DE19526071A1 - Verfahren zum Walzen von Profilen in ein Werkstück - Google Patents
Verfahren zum Walzen von Profilen in ein WerkstückInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Walzen
von Profilen in ein Werkstück, insbesondere Querwalzen,
Längswalzen und Schrägwalzen von Gewinden, Rändelungen,
Zahnwalzenprofilen od. dgl., mit zumindest einem Walzwerk
zeug und zumindest einer Antriebseinrichtung mit Antriebs
motor, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfah
rens.
Derartige Verfahren sowie Vorrichtungen sind in
vielfältiger Form und Ausführung auf dem Markt bekannt und
gebräuchlich. Mit ihnen werden mittels unterschiedlicher
Walzverfahren, wie Querwalzen, Längswalzen und Schrägwal
zen, Gewinde, Rändelungen, Vielverzahnungen und unter
schiedlichste Zahnwalzprofile in Werkstücken erzeugt.
Problematisch bei diesen Walzverfahren ist, daß beim Walzen
eine exakte Teilung erzeugt werden soll. Voraussetzung
dafür ist, daß die Walzwerkzeuge gleichförmig bei exakter
Teilung in das zu bearbeitende Werkstück eindringen. Dabei
werden die Walzwerkzeuge in ein Werkstück gleichmäßig und
gleichzeitig eingefahren, so daß durch eine drehende
Bewegung ein Profil in das Werkstück walzbar ist. Die
Schwierigkeit dabei ist in dem Sachverhalt zu sehen, daß
während des Umformvorgangs beträchtliche Differenzen der
Umfangsgeschwindigkeit wirksam werden. Der Außendurchmesser
der Walzrolle mit abgestimmter Teilung in Bezug auf die
herzustellende Zähnezahl und den Ausgangsdurchmesser des
Werkstücks bestimmt die Drehzahl bei Walzbeginn. Mit
Fortschreiten der Umformung bilden sich der Kerndurchmesser
und Kopfkreisdurchmesser. An diesen Durchmessern kämmt die
differierende Teilung zwangsläufig. Dadurch entstehen
beträchtliche radiale Belastungen der Zahnflanken, die
durch radiale Nachgiebigkeit des Antriebes ausgeglichen
werden müssen.
Deshalb wird von den Antriebselementen eine hohe
Genauigkeit verlangt, da zu großes Spiel wiederum ungünstig
für die Prozeßsicherheit ist.
Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren sowie
eine Vorrichtung der oben genannten Art zu entwickeln,
welche die genannten Nachteile beseitigen, wobei ein
Werkstückausschuß minimiert und ein Justieren und
Ausrichten der Walzwerkzeuge für eine Profilierung bei der
Werkstückherstellung gewährleistet wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß die
Antriebseinrichtung, bevorzugt nahe dem Walzwerkzeug,
abgebremst oder beschleunigt und damit ein Spiel in der
Antriebseinrichtung aufgehoben wird.
Diese Erfindung gestattet, daß die Walzwerkzeuge, die in
ein Werkstück eingefahren werden, exakt zum gleichen
Zeitpunkt und mit exakt der gleichen Teilung in das
Werkstück eingreifen. Dies wird dadurch erreicht, daß eine
Antriebseinrichtung, die aus mehreren Elementen, wie
beispielsweise Antriebsmotor, Getriebe, Gelenken und
Gelenkwellen besteht, gebremst wird, dabei eine
Geschwindigkeit der Antriebseinrichtung aber nicht
verringert, sondern ein Drehspiel in dieser
Antriebseinrichtung auf eine bestimmte Seite gelegt wird.
Bevorzugt wird, daß das Bremsen mittels einer
Bremseinrichtung geschieht, die möglichst nahe an dem
Walzwerkzeug angeordnet ist, um dort unmittelbar am
Walzwerkzeug ein Spiel auszuschalten. Dabei soll die
Bremseinrichtung einem Übertragungselement zugeordnet und
mit diesem zu und von dem Werkstück weg bewegbar sein.
Die Momentenübertragung von Bremseinrichtung auf ein
Übertragungselement der Antriebseinrichtung kann
beispielsweise über Zahnrad-, Zahnkranzverbindung,
Zahnriemen, Keilriemen od. dgl. Elemente erfolgen.
Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist auch der
Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinrichtung gebremst bzw. ein
Spiel ausgeglichen wird. Es soll beim Eingreifen der
Walzwerkzeuge in das Werkstück geschehen. Anschließend kann
das Bremsmoment, welches keinen Einfluß auf Geschwindigkeit
der Antriebseinrichtung und insbesondere der Walzwerkzeuge
hat, sanft abgeschaltet werden.
Damit dieser Vorgang genau und exakt gesteuert werden kann,
ist erfindungsgemäß die Bremseinrichtung als hydrody
namische Bremse ausgestaltet. Mit der hydrodynamischen
Bremse ist ein Bremsvorgang exakt und genau steuerbar. Eine
Steuerung kann hier von einem Ventil und insbesondere von
einem Dreiwegeventil übernommen werden, welches mit einem
Druckbegrenzungsventil und mit einem Druckreduzierungs
ventil verbunden ist. Dadurch läßt sich die hydrodynamische
Bremse manuell und/oder elektronisch bzw. rechnergesteuert
regeln. So kann diese Steuerung z. B. mit dem Rechner der
Vorrichtung zum Walzen gekoppelt und ein entsprechendes
Ein- und Auskuppeln bzw. Ein- und Ausschalten des
Bremsmomentes bzw. der hydrodynamischen Bremse für
unterschiedliche Einsätze und Bremsmomente geregelt werden.
Ein weiterer Vorteil von hydrodynamischen Bremsen ist, daß
diese verschleißfrei arbeiten und äußerst wenig Raum in der
Maschine einnehmen.
Damit beim Einfahren der Werkzeuge in Richtung des
Werkstückes bzw. in Richtung einer Werkstückachse die
hydrodynamischen Bremsen den Bewegungsablauf nicht
behindern, sind diese außerhalb einer Werkstückachse bzw.
außerhalb einer Werkzeugachse an dem Übertragungselement
angeordnet.
Im Rahmen der Erfindung soll allerdings auch liegen, daß
ein Spiel durch Beschleunigung der Antriebseinrichtung
bzw. durch Beschleunigung der Übertragselemente an eine
Seite gelegt sein kann. Dies kann beispielsweise über
zusätzliche Servomotoren geschehen, welche die
Antriebsbewegung zusätzlich beschleunigen, ohne daß die
Geschwindigkeit der Walzwerkzeuge beeinträchtigt oder
verändert wird. Es ist auch daran gedacht, daß ein Bremsen
und ein Beschleunigen der Antriebseinrichtung so nahe wie
möglich an dem Walzwerkzeug gleichzeitig oder abwechselnd
geschieht.
Durch Abbremsen mittels hydrodynamischer Bremse wird das
Spiel beider Antriebseinrichtungen aufgehoben, so daß ein
Eingreifen in ein Werkstück spielfrei geschieht. Nach
Walzbeginn bzw. nach dem Anwalzen kann die Bremseinrichtung
ausgekuppelt werden, so daß nach einer Zentrier- und
Umformphase bzw. Auswalzphase ein Werkstück mit einer
äußerst hohen Oberflächengüte und geringen Rauhtiefe bei
hoher Präzision entstanden ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese
zeigt in
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungs
gemäße Vorrichtung zum Walzen von Profilen od. dgl.;
Fig. 2 eine schematische Darstellung von Walzwerkzeugen
und Bremseinrichtungen im Betrieb;
Fig. 3 eine blockschaltbildlich dargestellte Steuerung der
Bremseinrichtungen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung R zum Walzen von Profilen
weist gemäß Fig. 1 eine Walze 1 auf, die um eine Achse 2
drehbar gelagert ist. Die Walze 1 ist an mindestens einem
Lagerblock 3 wieder lösbar festgelegt.
Das Festlegen der Walze 1 an einer Welle 26 des Lager
blockes 3 kann beispielsweise über Wellen-Nabenverbin
dungen, Vielzahnverbindungen oder andere kraft- und
formschlüssige Verbindungen geschehen.
An den Lagerblock 3 bzw. die Welle 26 schließt eine zum
Inbetriebsetzen bzw. zum Drehen der Walze 1 erforderliche
Antriebseinrichtung 4 an. Die Antriebseinrichtung 4 besteht
aus einem Antriebsmotor 5, der eine Antriebsbewegung auf
eine Gelenkwelle 6 überträgt. Die Gelenkwelle 6 ist
bevorzugt ausziehbar bzw. einschiebbar ausgestaltet, wie
das beispielsweise über Vielzahnprofile geschehen kann.
Zwischen Gelenkwelle 6 und Antriebsmotor 5 ist ein Gelenk 7
angeschaltet. Anderenends ist die Gelenkwelle 6 über ein
entsprechendes Gelenk 8 an ein Übertragungselement 9
angeschlossen, wobei dieses wiederum mit der Welle 26 in
Verbindung steht. Das Übertragungselement 9 kann
beispielsweise als Welle oder Rohrabschnitt ausgebildet
sein. Diese überträgt die Antriebsbewegung des
Antriebsmotors 5 auf die Welle 26 und die Walze 1.
Erfindungsgemäß ist dem Übertragungselement 9 eine
Bremseinrichtung 10 zugeordnet. Diese kann beispielsweise
über ein Zahnrad 11 mit einem Zahnkranz 12 des
Übertragungselementes 9 in Verbindung stehen. Es liegen
jedoch auch andere Möglichkeiten im Rahmen der Erfindung,
um die Bremseinrichtung 10 mit dem Übertragungselement 9 zu
verbinden, wie beispielsweise über Zahnriemen, Keilriemen,
Ketten od. dgl. Elemente.
Die Bremseinrichtung 10 besteht erfindungsgemäß aus einer
Hydraulikbremse, insbesonders aus einer hydrodynamischen
Bremse, die der Antriebsbewegung des Übertragungselementes
9 entgegenwirkt. Durch dieses Entgegenwirken, welches
hydraulisch in der Bremseinrichtung 10 hervorgerufen wird,
kann ein Spiel innerhalb der Antriebseinrichtung
ausgeschaltet bzw. an eine Seite von Zahnflanken bzw.
Getriebeelemente angelegt werden. Insbesondere wird ein
Spiel der Welle 26, in den Gelenken 7, 8, an den
Übergängen zwischen Gelenken 7, 8 und der Welle des
Antriebsmotors 5 bei deren Drehung um ihre Achse
aufgehoben.
Indem ein Spiel durch Bremsen bzw. Verzögern des
Übertragungselementes 9 aufgehoben wird, ohne jedoch die
Geschwindigkeit der Antriebseinrichtung 4 und damit der
Walze 1 zu ändern, ist ein exaktes Anfahren an ein
Werkstück 13, welches um eine Werkstückachse 14 dreht,
möglich.
Beim stetigen oder schrittweisen Druckumformen mit zwei
Walzen 1 und 1.1, ist die Einstichphase in das Werkstück 13
für eine exakte Teilung der Profilierung entscheidend.
Werden zwei Walzen 1 und 1.1 verwendet, um das Werkstück 13
zu profilieren, so ist ein gleichzeitiges und möglichst
genaues und spielfreies Eindringen beider Walzen 1 und 1.1
in das Werkstück 13 erforderlich.
Dementsprechend ist gemäß Fig. 1 parallel zu der Achse 2
auf einer Achse 2.1 ebenfalls eine Walze 1.1 drehbar
angeordnet, an die, wie oben beschrieben, die Elemente wie
Lagerblock 3.1, Welle 26.1, Übertragungselement 9.1 mit
Bremseinrichtung 10.1 und Gelenke 7.1, 8.1 mit
zwischenliegender Gelenkwelle 6.1 sowie ein Antriebsmotor
5.1 anschließen.
Da hier die Achsen 2 und 2.1 parallel angeordnet sind und
die Walzen 1 und 1.1 auf einem hier nicht gezeigten
Schienensystem in und entgegen der x-Richtung bewegbar
sind, können die Walzen 1 und 1.1 gleichmäßig in das
Werkstück 13 bei gleichsinniger Drehrichtung der Walzen 1,
1.1 eingreifen.
Damit der Eingreifvorgang absolut gleichmäßig und exakt
geschieht und um eine exakte Teilung des Werkstückes beim
Walzen zu erhalten, wird über das Abbremsen bzw. ein
Beaufschlagen der Übertragungselemente 9, 9.1 mit einem
Drehmoment entgegen dem Antriebsmoment mittels den
erfindungsgemäßen Bremseinrichtungen 10, 10.1 ein Spiel der
Elemente der Antriebseinrichtungen 4, 4.1 ausgeglichen bzw.
auf einer Seite angelegt.
Ist der Eingriff beider Walzen 1, 1.1 in das Werkstück 13
erfolgt, so wird der Bremsvorgang auf die Übertragungs
elemente 9, 9.1 verringert, so daß sich das Werkstück 13
mit einem entsprechenden Spiel profilieren läßt. Dabei
werden äußerst exakte Profilierungen am Werkstück erzielt.
Damit dieses Spiel innerhalb der Antriebseinrichtung und
insbesondere im Bereich der Walzen 1, 1.1 aufgehoben werden
kann, sind die Bremseinrichtungen 10, 10.1 mit den
Übertragungselementen 9, 9.1 so nahe wie möglich an den
Walzen 1, 1.1 und so nahe wie möglich an den Lagerblöcken
3, 3.1 angeordnet. Die Bremseinrichtungen 10, 10.1 sind
ebenfalls, wie auch die Walzen 1, 1.1, in und entgegen
einer x-Richtung hin und her bewegbar, wobei diese
Bewegungen von den ausziehbaren Gelenkwellen 6, 6.1 mit
deren Gelenken 7, 7.1, 8, 8.1 ausgeglichen werden, so daß
die Antriebsmotoren 5, 5.1 feststehen bleiben können. Die
Antriebsmotoren 5, 5.1 oder deren Getriebe 25, 25.1 können
zur Synchronisation der Antriebsbewegung über hier nicht
gezeigte Kupplungen miteinander verbunden sein.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie die Übertragungselemente 9,
9.1 um die Achsen 2, 2.1 drehen und die Walzen 1, 1.1
gleichsinnig antreiben. Dabei stehen die Bremseinrichtungen
10, 10.1 mit den Übertragungselementen 9, 9.1 in
Verbindung. Während dem Eindringen der Walzen 1, 1.1 in das
Werkstück 13 werden die Bremseinrichtungen 10, 10.1 in
Betrieb gesetzt und bremsen das Übertragungselement 9, 9.1
ab. Der Bremsvorgang der Bremseinrichtung 10, 10.1 hat
keinen Einfluß auf die Antriebsgeschwindigkeit des
Übertragungselementes 9, 9.1 und auch nicht auf die
Drehgeschwindigkeit der Walzen 1, 1.1, da das
Antriebsdrehmoment der Antriebsmotoren 5, 5.1 um ein
Vielfaches größer ist, als das entgegenwirkende
Bremsdrehmoment, welches in den Bremseinrichtungen 10, 10.1
hydrodynamisch erzeugt wird.
Dieses Bremsdrehmoment reicht allerdings aus, um ein
Antriebsspiel in der Vorrichtung auszuschalten. Dieser über
die hydrodynamischen Bremseinrichtungen steuerbare Spiel
ausgleich ist für eine exakte und genaue Teilung beim
Walzbeginn erforderlich. Sind die Walzen 1, 1.1 in das
Werkstück 13 eingefahren, so ist vorteilhaft, wenn der
Bremsvorgang der Bremseinrichtung 10, 10.1 kontinuierlich
beendet wird.
Dieses An- und Ausschalten der Bremseinrichtungen und damit
das Steuern der exakten Teilung und ein präzises Steuern
des Bremsmomentes erfordern eine exakte Steuerung der
hydrodynamischen Bremseinrichtungen. In Fig. 3 ist eine
Steuerung der Bremseinrichtungen 10, 10.1 dargestellt,
wobei die Bremseinrichtungen 10, 10.1 als hydraulische
Bremsen und insbesondere als hydrodynamische Bremsen
ausgebildet sind.
Der Vorteil von hydrodynamischen Bremsen ist, daß diese
sich exakt und präzise steuern lassen und ein frei
wählbares Bremsdrehmoment zur Justierung der Teilung durch
Spielausgleich möglich ist. Ein weiterer Vorteil von
hydrodynamischen Bremsen ist, daß diese äußerst
verschleißarm arbeiten und durch Pneumatikventile rechner
gesteuert betätigbar bzw. regelbar sind.
Bei hydrodynamischen Bremsen entsteht während des
Bremsvorganges Wärme, die zu einer Druckänderung im
Bremsleitungssystem führt. Diese Wärme wird entsprechend
durch hier nicht gezeigte Kühlelemente reduziert und die
entstehende Druckänderung in entsprechenden Ventilen durch
eine spezielle Schaltung kompensiert und abgebaut.
Die Bremseinrichtungen 10, 10.1 sind über Verbindungs
leitungen 15 und 15.1 übers Kreuz miteinander verbunden.
Diese führen in ein Ventil 16. Das Ventil 16 ist bevorzugt
als Dreiwegeventil ausgebildet und läßt eine Sperrstellung
und zwei Durchflußstellungen zu, wobei bei einer
Durchflußstellung eine Richtungsänderung der
Bremseinrichtungen 10, 10.1 mit inbegriffen sein soll.
Ferner ist dieses elektrohydraulische Ventil manuell aber
auch über Elektromagnete mit Rückholfedern in beide
Richtungen betätigbar. Es schaltet die Bremseinrichtungen
10, 101 aus oder an.
Von dem Ventil 16 führen die Verbindungsleitungen 15 und
15.1 zu einem Druckbegrenzungsventil 17, welches zwischen
die Verbindungsleitungen 15 und 15.1 eingesetzt ist. Über
das Druckbegrenzungsventil 17 läßt sich ein Bremsdrehmoment
der Bremseinrichtung 10, 10.1 auch rechnergesteuert präzise
einstellen und regeln.
An das Druckbegrenzungsventil 17 sind an einem Knoten 18
ein Manometer 19 sowie ein Rückschlagventil 20 ange
schlossen. Über das Rückschlagventil 20 und insbesondere
deren Leitung kann dem System Hydraulikflüssigkeit
zugeführt werden. Der Manometer 19 zeigt den maximalen
Druck (z. B. 50 bar), der durch die Bremseinrichtungen 10,
10.1 erzeugt wird.
An die Verbindungsleitung 15.1 ist an einem weiteren Knoten
21 ein Manometer 22 angeschlossen, der einen Niederdruck
(z. B. 10 bar) im System anzeigt. An diesen Knoten 21 ist
über eine Leitung 23 zum Vorspannen des ganzen Systems ein
Druckreduzierventil 24 angeschlossen, welches auch bei
Wärmeausdehnung, wie es bei hydrodynamischen Bremsen der
Fall ist, einen Überdruck ausgleicht. Dieses ist mit einem
Tank T verbunden. Bei einem zu niedrigen Druck infolge von
Leckagen od. dgl. Verlusten kann Hydraulikflüssigkeit bei P
zugeführt werden.
Ferner liegen jedoch auch andere Möglichkeiten der
Steuerung von hydodynamischen Bremseinrichtungen 10, 10.1
im Rahmen der Erfindung.
Claims (16)
1. Verfahren zum Wälzen von Profilen in ein Werkstück,
insbesondere Querwalzen, Längswalzen und Schrägwalzen von
Gewinden, Rändelungen, Zahnwalzprofilen od. dgl., mit
zumindest einem Walzwerkzeug und zumindest einer
Antriebseinrichtung mit Antriebsmotor,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinrichtung, bevorzugt nahe dem
Walzwerkzeug, abgebremst oder beschleunigt und damit ein
Spiel in der Antriebseinrichtung aufgehoben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebseinrichtung beim Eingreifen des Walzwerkzeugs
in das Werkstück abgebremst und kurz nach dem Auswalzen das
Abbremsen aufgehoben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß hydrodynamisch und bevorzugt
rechnergesteuert abgebremst wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein kleineres Bremsmoment als das
Antriebsmoment der Antriebseinrichtung gewählt und
hierdurch die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebsein
richtung konstant gehalten wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Bremseinrichtung nahe dem
Walzwerkzeug wirkt und mit dem Walzwerkzeug bei dessen
Bewegung zum Werkstück mit bewegt wird.
6. Vorrichtung zum Walzen von Profilen in ein Werkstück,
insbesondere Querwalzen, Längswalzen und Schrägwalzen von
Gewinden, Rändelungen, Zahnwalzprofilen od. dgl., mit
zumindest einem Walzwerkzeug (1, 1.1) und zumindest einer
Antriebseinrichtung (4, 4.1) mit Antriebsmotor (5, 5.1),
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antriebseinrichtung (4,
4.1) zumindest eine Bremseinrichtung (10, 10.1) zugeordnet
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bremseinrichtung (10, 10.1) als hydrodynamische Bremse
ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (10, 10.1) mit
einem Übertragungselement (9, 9.1) der Antriebseinrichtung
(4, 4.1) in Verbindung steht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bremseinrichtung (10, 10.1) über ein Zahnrad (11) mit
einem Zahnkranz (12) des Übertragungselementes (9, 9.1) in
Verbindung steht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (10, 10.1) mit dem
Übertragungselement (9, 9.1) in Richtung des Werkstückes
(13) bewegbar ist.
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (10,
10.1) über Verbindungsleitungen (15, 15.1) mit einem Ventil
(16), insbesondere einem Dreiwegeventil in Verbindung
steht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (16) mechanisch oder elektronisch steuerbar
ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leitungen (15, 15.1) von dem Ventil
(16) zu einem Druckbegrenzungsventil (17) führen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß über das Druckbegrenzungsventil (17) ein Bremsmoment
der Einrichtung (10, 10.1) bevorzugt rechnergesteuert
regelbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Druckbegrenzungsventil (17) ein
Manometer (22) und ein Druckreduzierventil (24) zugeordnet
ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Druckbegrenzungsventil (17) ein
weiteres Manometer (19) und ein Rückschlagventil (20)
zugeordnet ist.
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