DE19905038B4

DE19905038B4 - Dorneinrichtung, Querwalzvorrichtung und Verfahren zur Herstellung quergewalzter, zumindest partiell hohler Körper

Info

Publication number: DE19905038B4
Application number: DE1999105038
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Lorenz; André Wagner; Thomas Klaffert; Klaus Bachmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: DE19905038A1

Abstract

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) gekoppelten Dornvorschubeinrichtung zur Bewegung des Dorns (3) entlang der Werkstückdrehachse und zur Beaufschlagung des Dorns (3) mit einer Kraft in Axialrichtung des Dorns (3), und
– einer Steuervorrichtung zur zeitlichen Abstimmung der Bewegung des Dorns zur Bewegung der Querwalzwerkzeuge,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dornschubeinrichtung eine Ebenenparallelführungseinrichtung mit einem Koppelmechanismus aufweist, wobei eine Abstützung von zur Axialrichtung quer bewegbaren Gliedern an Körperpunkten und/oder Gelenken des Koppelmechanismus gegenüber einem Gestell der Dorneinrichtung senkrecht zur Axialrichtung über federelastische Elemente (13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26) erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dorneinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Querwalzenvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung quergewalzter, zumindest partiell hohler Körper.
Aus dem Stand der Technik sind Querwalzwerkzeuge für Flach- oder Rundbacken bekannt, mit denen rotationssymmetrische Körper aus Vollmaterial, beispielsweise Getriebewellen hergestellt werden können. Weiterhin sind Querwalzwerkzeuge bekannt, bei denen während des Walzvorganges eine Relativbewegung zwischen einem rotierenden Werkstückrohling und den Werkzeugen der Querwalzvorrichtung axial zu der Werkstückdrehachse erfolgt.
Rotationssymmetrische Werkstücke, wie beispielsweise Wellen, dienen vorzugsweise der Übertragung von Drehmomenten. Bei Torsionsbelastungen treten die maximalen Spannungen in den außen liegenden Randfasern der Werkstücke auf. Insbesondere bei dem Einsatz solcher Werkstücke als Getriebewellen für Fahrzeugschaltgetriebe treten aufgrund der an den Getriebewellen direkt oder indirekt angebrachten Verzahnungen zusätzlich Kräfte quer zu der Axialrichtung auf, die die Welle auf Biegung beanspruchen. Ähnliche Belastungskollektive können selbstverständlich auch unter anderen Anwendungsbedingungen 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 aufwendig. Überdies wird durch eine spanende Nachbearbeitung der nach dem Umformvorgang in einem Werkstück vorliegende Eigenspannungszustand gestört.
Die DE 1 938 719 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Profilieren von Rohrrohlingen, die auf den Oberbegriff des Anspruches 1 lesbar ist. Ein Rohrabschnitt, der zu einem Fahrradnabenrohling spanlos verformt werden soll, wird zwischen zwei Walzen auf gegenüberliegenden Kaliberdornen aufgedornt, die über einen motorisch antreibbaren Schraubenantrieb aufeinander zubewegbar sind, bis die Kaliberdornen aneinanderstoßen. Hierbei wird die Vorschubgeschwindigkeit gemäß einer Kurve gesteuert.
Die DD 141 800 betrifft einen Koppeltrieb mit einer Parallelführung, die als Schlittenführung für Werkzeugmaschinen und zur Führung von Stell- und Messtischen in der Feingerätetechnik geeignet ist. Die DE 1 944 629 A1 betrifft eine Ringwalzvorrichtung, bei der ein Walzdorn durch einen konzentrisch gelochten Vorring gesteckt wird, der während des Walzvorgangs aufgeweitet wird. Der Dorn wird nicht in axialer Richtung des Werkstückes bewegt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dorneinrichtung als Zusatzeinrichtung für eine Querwalzvorrichtung, eine Querwalzvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung quergewalzter, zumindest partiell hohler Körper anzugeben, um die Maßhaltigkeit der quergewalzten Körper zu verbessern.
Für eine Dorneinrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Dorneinrichtung mit der Kombination von Merkmalen gemäß dem Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Dorneinrichtung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Durch die zeitlich aufeinander abgestimmte Bewegung des Dorns und der Querwalzwerkzeuge wird während des Umformvorganges eine definierte Werkstückendgestalt gezielt hergestellt, so daß spanende Nachbearbeitungsschritte zur Einstellung einer gewünschten 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 Innenkontur in dem Werkstück nachgebildet wird. Hierdurch kann in einem Arbeitsgang beidseitig mit einem Dorn bereits die Endgestalt des zu fertigenden Werkstückes hergestellt werden.
Für eine Querwalzvorrichtung wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Querwalzvorrichtung mit der Kombination von Merkmalen gemäß dem Anspruch 29. Ferner wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung quergewalzter, zumindest partiell hohler Körper gemäß Anspruch 30.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1a einen Werkstückrohling vor der Bearbeitung,
1b den Werkstückrohling nach 1a zwischen den Querwalzwerkzeugen und den in einer Arbeitsstellung befindlichen Dornen,
2a einen weiteren Werkstückrohling,
2b eine Darstellung entsprechend 1b mit dem in 2a gezeigten Werkstückrohling,
3 ein Ausführungsbeispiel einer Dorneinrichtung,
4 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Ebenenparallelführung zur Lagerung einer Dorneinrichtung,
5 eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Ebenenparallelführung nach 4,
6 eine zweite Ausführungsform der Ebenenparallelführung der Dorneinrichtung nach 4, und
7 eine Abwandlung der ersten Ausführungsform der Ebenenparallelführungsvorrichtung.
Die 1a und 2a zeigen zwei verschiedene Werkstückrohlinge W vor der Umformung in die eigentliche Werkstückendgestalt. Der in 1a dargestellte Rohling ist als durchgehende Hohlwelle ausgebildet, wohingegen der in 2a gezeigte Rohling lediglich an seinen axialen Enden hohl ausgebildet ist, jedoch im Inneren einen Vollmaterialabschnitt besitzt.
Die Endbearbeitung ist in den 1b und 2b dargestellt, die den jeweiligen Werkstückrohling W zwischen den Querwalzwerkzeugen 40a, 40b einer im Detail nicht dargestellten Querwalzvorrichtung zeigt. Die Querwalzwerkzeuge 40a, 40b besitzen eine an die Endgestalt des herzustellenden Werkstückes angepaßte Außenkontur mit einer im wesentlichen 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 Querwalzwerkzeuge 40a, 40b sind entsprechend den Umformbedingungen ausgelegt und maßgeblich für die Ausbildung der Werkstücke und Kontur des Werkstückrohlings W verantwortlich.
3 zeigt eine erste Ausführungsform der Dorneinrichtung, bei der die Körper 3 jeweils einen der in den 1b und 2b dargestellten Dorne repräsentieren. Weiterhin umfaßt die Dorneinrichtung eine Dornvorschubeinrichtung, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Linearantriebe 20 aufweist zur geführten Bewegung der Dorne 3 entlang der Werkstückdrehachse und zur Beaufschlaung der Dorne 3 mit einer Axialkraft. Die Linearantriebe 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 Linearantriebs zu vermeiden und eine möglichst präzise Führung der Dorne 3 entlang der Werkstückdrehachse zu ermöglichen.
Wie in 3 gezeigt, sind zwei Dorne 3 axial zu der Werkstückachse vorgesehen, wobei die beiden Dorne mit Bezug auf den zu bearbeitenden Werkstückrohling einander gegenüberliegend angeordnet sind, so daß sich eine bezüglich des Werkstückes spiegelsymmetrische Konstruktion ergibt. Beide Dorne werden getrennt durch jeweils eine Dornvorschubeinrichtung angetrieben. Bei axial unsymmetrischen Werkstücken erfolgt eine Einzelsteuerung. 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 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 Axialausrichtung 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 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 sowie 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 aufweist, die in einer Werkzeugaufnahme der Dornvorschubeinrichtung, wie in 3 schematisch 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 Bewegung 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 eingeschoben 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 gewünschten Wanddicke a. Die mit der beschriebenen Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren erreichbare Maßgenauigkeit liegt im Bereich üblicher Konstruktionsmaßtoleranzen, so daß weitere Bearbeitungsschritte nach Entnahme des Werkstückes nicht bzw. kaum noch notwendig sind.
Zur Erzielung besonders maßgenauer Werkstücke sind in den 4 bis 6 weitere Ausgestaltungen der Dornvorschubeinrichtung gezeigt, bei denen die Geradführung in Axialrichtung durch aufwendigere Ebenenparallelführungslenker ersetzt sind, die selbst unter hohen Axialbelastungen die an dem jeweiligen Dorn bzw. Körper 3 auftretenden Querkräfte 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 5 und 6 dargestellten Ausführungsvarianten besitzen die in 4 dargestellte, gleiche Seitenansicht. 4 und 5 zeigen die Ebenenparallelführungsvorrichtung jeweils in ihrer Mittellage, wohingegen 6 eine nach unten ausgelenkte Stellung zeigt.
Die Ebenenparallelführungsvorrichtung umfaßt prinzipiell ein im Detail nicht dargestelltes Gestell mit Gestellführungen 2 in einer gemeinsamen Axialrichtung. Die Hauptachse 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 einen 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 enger Annäherung zu einer solchen Ebene. Die Bewegungsfreiheitsgrade in Vertikalrich tung (vgl. 4) und Horizontalrichtung (5 und 6) sind durch die gepunkteten Linien und die an dem zu führenden Punkt 3a angreifenden Pfeile bildlich dargestellt. In den 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 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 Abstützung von zwei jeweils zur Axialrichtung querbewegbaren Gliedern an Körperpunkten 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 Kräftegleichgewicht 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 auftreten 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 Antriebsvorrichtung dient beispielsweise ein elektrischer oder ein hydraulischer Linearmotor, der über eine Kopplungsstange 21 an den Koppelmechanismus in kraftübertragender Weise angeschlossen ist. Durch eine Hubbewegung des Linearmotors 20 in Axialrichtung überlagert sich zur Querbewegung eine zur Zylinderbewegung gleichgerichtete und gleich große Axialbewegung des zu führenden Punktes 3a achsparallel zu der Hubbewegung.
Die Ebenenparallelführungsvorrichtung umfaßt in den dargestellten Ausführungsformen 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 ausgebildet, 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 Führungspunktlagerelement 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 Führungspunktlagerelements 4. Eine derartige Anordnung wird auch als Robers-Lenker bezeichnet; 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 Gestell gekoppelt, um so zusätzlich zur Schubkurbelfunktion eine Geradführung des Koppelmechanismus für eine eventuelle Axialverschiebbarkeit an dem Gestell zu erlauben. 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 verbunden 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 Axialverschiebbarkeit anwendbar. Das Schubgelenk G₇ 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. Gleichfalls 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 Seitenansichtdarstellung in 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 Gelenke G₆ der Koppeldreiecke 10a. Überdies verläuft die Wirklinie in der Axialrichtung der Ebenenparallelführungsvorrichtung und schneidet in der dargestellten Ausführungsform auch den zu führenden Punkt 3a.
Der zu führende Punkt 3a bildet mit den Gelenken G₁ und G₂ des Führungspunktlagerelementes 4a in der in 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 Darstellungsebene maßstäblich auf den zu führenden Punkt 3a übertragen werden. Mit der oben beschriebenen Struktur des Koppelmechanismus ergeben sich in der Darstellungsebene, d.h. in der Ebene der geometrisch ähnlichen Dreiecke, sowohl ein translatorischer Freiheitsgrad für das Glied 4 sowie auch ein rotatorischer Freiheitsgrad für das Glied 4. Der zu führende Punkt 3a hat nur einen translatorischen Freiheitsgrad (Geradführung), der aber auf zwei verschiedenen Wegen durch Überlagerung verwirklicht wird.
Wie 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 ausgelegt, daß diese u.a. den Parallelführungslenker in der in 4 gezeigten Mittelstellung bezüglich der Axialrichtung halten. Die Abstützung erfolgt dabei quer zu der Axialrichtung im wesentlichen in Richtung der Führungsebene, d.h. in 4 in der durch die Pfeile an dem Punkt 3a angedeuteten Vertikalrichtung.
5 zeigt eine Ausführungsform mit zwei nebeneinander angeordneten Parallelführungslenkern der oben beschriebenen Art, die miteinander zur gemeinsamen Bewegung gekoppelt sind, wobei jeder der beiden Parallelführungslenker die in der Seitenansicht in 4 dargestellte Gestalt aufweist. Die beiden nebeneinander angeordneten Kettenanordnungen schließen beide jeweils das gleiche Führungspunktlagerelement 4a über je zwei Gelenke G₁, G₂, G₁', G₂' ein. Überdies erfolgt bei der in 5 dargestellten Variante eine weitere Kopplung der beiden Parallelführungslenker über die an dem freien Gelenk G₅, G_5' angelenkten Koppelglieder 9a, 9a', 8, 8', die zu dem jeweiligen Schubgelenk G₇, G₇' führen. Die beiden mittleren Gelenke G₆, G₆' sind durch ein zwischen diesen angeordnetes Koppelglied 9c miteinander verbunden. Wie 4 entnommen werden kann, liegt das Gelenk G₆ auf der Höhe des Mittelpunktes des Koppeldreiecks 10a.
Bei der in 4 und 5 dargestellten Ausführungsform erfolgt eine weitere Kopplung der Parallelführungslenker über ein weiteres Koppelglied 9b, das quer zur Axialrichtung ein Kettengelenk G₄, G₃ des Koppeldreiecks 10a der einen Kette mit dem entsprechenden Kettengelenk G₄', G₃' der anderen Kette verbindet. Durch diese Anordnung 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 Betrachtungsebene von 5 gebildet wird. Auch in der in 5 durch die an Punkt 3a angreifenden Pfeile dargestellten Bewegungsrichtung erfolgt eine federelastische Abstützung der Gelenke G₅, G₅' des Kopplungsdreieckes sowie auch des Führungspunktlagerelementes 4a über Federn 23, 24 bzw. 25, 26 an dem Gestell, wobei die Abstützung im wesentlichen in einer Richtung quer zu der Axialrichtung erfolgt. Überdies sind, wie bereits im Zusammenhang mit 4 beschrieben, die federelastischen Elemente wiederum über Gleitführungen 2 in Richtung der Axialrichtung an dem Ge stell geradgeführt. Aus der mit Bezug auf 5 beschriebenen Ausgestaltung des Koppelmechanismus ergeben sich in der Betrachtungsebene von 5 wieder zwei Bewegungsfreiheitsgrade für den zu führenden Punkt, nämlich ein translatorischer Freiheitsgrad sowie ein rotatorischer Freiheitsgrad in der Ebene des Dreiecks 10d.
7 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei dem ähnliche Koppleldreiecke zu einer Pyramide 30 (starrer Körper) 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 Gelenk 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 4 und 5 entspricht, ist wieder über federelastische Elemente in einer Ebene parallel zu der durch die Pfeile 3a in 7 angeordneten Parallelführungsebene abgestützt. Die Abstützung erfolgt gegen ein feststehendes Teil, beispielsweise den Maschinenrahmen, an dem auch die Führung der Schubkurbel erfolgt.
Die in 6 dargestellte, weitere Ausführungsform unterscheidet sich von der in 5 dargestellten Ausführungsform durch das Fehlen der Koppeln 9b und 9c, wodurch sich in der Betrachtungsebene von 6 ein lediglich translatorischer Bewegungsfreiheitsgrad 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 Ebenenparallelführungsvorrichtung 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 Ebenenparallelführungsvorrichtungen insbesondere durch die für eine Ebenenführung notwendige Doppelanordnung bzw. Mehrfachanordnung eine hohe Zug-Druck-Steifigkeit senkrecht zu der Führungsebene, 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 4 bis 7 dargestellt, zur Stabilisierung einer Achse. Letzteres eignet sich besonders für präzise Axialführungen.

Claims

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) gekoppelten Dornvorschubeinrichtung zur Bewegung des Dorns (3) entlang der Werkstückdrehachse und zur Beaufschlagung des Dorns (3) mit einer Kraft in Axialrichtung des Dorns (3), und – einer Steuervorrichtung zur zeitlichen Abstimmung der Bewegung des Dorns zur Bewegung der Querwalzwerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Dornschubeinrichtung eine Ebenenparallelführungseinrichtung mit einem Koppelmechanismus aufweist, wobei eine Abstützung von zur Axialrichtung quer bewegbaren Gliedern an Körperpunkten und/oder Gelenken des Koppelmechanismus gegenüber einem Gestell der Dorneinrichtung senkrecht zur Axialrichtung über federelastische Elemente (13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26) erfolgt.
Dorneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (3) eine Gestalt aufweist, die der Form der beabsichtigten Innenkontur eines fertigen Werkstückes (W) nachempfunden ist.
Dorneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Dornvorschubeinrichtung mit Bezug auf die Bewegung der Querwalzwerkzeuge zeitlich derart abgestimmt erfolgt, dass während des Walzvorganges und des Axialvorschubes des Dorns (3) ein definierter Abstand zwischen den Querwalzwerkzeugen und dem Dorn (3) eingehalten wird.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (3) einen sich in Richtung seiner Dornspitze (32) konisch verjüngenden Schulterabschnitt (31) aufweist, und die Zustellung des Dorns (3) und der Querschubvorrichtung derart erfolgt, dass zwischen dem Schulterabschnitt (31) des Dorns (3) und den Querwalzwerkzeugen ein vorgegebener Abstand (a) eingestellt wird.
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.
Dorneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dornvorschubeinrichtung für jeden Dorn (3) einen eigenen Linearantrieb (20, 21) aufweist.
Dorneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Linearantrieb (20, 21) zwischen einem festen Gestellpunkt (1) eines Vorrichtungsgestells und einer drehbar gelagerten Dornstange (4), die einen Dorn (3) trägt, in axialkraftübertragender Weise eingekoppelt ist.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenenparallelführungsvorrichtung ferner ein Gestell mit einer Geradführung (2) in Axialrichtung aufweist, und der Koppelmechanismus zur Verbindung eines Gestellpunktes (1) mit einem zu führenden Punkt (3a) des Dorns (3) mehrgliedrig ist und 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.
Dorneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Führungspunktlagerelement (4a) zur Führung des zu führenden Punktes (3a) über mindestens ein federelastisches Element (13, 14, 23, 24) gegen das Gestell abgestützt ist.
Dorneinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelmechanismus eine viergliedrige, geschlossene Gelenkkette (4a, 5, 7, 10a) beinhaltet, 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.
Dorneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein freies Gelenk (G₅) des Koppeldreiecks (10a) in Richtung des Führungspunktlagerelementes (4a) weist, und der zu führende Punkt (3a) an dem Führungspunktlagerelement (4a) vorgesehen und derart zu beiden Gelenken (G₁, G₂) desselben angeordnet ist, dass der zu führende Punkt (3a) mit den Gelenken (G₁, G₂) ein Dreieck (10b) bildet, das dem Koppeldreieck (10a) geometrisch ähnlich ist.
Dorneinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankoppelung der Kette an den Gestellpunkt (1) über ein mittleres Gelenk (G₆, G_6') des Koppeldreiecks (10a) erfolgt.
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.
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.
Dorneinrichtung nach einem der 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 gleitbewegbar abgestützt sind.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Gelenke (G₃, G₄) des Koppeldreiecks (10) über ein Koppelglied (5) mit dem Gestell gekoppelt ist, wobei die Kopplung schwenkbar über ein in Axialrichtung gleitbewegbares Schubgelenk (6) erfolgt.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Gelenke (G₆, G_6') auf einer gemeinsamen Achse liegen und gegeneinander verdrehbar sind.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kettenanordnungen nebeneinander angeordnet sind und beide das gleiche Führungspunktlagerelement (4a) über je zwei Gelenke (G₁, G₂, G₁', G₂') einschließen.
Dorneinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kettenanordnungen über jeweils an dem mittleren Gelenk (G₆, G_6') angreifende Koppelglieder (8, 8') und jeweils ein als Dreh- und Schubgelenk ausgebildetes Gelenk (G₇, G_7') miteinander verbunden sind.
Dorneinrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kettenanordnungen über einen starren Körper oder ein Koppelglied (9b) miteinander verbunden sind, das quer zur Axialrichtung ein Gelenk (G₄, G₃) des Koppeldreiecks (104) der einen Kette mit dem entsprechenden Gelenk (G₄', G₃') der anderen Kette verbindet.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die federelastischen Elemente derart abgestimmt sind, dass eine gleichsinnige Bewegung des gesamten Koppelmechanismus unterbunden wird.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zu dem freien Gelenk (G₅) führenden Schenkel des Koppeldreiecks (104) gleich lang ausgebildet sind.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axialkraft in das Koppeldreieck (104) in Richtung einer Wirklinie eingeleitet wird, die den Mittelpunkt des Koppeldreiecks sowie das freie Gelenk (G₅) schneidet.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem Gestellpunkt (1) und dem Koppelmechanismus ein Linearantrieb (20, 21) angeordnet ist.
Dorneinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (20, 21) mit einem Verbindungsorgan (19) gekoppelt ist, das die an dem mittleren Gelenk (G₆) angebrachten Koppelglieder (8, 8') zur Einleitung einer Axialkraft in den Koppelmechanismus miteinander verbindet.
Dorneinrichtung nach einem der 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.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass Gelenke des Koppelmechanismus als Kugelgelenke ausgebildet sind.
Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelmechanismus an den Geradführungen (2) axial geführt ist.
Querwalzvorrichtung mit einer Werkstückaufnahme, zumindest einem Querwalzwerkzeug (40a, 40b) zur Bearbeitung des Außenumfangs eines in der Werkstückaufnahme gehaltenen Werkstückrohlings (W), und einer Dorneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28.
Verfahren zur Herstellung quergewalzter, zumindest partiell hohler Körper mit Innenabsatz, mit den Verfahrensschritten: – Einsatz eines zumindest partiell hohlen Werkstückrohlings (W), – federelastiches Abstützen eines profilierten Dorns (3) einer Dorneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29, – Querwalzen des Werkstückrohlings (W) entlang des Außenumfangs desselben unter gleichzeitigem Aufbringen eine Umformkraft an Innenwänden des Werkstückrohlings (1) durch zeitlich gesteuertes axiales Herausziehen eines profilierten Dorns (3), der eine definierte Geometrie aufweist, in einen Hohlraum des Werkstückrohlings (W).
Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Dorn (3), der einen sich zu seiner Spitze (32a) hin verjüngenden Schulterabschnitt (31) aufweist, solange in den Hohlraum des Werkstückrohlings (W) bewegt wird, bis zwischen dem Schulterabschnitt (31) und einem Querwalzwerkzeug (4a, 40b) einer Querwalzvorrichtung ein vorgegebener Abstand (a) erreicht ist.