgesehen
sind, die dann in Richtung auf das Fertigende der Backe allmählich eine breite Form
mit flacher Kammfläche annehmen.
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Wie oben angegeben, ist die verbesserte Backenprofilierung in den
F i g. 8 und 9 dargestellt, und die Querschnitte W-W, X-X, Y-Y und Z-Z zeigen die
sich vom Eintritt bis zum Fertigende ändernde Gestalt der Backenquerschnitte.
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Es ist ersichtlich, daß am Fertigende bei den Querschnitten Y-Y bis
Z-Z die Gewindeform der Backe der am Fertigende einer üblichen Backe vorhandenen,
aus oben flachen, durch verhältnismäßig tiefe Rillen 25 getrennten Rippen 24 bestehenden
Gewindeform ähnlich ist. Am Eintrittsende der Backe sind jedoch an Stelle von scharfen
Rippen an ihrer Oberseite flach ausgebildete Rippen 26 vorgesehen, deren Kammflächen
durch eine Rille 27 von verhältnismäßig geringer Tiefe unterbrochen ist, wie vorstehend
für die Walzrolle beschrieben.
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Es sei darauf hingewiesen, daß auch irgendeine der in F i g. 6 gezeigten
Alternativformen von Unterbrechungen der Kammfläche am Einlaßende der Backe Verwendung
finden kann.
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Aus dem Schnitt X-X läßt sich ersehen, daß die Rille 27 oder eine
andersartige Unterbrechung allmählich an Tiefe abnimmt, bis sie beim Schnitt Y-Y
am Anfang des Fertigteils der Backe ganz verschwindet.
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Bisher war es stets als notwendig angesehen worden, Mittel zum Verhindern
eines Rutschens des Rohlings bei seinem Eintritt zwischen die Backen vorzusehen.
Zu diesem Zweck wurden auf den Backen in Querrichtung verlaufende Riffelungen am
Eintrittsende der Backen angebracht, um so durch
ein Aufrauhen der
Backenoberfläche ein Rutschen zu verhüten. Obwohl diese Maßnahmen als wichtig galten,
wurden sie doch immer als unerwünscht angesehen, weil die Riffelungen in dem fertigen
Schraubengewinde Fehler oder Risse hervorrufen. Nichtsdestoweniger hat man aber
bisher keinen geeigneten Weg gefunden, ohne Riffelungen oder andersartige Aufrauhungen
am Eintrittsende der Backen auszukommen.
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Bei den vorbeschriebenen Profilformen können jedoch diese Riffelungen
ganz in Fortfall kommen oder erheblich verringert werden, weil bei diesen Profilen
die Gefahr eines Rutschens eines Rohlings erheblich vermindert ist.
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Auch das Vorhandensein einer annähernd ähnlichen Profilform an der
Walzrolle wirkt sich in dieser Hinsicht günstig aus. Ferner wird durch das Fortfallen
der Riffelungen an den Werkzeugen deren Herstellungskosten verringert und die Möglichkeit
vermieden, daß Risse im fertigen Schraubengewinde auftreten.
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Zusätzlich zu den sich aus der über den Umfang gleichbleibenden Gewindeform
ergebenden herstellungsmäßigen Vorteilen von Walzrollen erfindungsgemäßer Ausgestaltung
kann die Walzrolle, wenn sie an ihrer einen Seite erheblichen Verschleiß aufweist,
auch umgekehrt, d. h. um 180°, um eine senkrechte Achse gedreht eingebaut werden,
wodurch ihre Verwendungsdauer weiter erhöht wird.
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Auf Grund seiner über den Umfang gleichmäßigen Ausbildung seines Gewindes
ist die Herstellung der Walzrolle erheblich einfacher und billiger als die einer
in Abschnitte unterteilten Walzrolle. Da die Rohlinge in geringem Abstand voneinander
eingeführt werden können, ist auch die Durchsatzleistung der je Rollenumdrehung
gefertigten Schrauben größer. Hinzu kommt, daß der Verschleiß gleichmäßig über die
Oberfläche der Rolle verteilt ist.