DE19905038A1 - Dorneinrichtung, Querwalzvorrichtung und Verfahren zur Herstellung quergewalzter, zumindest partiell hohler Körper - Google Patents

Abstract

Eine Dorneinrichtung als Zusatzeinrichtung für eine Querwalzvorrichtung umfaßt einen in Richtung einer Werkstückdrehachse bewegbaren profilierten Dorn, der einen Absatz aufweist, eine mit dem Dorn gekoppelte Dornvorschubeinrichtung zur axial geführten Bewegung des Dorns und zur Beaufschlagung desselben mit einer Axialkraft und eine Steuervorrichtung zur zeitlichen Abstimmung der Bewegung der Dornvorschubeinrichtung mit einer Werkzeugbewegung der Querwalzvorrichtung. Damit läßt sich die Herstellung quergewalzter, zumindest partiell hohler Körper vereinfachen, so daß eine nachfolgende spanende Bearbeitung entfallen kann. Überdies wird eine Querwalzvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung quer gewalzter, zumindest partiell hohler Körper angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dorneinrichtung, eine Querwalzvorrichtung und ein Verfah­ ren zur Herstellung quergewalzter, zumindest partiell hohler Körper.

Aus dem Stand der Technik sind Querwalzwerkzeuge für Flach- oder Rundbacken be­ kannt, mit denen rotationssymmetrische Körper aus Vollmaterial, beispielsweise Getrie­ bewellen hergestellt werden können. Weiterhin sind Quermralzwerkzeuge bekannt, bei de­ nen während des Walzvorganges eine Relativbewegung zwischen einem rotierenden Werkstückrohling und den Werkzeugen der Querwalzvorrichtung axial zu der Werkstück­ drehachse erfolgt.

Rotationssymmetrische Werkstücke, wie beispielsweise Wellen, dienen vorzugsweise der Übertragung von Drehmomenten. Bei Torsionsbelastungen treten die maximalen Span­ nungen in den außen liegenden Randfasern der Werkstücke auf. Insbesondere bei dem Einsatz solcher Werkstücke als Getriebewellen für Fahrzeugschaltgetriebe treten auf­ grund der an den Getriebewellen direkt oder indirekt angebrachten Verzahnungen zusätz­ lich Kräfte quer zu der Axialrichtung auf, die die Welle auf Biegung beanspruchen. Ähnli­ che Belastungskollektive können selbstverständlich auch unter anderen Anwendungsbe­ dingungen auftreten.

Es ist bereits bekannt, daß unter der beschriebenen Belastungssituation Hohlwellen die Biegefestigkeit bei nahezu gleichbleibender Torsionsfestigkeit verbessern können und überdies erhebliche Masseeinsparungen mit sich bringen.

Bisher werden jedoch abgesetzte Wellen als Vollwellen quergewalzt, fließgepreßt oder gesenkgeschmiedet und anschließend spanend bearbeitet, um die Endform herzustellen. Ein derartiger, mehrstufiger Herstellungsvorgang ist jedoch technisch und zeitlich auf­ wendig. Überdies wird durch eine spanende Nachbearbeitung der nach dem Umformvor­ gang in einem Werkstück vorliegende Eigenspannungszustand gestört.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellung quergewalzter, zumin­ dest partiell hohler Körper zu vereinfachen und hierzu eine geeignete Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einer Dorneinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsge­ mäß gelöst durch einen in Richtung einer Werkstückdrehachse bewegbaren profilierten Dorn, der eine definierte Geometrie aufweist, sowie durch eine mit dem Dorn gekoppelte Dornvorschubeinrichtung zur geführten Bewegung des Dorns entlang der Werkstückdreh­ achse und zur Beaufschlagung des Dorns mit einer Axialkraft, und durch eine Steuervor­ richtung zur zeitlichen Abstimmung der Relativbewegung des Dorns auf die Bewegung des Querwalzwerkzeuges.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Dorneinrichtung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Durch die zeitlich aufeinander abgestimmte Bewegung des Dorns und der Querwalz­ werkzeuge wird während des Umformvorganges eine definierte Werkstückendgestalt ge­ zielt hergestellt, so daß spanende Nachbearbeitungsschritte zur Einstellung einer ge­ wünschten Wanddicke bzw. von gewünschten Wandgeometrien, wie Innenabsätzen in dem Werkstück, nicht mehr notwendig sind bzw. auf ein Minimum reduziert werden. Der Fertigungsprozeß zur Herstellung des fertigen Werkstückes wird somit technisch wie auch zeitlich erheblich vereinfacht, da die ursprünglich zwei erforderlichen Fertigungsschritte nunmehr auf einen Fertigungsschritt reduziert werden können. Zudem bleibt der nach dem Umformvorgang in dem gewalzten Werkstück vorherrschende Eigenspannungszustand mit Druckeigenspannungen in den Randfasern des Werkstückes erhalten.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Dorneinrichtung ist die Spitze des Dorns der annähernd in der Gestalt der Form der beabsichtigten Innenkontur eines zu fertigenden Werkstückes geformt, so daß in einer Endstellung die Außenkontur des Dorns als Innen­ kontur in dem Werkstück nachgebildet wird. Hierdurch kann in einem Arbeitsgang beidsei­ tig mit einem Dorn bereits die Endgestalt des zu fertigenden Werkstückes hergestellt wer­ den.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch ein Querrwalz­ werkzeug mit einer Dorneinrichtung gelöst, die zumindest die vorgenannten Merkmale, nämlich
einen in Richtung einer Werkstückdrehachse bewegbaren, profilierten Dorn mit definierter Geometrie,
eine Dornvorschubeinrichtung zur Beaufschlagung des Dornes mit einer Axialkraft, und
eine Steuereinrichtung zur zeitlichen Abstimmung der Bewegung des Dornes auf die Be­ wegung eines Querwalzwerkzeuges zur Bearbeitung des Außenumfanges eines in einer Werkstückaufnahme gehaltenen Werkstückrohlings aufweist.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung quer ge­ walzter, zumindest partiell hohler, rotationssymmetrischer Körper, gelöst, mit der erfin­ dungsgemäßen Kombination der Verfahrensschritte der Herstellung eines hohlen oder partiell hohlen Werkstückrohlings und des Querwalzens des Werkstückrohlings entlang des Außenumfangs desselben unter gleichzeitigem Aufbringen einer Umformkraft an In­ nenwänden des Werkstückrohlings durch zeitlich gesteuertes, axiales Bewegen eines Dorns in einen Hohlraum des Werkstückrohlings.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den üb­ rigen Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1a einen Werkstückrohling vor der Bearbeitung,

Fig. 1b den Werkstückrohling nach Fig. 1a zwischen den Querwalzwerkzeugen und den in einer Arbeitsstellung befindlichen Dornen,

Fig. 2a einen weiteren Werkstückrohling,

Fig. 2b eine Darstellung entsprechend Fig. 1b mit dem in Fig. 2a gezeigten Werkstück­ rohling,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Dorneinrichtung,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Ebenenparallelführung zur Lagerung einer Dorneinrichtung,

Fig. 5 eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Ebenenparallelführung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform der Ebenenparallelführung der Dorneinrichtung nach Fig. 4, und

Fig. 7 eine Abwandlung der ersten Ausführungsform der Ebenenparallelführungsvor­ richtung.

Die Fig. 1a und 2a zeigen zwei verschiedene Werkstückrohlinge W vor der Umfor­ mung in die eigentliche Werkstückendgestalt. Der in Fig. 1a dargestellte Rohling ist als durchgehende Hohlwelle ausgebildet, wohingegen der in Fig. 2a gezeigte Rohling ledig­ lich an seinen axialen Enden hohl ausgebildet ist, jedoch im Inneren einen Vollmaterialab­ schnitt besitzt.

Die Endbearbeitung ist in den Fig. 1b und 2b dargestellt, die den jeweiligen Werkstückroh­ ling W zwischen den Querwalzwerkzeugen 40a, 40b einer im Detail nicht dargestellten Querwalzvorrichtung zeigt. Die Querwalzwerkzeuge 40a, 40b besitzen eine an die End­ gestalt des herzustellenden Werkstückes angepaßte Außenkontur mit einer im wesentli­ chen planzylindrischen Form koaxial zu einer Werkstückdrehachse, wobei jedes der Werkzeuge einen Walzkeil 42 aufweist, die eine Einschnürung im Mittelbereich des Zylinderraums bilden. Die zu dem Walzkeil 42 verlaufenden Schultern 41 der Querwalz­ werkzeuge 40a, 40b sind entsprechend den Umformbedingungen ausgelegt und maßgeb­ lich für die Ausbildung der Werkstücke und Kontur des Werkstückrohlings W verantwort­ lich.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform der Dorneinrichtung, bei der die Körper 3 jeweils einen der in den Fig. 1b und 2b dargestellten Dorne repräsentieren. Weiterhin umfaßt die Dorneinrichtung eine Dornvorschubeinrichtung, die in dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel zwei Linearantriebe 20 aufweist zur geführten Bewegung der Dorne 3 entlang der Werkstückdrehachse und zur Beaufschlagung der Dorne 3 mit einer Axialkraft. Die Linear­ antriebe 20, die beispielsweise als elektrisch angetriebene oder hydraulisch angetriebene Linearmotoren ausgebildet sind, sind an einem festen Punkt 1 eines Gestells angelenkt. Überdies sind Geradführungen 2 an dem Gestell vorgesehen, um ein Ausknicken des Li­ nearantriebs zu vermeiden und eine möglichst präzise Führung der Dorne 3 entlang der Werkstückdrehachse zu ermöglichen.

Wie in Fig. 3 gezeigt, sind zwei Dorne 3 axial zu der Werkstückachse vorgesehen, wobei die beiden Dorne mit Bezug auf den zu bearbeitenden Werkstückrohling einander gegen­ überliegend angeordnet sind, so daß sich eine bezüglich des Werkstückes spiegelsymme­ trische Konstruktion ergibt. Beide Dorne werden getrennt durch jeweils eine Dornvorschu­ beinrichtung angetrieben. Bei axial unsymmetrischen Werkstücken erfolgt eine Einzel­ steuerung. Beide Dorne können zeitversetzt axial gesteuert werden. Es hat sich mit Blick auf das Querwerkzeug eine Konstruktion mit einem eigenem Linearantrieb 20 für jeden einzelnen der Dorne 3 als besonders vorteilhaft erwiesen.

Wie Fig. 3 weiterhin entnommen werden kann, ist jeder Linearantrieb 20 zwischen einem festen Gestell und einer drehbar gelagerten Dornstange 4, die als Körper 3 jeweils einen Dorn 3 trägt, in Axialkraft übertragender Weise eingekoppelt. Durch die strenge Axialaus­ richtung ergibt sich eine querkraftoptimierte Bauweise, d. h. die auftretenden Querkräfte, die zu Maßabweichungen der Innenkontur des zu fertigenden Werkstückes bezüglich der Außenkontur desselben führen können, bleiben relativ gering.

Die Körper bzw. Dorne 3 sind, wie in den Fig. 1b und 2b dargestellt, als profilierte Körper ausgebildet, die jeweils einen Absatz aufweisen, der der Herstellung eines Innenabsatzes an dem zu fertigenden Werkstück W dient. Jeder Dorn umfaßt einen Grundkörper 30 so­ wie eine Dornspitze 32, wobei zwischen diesen beiden ein sich konisch zu der Dornspitze 32 hin verjüngender Schulterabschnitt 31 vorgesehen ist. Die Gestalt des Dorns ist dabei der Form der beabsichtigten Innenkontur eines zu fertigenden Werkstückes nachgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Dorngrundkörper 30 sowie die Spitze 32 im wesentlichen planzylindrisch. Zur Herstellung verschiedener Innengeometrien werden verschiedene Dorne verwendet, wobei jeder dieser Dorne eine Zugdruckstange 4b auf­ weist, die in einer Werkzeugaufnahme der Dornvorschubeinrichtung, wie in Fig. 3 sche­ matisch angedeutet, lösbar befestigt werden kann.

Weiterhin weist die Dorneinrichtung eine im Detail nicht dargestellte Steuervorrichtung auf, die mit einer Steuervorrichtung der Querwalzvorrichtung zusammenwirkt, um die Bewe­ gung der Querwalzwerkzeuge mit der Bewegung der Dorne der Dornvorschubeinrichtung zeitlich aufeinander abzustimmen. Diese Abstimmung erfolgt dabei so, daß die Dorne 3 vor dem Querwalzprozeß in Hohlräume des zu fertigenden Werkstückes axial eingescho­ ben werden, so daß sowohl auf die Außenumfangswände wie die Innenumfangswände des Werkstückrohlings eine Umformkraft einwirken kann. Der Vorschub der Dorne sowie der Querwalzwerkzeuge erfolgt dabei derart, daß sich zwischen diesen ein vorbestimmter zeitlicher Verlauf des Abstandes zwischen den Dornen und den Querwalzwerkzeugen einstellt, bis schließlich in der Endstellung der Dorne, d. h. mit Bezug auf die gewünschte Werkstückgeometrie die gewünschte Werkstückwanddicke verwirklicht wird.

In Zusammenwirkung des Schulterabschnittes 31 des jeweiligen Dorns mit einer der Schulterflächen 41 der Querwalzwerkzeuge 40a, 40b ergibt sich in der Endstellung ein Wellenabsatz sowohl außenseitig wie auch innenseitig an dem Werkstück mit einer ge­ wünschten Wanddicke a. Die mit der beschriebenen Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren erreichbare Maßgenauigkeit liegt im Bereich üblicher Konstruktionsmaßtoleran­ zen, so daß weitere Bearbeitungsschritte nach Entnahme des Werkstückes nicht bzw. kaum noch notwendig sind.

Zur Erzielung besonders maßgenauer Werkstücke sind in den Fig. 4 bis 6 weitere Aus­ gestaltungen der Dornvorschubeinrichtung gezeigt, bei denen die Geradführung in Axial­ richtung durch aufwendigere Ebenenparallelführungslenker ersetzt sind, die selbst unter hohen Axialbelastungen die an dem jeweiligen Dorn bzw. Körper 3 auftretenden Querkräf­ te sehr gering halten, so daß sich eine besonders genaue Axialführung der Dorne 3 und damit eine hohe Maßhaltigkeit der Werkstückgeometrien verwirklichen läßt.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsvarianten besitzen die in Fig. 4 dar­ gestellte, gleiche Seitenansicht. Fig. 4 und 5 zeigen die Ebenenparallelführungs­ vorrichtung jeweils in ihrer Mittellage, wohingegen Fig. 6 eine nach unten ausgelenkte Stellung zeigt.

Die Ebenenparallelführungsvorrichtung umfaßt prinzipiell ein im Detail nicht dargestell­ tes Gestell mit Gestellführungen 2 in einer gemeinsamen Axialrichtung. Die Haupt­ achse der auf einen Körper 3 aufzubringenden Zug- und/oder Druckkraft verläuft parallel zu der Axialrichtung.

Weiterhin umfaßt die Ebenenparallelführungsvorrichtung einen Koppelmechanismus, der aus einer Vielzahl von gelenkig miteinander verbundenen Gliedern besteht, um ei­ nen festen Gestellpunkt 1 mit dem zu führenden Punkt 3a zu koppeln. Die Führung des Punktes 3a erfolgt in einer Ebene senkrecht zu der Axialrichtung oder auch in en­ ger Annäherung zu einer solchen Ebene. Die Bewegungsfreiheitsgrade in Vertikalrich­ tung (vgl. Fig. 4) und Horizontalrichtung (Fig. 5 und Fig. 6) sind durch die gepunkteten Linien und die an dem zu führenden Punkt 3a angreifenden Pfeile bildlich dargestellt. In den Fig. 4 und 5 ergeben sich aufgrund der Ausbildung des Koppelmechanismus für jede Raumrichtung zwei Freiheitsgrade für die Parallelführungsbewegung des Gliedes 4a, 4b, d. h. ein translatorischer wie ein rotatorischer Freiheitsgrad. In Fig. 6 ergibt sich in der Horizontalrichtung lediglich ein translatorischer Freiheitsgrad.

Die in den beiden Ausführungsvarianten dargestellten Koppelmechanismen sind an den jeweils gestellseitigen Geradführungen 2 axial geführt. Überdies erfolgt eine Ab­ stützung von zwei jeweils zur Axialrichtung querbewegbaren Gliedern an Körperpunk­ ten und/oder Gelenken des Koppelmechanismus gegenüber dem Gestell senkrecht zur Axialführung über federelastische Elemente 13, 14, 15, 16, 23,24, 25, 26.

Die federelastischen Elemente sind derart abgestimmt, daß durch das Kräftegleich­ gewicht eine gleichsinnige Bewegung des gesamten Koppelmechanismus um den Drehpunkt 6 unterbunden wird.

Unter einer gleichsinnigen Bewegung wird hier ein Schwingen des gesamten, in sich unausgelenkten Mechanismus verstanden, das bei falscher Federabstimmung auftre­ ten kann.

Weiterhin kann zwischen dem Koppelmechanismus und dem festen Gestellpunkt 1 ein Linearantrieb 20, 21 angeordnet werden, um den Körper 3 bzw. den zu führenden Punkt 3a mit einer Axialkraft zu beaufschlagen bzw. axial zu positionieren. Als An­ triebsvorrichtung dient beispielsweise ein elektrischer oder ein hydraulischer Linear­ motor, der über eine Kopplungsstange 21 an den Koppelmechanismus in kraftüber­ tragender Weise angeschlossen ist. Durch eine Hubbewegung des Linearmotors 20 in Axialrichtung überlagert sich zur Querbewegung eine zur Zylinderbewegung gleichge­ richtete und gleich große Axialbewegung des zu führenden Punktes 3a achsparallel zu der Hubbewegung.

Die Ebenenparallelführungsvorrichtung umfaßt in den dargestellten Ausführungsfor­ men jeweils zwei oder mehrere Parallelführungslenker, die parallel zueinander und sich im wesentlichen in der Axialrichtung erstreckend angeordnet sind. Diese Parallel­ führungslenker sind jeweils als geschlossene Gelenkkette 4, 5, 7, 10, 6, 1, 17, 8 aus­ gebildet, wobei in der Kette ein Glied 4 als Führungspunktlagerelement dient. Dieses weist als freien Koppelpunkt den Führungspunkt 3a auf und ist über die Gelenke G₁ und G₂ jeweils mit den Gliedern 5 und 7 gelenkig verbunden ist. Dem Führungspunkt­ lagerelement 4 gegenüberliegend ist in der Kette ein Koppeldreieck 10a angeordnet, das einen starren Körper bildet und über die Gelenke G₃ und G₄ mit den Gliedern 5 und 7 gelenkig verbunden ist. Sein freies Gelenk G₅ weist in Richtung des Führungs­ punktlagerelements 4. Eine derartige Anordnung wird auch als Robers-Lenker be­ zeichnet; die Bahnkurve von G₅ ist somit eine angenäherte Gerade gegenüber Glied 4.

Das Glied 5 ist an seinem einen Ende mit dem Gelenk G₂ verbunden und mit seinem anderen Ende schwenkbar über ein in Axialrichtung bewegbares Schubgelenk 6 einer zentrischen Schubkurbel (Glieder 1, 6, 5, 10) in Axialrichtung bewegbar mit dem Ge­ stell gekoppelt, um so zusätzlich zur Schubkurbelfunktion eine Geradführung des Koppelmechanismus für eine eventuelle Axialverschiebbarkeit an dem Gestell zu er­ lauben. Es ist als durchgehend starres Koppelglied ausgebildet, das über ein mittiges Drehgelenk G₃ mit dem Koppeldreieck 10a verbunden ist. Weiterhin ist ein mittleres Gelenk G₆ über eine Koppel 9a mit dem Gelenk G₅ des Koppeldreiecks 10a verbun­ den sowie über eine weitere Koppel 8 an dem Gestell angebrachten Schubgelenk G₇ schwenkbar und in Axialrichtung bewegbar gekoppelt.

Die Ebenenparallelführungsvorrichtung ist auch ohne Linearantrieb und Axialver­ schiebbarkeit anwendbar. Der Schieber 17 wird dann zum festen Gestellpunkt.

Das Führungspunktlagerelement 4a weist eine sich in Axialrichtung erstreckende Zug- Druck-Stange 4b auf, an deren freien Ende der Körper 3 mit dem zu führenden Punkt 3a liegt. Punkt 3a bildet mit den Gelenken G₁ und G₂ somit ein weiteres Koppeldreieck 10b, das dem Koppeldreieck 10a geometrisch ähnlich ist. Die Zug-Druck-Stange kann lösbar oder drehbar mit dem Führungspunktlagerelement 4a verbunden sein. Gleich­ falls kann auch der Körper 3 lösbar an der Zug-Druck-Stange 4b angebracht werden. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Ankopplungsmöglichkeiten des zu führenden Punktes 3a an dem Führungspunktlagerelement möglich. Beispielsweise kann die Zug-Druck-Stange 4b durch ein Stabwerk oder eine gleichwirkende Abstützanordnung mit der Gliederkette des Parallelführungslenkers gekoppelt werden.

Sämtliche Elemente eines solchen Parallelführungslenkers sind der Seitenansicht­ darstellung in Fig. 4 zu entnehmen, wobei die Parallelführungsrichtung durch die an Punkt 3a angreifenden Pfeile angedeutet ist. Wie dieser Figur weiterhin zu entnehmen ist, sind die zu dem freien Gelenk G₅ führenden Schenkel des Koppeldreiecks 10 gleich lang ausgebildet.

Eine Einleitung einer Axialkraft in das Koppeldreieck 10a, die durch einen Linearmotor 20 erzeugt wird bzw. durch eine Reaktionskraft des Führungspunktes entsteht, erfolgt über die Verbindungsstange 21 sowie über je eine Koppel 8 bzw. 8' in mittlere Gelen­ ke G₆ der Koppeldreiecke 10a. Überdies verläuft die Wirklinie in der Axialrichtung der Ebenenparallelführungsvorrichtung und schneidet in der dargestellten Ausführungs­ form auch den zu führenden Punkt 3a.

Der zu führende Punkt 3a bildet mit den Gelenken G₁ und G₂ des Führungspunktla­ gerelementes 4a in der in Fig. 4 gezeigten Darstellungsebene ein Dreieck 10b, das dem Koppeldreieck 10a geometrisch ähnlich ist, d. h. eine maßstäbliche Abbildung des letzteren ist. Dies hat zur Folge, daß Bewegungen des freien Gelenkes G₅ in der Dar­ stellungsebene maßstäblich auf den zu führenden Punkt 3a übertragen werden. Mit der oben beschriebenen Struktur des Koppelmechanismus ergeben sich in der Dar­ stellungsebene, d. h. in der Ebene der geometrisch ähnlichen Dreiecke, sowohl ein translatorischer Freiheitsgrad für das Glied 4 sowie auch ein rotatorischer Freiheits­ grad für das Glied 4. Der zu führende Punkt 3a hat nur einen translatorischen Frei­ heitsgrad (Geradführung), der aber auf zwei verschiedenen Wegen durch Überlage­ rung verwirklicht wird.

Wie Fig. 4 weiterhin zu entnehmen ist, sind das Führungspunktlagerelement 4a sowie das freie Gelenk G₅ des Koppeldreiecks 10a über federelastische Elemente 13, 14 bzw. 15, 16 gegenüber dem Gestell abgestützt, wobei die federelastischen Elemente, z. B. Zylinderfedern, an den Gelenken G₁ und G₂ des Führungspunktlagerelementes 4a angreifen. Die gestellseitigen Enden der federelastischen Elemente 13, 14, 15, 16 sind zur Ermöglichung der Axialbewegung des Führungspunktes 3a gleitbewegbar an dem Gestell mittels Geradführungen 2 geführt. Die Federn sind dabei derart ausge­ legt, daß diese u. a. den Parallelführungslenker in der in Fig. 4 gezeigten Mittelstellung bezüglich der Axialrichtung halten. Die Abstützung erfolgt dabei quer zu der Axialrich­ tung im wesentlichen in Richtung der Führungsebene, d. h. in Fig. 4 in der durch die Pfeile an dem Punkt 3a angedeuteten Vertikalrichtung.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit zwei nebeneinander angeordneten Parallelfüh­ rungslenkern der oben beschriebenen Art, die miteinander zur gemeinsamen Bewe­ gung gekoppelt sind, wobei jeder der beiden Parallelführungslenker die in der Seiten­ ansicht in Fig. 4 dargestellte Gestalt aufweist. Die beiden nebeneinander angeordne­ ten Kettenanordnungen schließen beide jeweils das gleiche Führungspunktlagerele­ ment 4a über je zwei Gelenke G₁, G₂, G₁', G₂' ein. Überdies erfolgt bei der in Fig. 5 dar­ gestellten Variante eine weitere Kopplung der beiden Parallelführungslenker über die an dem freien Gelenk G₅, G₅' angelenkten Koppelglieder 9a, 9a', 8, 8', die zu dem je­ weiligen Schubgelenk G₇, G₇' führen. Die beiden mittleren Gelenke G₆, G₆' sind durch ein zwischen diesen angeordnetes Koppelglied 9c miteinander verbunden. Wie Fig. 4 entnommen werden kann, liegt das Gelenk G₆ auf der Höhe des Mittelpunktes des Koppeldreiecks 10a.

Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform erfolgt eine weitere Kopplung der Parallelführungslenker über ein weiteres Koppelglied 9b, das quer zur Axialrich­ tung ein Kettengelenk G₄, G₃ des Koppeldreiecks 10a der einen Kette mit dem ent­ sprechenden Kettengelenk G₄', G₃' der anderen Kette verbindet. Durch diese Anord­ nung ergibt sich ein imaginäres Dreieck 10c mit dem Koppelglied 9b als Basislinie, dessen Spitze P in Richtung des Führungspunktlagerelementes 4a weist und das geometrisch ähnlich zu einem Dreieck 10d ist, das durch den zu führenden Punkt 3a sowie die Gelenke G₁ und G₁' des Führungspunktlagerelementes 4a in der Betrach­ tungsebene von Fig. 5 gebildet wird. Auch in der in Fig. 5 durch die an Punkt 3a an­ greifenden Pfeile dargestellten Bewegungsrichtung erfolgt eine federelastische Ab­ stützung der Gelenke G₅, G₅' des Kopplungsdreieckes sowie auch des Führungs­ punktlagerelementes 4a über Federn 23, 24 bzw. 25, 26 an dem Gestell, wobei die Abstützung im wesentlichen in einer Richtung quer zu der Axialrichtung erfolgt. Über­ dies sind, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben, die federelastischen Elemente wiederum über Gleitführungen 2 in Richtung der Axialrichtung an dem Ge­ stell geradgeführt. Aus der mit Bezug auf Fig. 5 beschriebenen Ausgestaltung des Koppelmechanismus ergeben sich in der Betrachtungsebene von Fig. 5 wieder zwei Bewegungsfreiheitsgrade für den zu führenden Punkt, nämlich ein translatorischer Freiheitsgrad sowie ein rotatorischer Freiheitsgrad in der Ebene des Dreiecks 10d.

Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei dem ähnliche Koppeldreiecke zu einer Pyramide 30 zusammengefaßt sind. In die Spitze der Pyramide erstreckt sich eine Öffnung, vorzugsweise in der Gestalt eines Hohlzylinders 31, in die sich das Glied 8 hineinerstreckt. Das Glied 8 ist über ein in der Pyramide 30 befindliches Ge­ lenk G₆ schwenkbar gelagert, wobei das eine Glied 8 ansonsten nicht in Kontakt mit der Pyramide 30 und gegenüber dieser frei bewegbar ist. Die Spitze der Pyramide, die den Spitzen der Koppeldreiecke 10a und 10c in Fig. 4 und 5 entspricht, ist wieder über federelastische Elemente in einer Ebene parallel zu der durch die Pfeile 3a in Fig. 7 angeordneten Parallelführungsebene abgestützt. Die Abstützung erfolgt gegen ein feststehendes Teil, beispielsweise den Maschinenrahmen, an dem auch die Füh­ rung der Schubkurbel erfolgt.

Die in Fig. 6 dargestellte, weitere Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform durch das Fehlen der Koppeln 9b und 9c, wodurch sich in der Betrachtungsebene von Fig. 6 ein lediglich translatorischer Bewegungsfrei­ heitsgrad einstellt. Überdies sind die Schubgelenkführungen der Koppeln 8 weiter auseinandergezogen und über eigene Koppelglieder 19 mit einem Zentralgelenk G8 verbunden, an dem der Linearmotor 20 unmittelbar oder über eine Zug-Druck-Stange 21 angreift. Falls kein Antrieb erfolgen soll, wird das Zentralgelenk G₈ an dem Gestell angebracht.

Sämtliche Glieder der oben beschriebenen Parallelführungslenker sind vorzugsweise als zug-druck-stabile Elemente ausgeführt, beispielsweise als Zug-Druck-Stangen. Vorzugsweise bei Kombination zweier oder mehrerer Parallelführungslenker zu einer Ebenenparallelführungsvorrichtung ist jedoch das Führungspunktlagerelement 4a zur mittigen Aufnahme der zu dem Führungspunkt 3a führenden Zug-Druck-Stange 4b als stabile Platte ausgeführt, die eine zentrale Aufnahme zur beispielsweise lösbaren und/oder drehbaren Ankopplung der Zug-Druck-Stange 4b an dieselbe aufweist. Auch das bzw. die Koppeldreiecke können als starrer räumlicher Körper ausgeführt werden.

Zur Ermöglichung einer freien räumlichen Bewegung sämtlicher Gelenke bei der Ebe­ nenparallelführungsvorrichtung werden diese als Kugelgelenke ausgebildet, so daß jedes Gelenk, zumindest in einem gewissen Rahmen, Drehbewegungen in sämtlichen Raumachsen ermöglicht. Beispielsweise können hierfür Pendelrollenlager eingesetzt werden, wobei die Hauptachse der jeweiligen Pendelrollenlager der Drehachse mit dem jeweils größten Drehwinkel zugeordnet wird.

Insgesamt ergibt sich mit den oben beschriebenen Ebenenparallelführungsvorrichtun­ gen insbesondere durch die für eine Ebenenführung notwendige Doppelanordnung bzw. Mehrfachanordnung eine hohe Zug-Druck-Steifigkeit senkrecht zu der Füh­ rungsebene, ohne daß sich die Auslenkungskräfte bei kleinen Bewegungsamplituden maßgeblich ändern.

Zur statisch bestimmten Abstützung eines Körpers sind bekanntlich drei Abstützungen erforderlich. Um einen Körper in einer Ebene zu führen, kann für jede einzelne der Abstützungen ein Ebenenparallelführungslenker, wie oben beschrieben, eingesetzt werden. Selbstverständlich können die beschriebenen Parallelführungslenker auch in geringerer Anzahl verwendet werden, beispielsweise zur singulären Führung eines Raumpunktes, oder wie in Fig. 4 bis 7 dargestellt, zur Stabilisierung einer Achse. Letzteres eignet sich besonders für präzise Axialführungen.

Claims (31)

1. Dorneinrichtung als Zusatzeinrichtung für eine Querwalzvorrichtung mit einer Werkstückaufnahme und zumindest einem Querwalzwerkzeug, mit
einem in Richtung einer Werkstückdrehachse bewegbaren, profilierten Dorn (3), der eine definierte Geometrie aufweist,
einer mit dem Dorn (3) gekoppelte Dornvorschubeinrichtung zur Bewegung des Dorns (3) entlang der Werkstückdrehachse und zur Beaufschlagung des Dorns (3) mit ei­ ner Axialkraft, und
einer Steuervorrichtung zur zeitlichen Abstimmung der Bewegung des Dorns zur Bewegung der Querwalzwerkzeuge.

2. Dorneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (3) eine Gestalt (3a) aufweist, die der Form der beabsichtigten Innenkontur eines fertigen Werkstückes (W) nachempfunden ist.

3. Dorneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Dornvorschubeinrichtung mit Bezug auf die Bewegung der Querwalzwerk­ zeuge zeitlich derart abgestimmt erfolgt, daß während des Walzvorganges und des Axial­ vorschubes des Dorns (3) ein definierter Abstand zwischen den Querwalzwerkzeugen und dem Dorn eingehalten wird.

4. Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (3) einen sich in Richtung der Dornspitze (32) konisch verjüngenden Schul­ terabschnitt (31) aufweist, und die Zustellung des Dorns und der Querschubvorrichtung derart erfolgt, daß zwischen dem Schulterabschnitt (31) des Dorns (3) und den Quer­ walzwerkzeugen ein vorgegebener Abstand (a) eingestellt wird.

5. Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dorne (3) axial zu der Werkstückdrehachse vorgesehen sind, die mit Bezug auf den zu bearbeitenden Werkstückrohling (W) einander gegenüberliegend angeordnet sind.

6. Dorneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dornvor­ schubeinrichtung für jeden Dorn (3) einen eigenen Linearantrieb (20) aufweist.

7. Dorneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Linear­ antrieb (20) zwischen einem festen Gestellpunkt (1) eines Vorrichtungsgestells und einer drehbar gelagerten Dornstange (4), die einen Dorn (3) trägt, in axialkraftübertragender Weise eingekoppelt ist.

8. Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dornvorschubeinrichtung eine Ebenenparallelführungsvorrichtung aufweist, wobei die Ebenenparallelführungsvorrichtung umfaßt:
ein Gestell mit Geradführungen (2) in einer Axialrichtung, einen mehrgliedrigen Koppelmechanismus zur Verbindung eines Gestellpunk­
tes (1) mit einem zu führenden Punkt (3a) eines Körpers (3), der derart ausgebildet ist, daß die Führung des Punktes (3a) in einer Ebene senkrecht zu der Axialrichtung erfolgt, wobei der Koppelmechanismus in dem Gestell angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Axialrichtung querbewegbare Glieder und/oder Gelenke des Koppelme­ chanismus in Richtungen der Ebene durch federelastische Elemente (13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26) gegen das Gestell abgestützt sind.

9. Dorneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Füh­ rungspunktlagerelement (4a) über mindestens ein federelastisches Element (13, 14, 23, 24) gegen das Gestell abgestützt ist.

10. Dorneinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelmechanismus eine viergliedrige, geschlossene Gelenkkette (4a, 5, 7, 10a) bein­ haltet, die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckt, wobei in der Kette ein Glied durch ein Führungspunktlagerelement (4a) gebildet wird und das gegenüberliegende Glied durch ein Koppeldreieck (10a) gebildet wird.

11. Dorneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Gelenk (G₅) des Koppeldreiecks (10a) in Richtung des Führungspunktlagerelementes (4a) weist, und der Punkt (3a) an dem Führungspunktlagerelement (4a) vorgesehen und derart zu den beiden Gelenken (G₁, G₂) derselben (4a) angeordnet ist, daß der Punkt (3a) mit den Gelenken (G₁, G₂) ein Dreieck (10b) bildet, das dem Koppeldreieck (10a) geometrisch ähnlich ist.

12. Dorneinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ koppelung der Kette an den Gestellpunkt (1) über ein mittleres Gelenk (G₆, G₆') des Koppeldreiecks (10a) erfolgt.

13. Dorneinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Gelenk (G₅, G₅') quer zur Axialrichtung bewegbar ist und durch eine Roberts- Lenker-Funktion eine angenäherte Gerade beschreibt.

14. Dorneinrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das das freie Gelenk (G₅, G₅') über mindestens ein federelastisches Element (15, 16) quer zur Axialrichtung gegen das Gestell abgestützt ist.

15. Dorneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die federelastischen Elemente (13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26) direkt oder indirekt an dem Gestell in Axialrichtung gleitbe­ wegbar abgestützt sind.

16. Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß eines der Gelenke (G₃, G₄) des Koppeldreiecks (10) überein Koppelglied (5) mit dem Gestell gekoppelt ist, wobei die Kopplung schwenkbar über ein in Axialrich­ tung gleitbewegbares Schubgelenk (6) erfolgt.

17. Dorneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Gelenke (G₆, G₆') auf einer gemein­ samen Achse liegen und gegeneinander verdrehbar sind.

18. Dorneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kettenanordnungen nebeneinander ange­ ordnet sind und beide das gleiche Führungspunktlagerelement (4a) über je zwei Ge­ lenke (G₁, G₂, G₁', G₂') einschließen.

19. Dorneinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kettenanordnungen über jeweils an dem mittleren Gelenk (G₆, G₆') angreifende Kop­ pelglieder (8, 8') und jeweils ein als Dreh- und Schubgelenk ausgebildetes Gelenk (G₇, G₇') miteinander verbunden sind.

20. Dorneinrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kettenanordnungen über einen starren Körper (30) oder ein Koppelglied (9b) miteinander verbunden sind, das quer zur Axialrichtung ein Gelenk (G₄, G₃) des Koppeldreiecks (10a) der einen Kette mit dem entsprechenden Gelenk (G₄', G₃') der anderen Kette verbindet.

21. Dorneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die federelastischen Elemente derart abgestimmt sind, daß eine gleichsinnige Bewegung des gesamten Koppelmechanismus unterbun­ den wird.

22. Dorneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zu dem freien Gelenk (G₅) führenden Schen­ kel des Koppeldreiecks (10a) gleich lang ausgebildet sind.

23. Dorneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Axialkraft in das Koppeldreieck (10a) in Richtung einer Wirklinie eingeleitet wird, die den Mittelpunkt des Koppeldreiecks sowie das freie Gelenk (G₅) schneidet.

24. Dorneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Gestellpunkt (1) und dem Kop­ pelmechanismus ein Linearantrieb (20,21) angeordnet ist.

25. Dorneinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Linea­ rantrieb (20) mit einem Verbindungsorgan (19) gekoppelt ist, das die an dem mittleren Gelenk (G₆) angebrachten Koppelglieder (8, 8') miteinander verbindet, zur Einleitung einer Axialkraft in den Koppelmechanismus.

26. Dorneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Führungspunktlagerelement (4a) eine sich in Axialrichtung erstreckende Zug-Druck-Stange (4b) angebracht ist, an deren freiem Ende der zu führende Punkt (3a) liegt.

27. Dorneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß Gelenke des Koppelmechanismus als Kugelgelenke ausgebildet sind.

28. Dorneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelmechanismus an den Geradführungen (2) axial geführt ist.

29. Querwalzvorrichtung mit
einer Werkstückaufnahme,
zumindest einem Querwalzwerkzeug (40a, 40b) zur Bearbeitung des Außen­ umfangs eines in der Werkstückaufnahme gehaltenen Werkstückrohlings (W), und einer Dorneinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 28.

30. Verfahren zur Herstellung quergewalzter, zumindest partiell hohler Körper mit Innenabsatz, mit den Verfahrensschritten:
Einsatz eines zumindest partiell hohlen Werkstückrohlings (W),
Querwalzen des Werkstückrohlings (W) entlang des Außenumfangs dessel­ ben unter gleichzeitigem Aufbringen eine Umformkraft an Innenwänden des Werk­ stückrohlings (1) durch zeitlich gesteuertes axiales Herausziehen eines profilierten Dorns (3), der eine definierte Geometrie aufweist, in einen Hohlraum des Werkstück­ rohlings (W).

31. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (3), der einen sich zu seiner Spitze (32a) hin verjüngenden Schulterabschnitt (31) aufweist, so­ lange in den Hohlraum des Werkstückrohlings (W) bewegt wird, bis zwischen dem Schulterabschnitt (31) und einem Querwalzwerkzeug (40a, 40b) einer Querwalzvorrich­ tung ein vorgegebener Abstand (a) erreicht ist.