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Die
Erfindung betrifft eine Rundknetmaschine zum Rundkneten vorzugsweise
stangenförmiger Werkstücke, mit
einem um die Durchlaufachse A des Werkstücks gelagerten Gehäuse, welches
in radialen Ausnehmungen gegeneinander wirkende und hubbewegbare
Stößel aufnimmt.
Die Stößel weisen
jeweils wenigstens ein das Werkstück beaufschlagendes Werkzeug
auf und sind von je einem Exzenter-Hubantrieb antreibbar. Jeder
Stößel ist
dabei mit einem ein Drehlager bildenden Kopf pleuelartig an einer
Exzenterwelle mit Drehachse B angelenkt.
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Als
Rundkneten wird ein Freiformen zur Querschnittsverminderung an Werkstücken aus
Metall mit zwei oder mehreren Werkzeugsegmenten bezeichnet. Die
Werkzeugsegmente umschließen
oszillierend den zu vermindernden Querschnitt ganz oder teilweise,
wirken gleichzeitig radial und/oder bewegen sich relativ zum Werkstück um die
Durchlaufachse. Nahezu jeder metallische Werkstoff kann mit Rundknetverfahren
bearbeitet werden, sofern eine ausreichende Dehnbarkeit des Materials
vorhanden ist. Auch gesinterte Werkstoffe können rundgeknetet werden. Halbzeuge,
beispielsweise aus Wolfram- und Nickellegierungen, können ebenfalls
auf Rundknetmaschinen bearbeitet werden, wobei in Ausnahmefällen das
Material auch in erwärmtem
Zustand der Maschine zugeführt
werden kann, falls dies erforderlich ist.
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Beim
Rundkneten üben
die gegeneinander wirkenden Werkzeugsegmente in schneller Folge
auf das umschlossene Werkstück
radiale Druckkräfte aus,
indem sie zur Werkstückachse
hin und damit zur Durchlaufachse A wegbegrenzte Hübe ausführen. Es wird
dabei zwischen dem Vorschubverfahren zur Erzeugung langer reduzierter
Querschnitte bei vergleichsweise flachen Übergangswinkeln und dem Einstechverfahren
zur örtlichen
Querschnittsverminderung bzw.- zur Erzeugung steiler Übergangswinkel unterschieden.
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Die
Verringerung des Außendurchmessers führt bei
massiven Stäben
zu einer Verlängerung
des Werkstücks
an den Enden. Rohre unterliegen einem komplizierteren Werkstofffluß. Längenzunahme,
Innendurchmesserabnahme und Wanddickenzunahme verändern sich
wechselseitig in Abhängigkeit
von den Werkstoffeigenschaften und der Werkzeuggeometrie. In jedem
Falle bleibt das Gesamtvolumen konstant, da überwiegend inkompressibel Werkstoffe bearbeitet
werden.
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Es
sind im Stand der Technik Rundknetmaschinen allgemein bekannt, deren
Hubantrieb als Exzenterantrieb ausgebildet ist. Dabei sind Exzenterwellen
in einem das Werkstück
umgebenden Gehäuse
angeordnet und wirken durch die Exzenterdrehung entsprechend ihrer
Exzentrizität
auf Stößel ein, welche
in Ausnehmungen mit Führungen
aufgenommen sind. Die Stößel sind
Werkzeugen zugeordnet, die den Hub auf das Werkstück übertragen.
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Je
nach Querschnittsabnahme und Verfestigungsverhalten des Werkstoffes
werden durch das Rundkneten Steigerungen der Zugfestigkeit erreicht. Dieser
Vorteil der Kaltumformung erlaubt, weniger feste Ausgangsmaterialien
einzusetzen und dadurch einen zusätzlichen Kostenvorteil zu nutzen
und gleichzeitig die Belastbarkeit des Werkstückes zu erhöhen. Zusätzlich steigern die Druckeigenspannungen
in der Oberfläche
die Biegewechselfestigkeit des Werkstückes. Erfahrungsgemäß werden
beim Rundkneten pro Arbeitsgang größere Querschnittsabnahmen als
beim Einstoßen
oder Ziehen erreicht. Ferner können
rundgeknetete Querschnitte in der Regel ohne zwischengeschaltete
Wärmebehandlung
weiter umgeformt werden. Bei zunehmender Querschnittsverringerung
ist eine deutliche Verbesserung der Oberfläche festzustellen. Im Gegensatz
zu spanend hergestellten Oberflächen
weist die rundgeknetete Oberfläche
eine wesentlich geringere Rauhtiefe sowie einen höheren Traganteil
auf.
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Bei
dieser Bearbeitung hat es sich gezeigt, dass die Reduzierung des
Durchmessers des Werkstücks
während
eines Durchlaufs durch die Hubhöhe des
Werkzeugs begrenzt ist. Dies ist von Nachteil, wenn wie beim Einstechverfahren
große
Querschnittsreduzierungen gewünscht
sind. Die
EP 0919 310
B1 beschreibt eine Rundknetmaschine, die für große Querschnittsreduzierungen
im Gehäuse
wenigstens zwei hintereinander liegenden Arbeitsstationen zur Verfügung stellt,
wobei in jeder Arbeitsstation ein Satz von Werkzeugen mit zugehörigen Stößeln und
Hubantrieb arbeiten und so in jeder Arbeitsstation eine bestimmte
Tiefe in das Werksstück
eingearbeitet werden kann.
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Sowohl
die Rundknetmaschine selbst, aber auch das Arbeiten mit dieser Rundknetmaschine
sind aufwendig und teuer. Da die Realisierung unterschiedlicher
Arbeitsstationen einen erheblichen Aufwand durch die größere Anzahl
benötigten
Bauteile erfordert. Beim Einrichten der Rundknetmaschine für die Bearbeitung
von Werkstücken
ist dabei jede Arbeitsstation gesondert auszurichten, d.h. die Werkzeugen
mit den zugehörigen
Stößeln und
deren Hubantrieb sind entsprechend der Werkstück- und Bearbeitungsvorgaben
einzurichten, aufeinander abzustimmen und zu warten. Die Bearbeitungstiefe
in einer Arbeitsstation kann lediglich durch Austausch der Exzenterwellen
geändert
werden oder durch Einfügen
entsprechender Abstandselemente zwischen Werkzeug und Stößel, wie
es in der
EP 0 476
350 B1 für
das Einstechverfahren beschrieben ist, wobei die Rundknetmaschine
völlig
neu eingerichtet werden müßte.
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Eine
Rundknetmaschine mit von einem sich drehenden Kurvengetriebe betätigten Stößeln ist
im Dokument
DE 42 06
260 A1 offenbart. Bei dieser Rundknetmaschine ist eine
Hubverstellung der Stößel auch
während
des Umformvorganges möglich. Die
Hubverstellung wird dadurch realisiert, dass mit konusförmigen Mantel
ausgestaltete Rollen über eine
Stellvorrichtung axial gegenüber
den Stößelhämmern verschoben
werden und somit eine Verschiebung zwischen Anlaufteil und Kurventeil
des Kurvengetriebes bewirkt wird.
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Angesichts
der Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Rundknetmaschinen
ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Rundknetmaschine und ein
Verfahren zu deren Einsatz zur Verfügung zu stellen, mit der die
vorgenannten Nachteile vermieden werden und bei der es insbesondere
möglich
ist, den Hub während
eines Bearbeitungsvorganges zu ändern
sowie die einzelnen Bearbeitungstiefen der Werkzeuge automatisch
einzustellen.
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Als
Lösung
wird erfindungsgemäß eine Rundknetmaschine
vorgeschlagen, bei der jede Exzenterwelle ein Nockensystem mit Nocken
aufweist, dass Durchmesser und Exzentrizität jeder Nocke jeweils einem
Hub des Werkzeugs zugeordnet sind und dass das Nockensystem in Richtung
der Drehachse B axial verstellbar ist, um den Hub der Werkzeuge
vorzugsweise synchron mit den anderen Nockensystemen im Gehäuse und
während
der Werkstückbearbeitung
zu verändern.
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Beim
axialen Verstellen des Nockensystems werden die Nocken des Nockensystems
nacheinander durch den Kopf des Stößels hindurch geschoben. Eine
im Nockensystem befindliche Nocke, welcher der gewünschte Arbeitshub
des Werkzeugs zugeordnet ist, wird in Arbeitsstellung im Kopf gebracht,
so dass der Kopf nun pleuelartig an dieser Nocke angelenkt ist.
Je nach Exzentrizität
und Durchmesser der Nocke wird der Kopf und der mit diesem verbundene Stößel bei
angetriebenem Nockensystem von der Nocke beaufschlagt, so dass das
Werkzeug, welches dem Stößel zugeordnet
ist, mit entsprechendem Hub auf das Werkstück einwirkt. Der Hub des Werkzeugs kann
mit dem erfindungsgemäßen Nockensystem vorteilhafterweise
verstellt werden. Es sind somit mehrere Einstechtiefen am Werkstück während eines
Bearbeitungsvorganges realisierbar. Ein erfindungsgemäßes Nockensystem
ersetzt vorteilhafterweise mehrere Arbeitsstationen oder Bearbeitungsgänge für unterschiedlichen
Bearbeitungstiefen. Jede Nocke entspricht dabei einer Arbeitsstation.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die geringe Anzahl an Bauteilen,
die zur Realisierung der verschiedenen Einstechtiefen erforderlich
sind. Die Rundknetmaschine ist somit kostengünstig herstellbar und läßt sich
einfach in andere Bearbeitungsprozesse eingliedern.
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Desweiteren
ist der Raumbedarf gering, da Nocken auf einer Exzenterwelle realisierbar
sind. Je nachdem welches Material mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
bearbeitet werden soll und wie die dazu vorgesehenen Werkzeuge beschaffen sind,
kann während
eines Werkstückdurchlaufs
der Hub von geringer bis zur maximalen Exzentrizität des Nockensystems
verändert
werden und gleichzeitig mit anderen Parametern wie beispielsweise
dem Werkstückvor-
bzw. rücklauf
synchronisiert werden.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Rundknetmaschine weist Schaltmittel
auf, welche das Verstellen des Nockensystems von einer Nocke zu
einer anderen Nocke ermöglichen.
Mit den erfindungsgemäßen Schaltmitteln
lassen sich die Nocken leichter in Arbeitsstellung bringen, wodurch
der Wechsel von einem Hub zu einem anderen materialschonend vorgenommen
werden kann. Vorteilhafterweise sind zwischen den einzelnen Nocken Übergänge angeordnet,
die eine vorzugsweise lineare und/oder geschwungene Oberfläche des
Nockensystems bilden. Eine derartige Oberfläche ermöglicht ein einfaches axiales
Verschieben des Nockensystems im Kopf des Stößels. Vorteilhaft bei dieser
Ausgestaltung ist, dass beim Vorlauf des Nockensystems der Wechsel von
einer Nocke zu einer anderen mit geringem Kraftaufwand möglich ist.
Andere zweckmäßige Formen der Übergänge, der
Nocken bzw. des Nockensystems sind ebenfalls vorgesehen, beispielsweise
führt eine
geschwungene Oberfläche
des Nockensystems auch zu dem gewünschten Erfolg.
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Besonders
vorteilhaft ist dabei die Außenflächen der Übergänge zwischen
den Nocken im wesentlichen konisch zur Drehachse B geneigt. Der pleuelartig
angelenkte Kopf gleitet somit beim Verstellen stetig mit seiner
Innenfläche über die
Außenfläche der Übergänge bis
die entsprechende Nocke in Arbeitsstellung verbracht worden ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung dieser Rundknetmaschine ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Nocken und die Übergänge Außenflächen mit
vorzugsweise gleicher Neigung aufweisen, so dass das Nockensystem
eine im wesentlichen konische Außenfläche bildet. Das so gestaltete
Nockensystem ermöglicht
stufenlose Einstellung des Hubs beim Vorlauf zu Bereichen größerer Exzentrizität. Die Übergänge können somit
eine geringere Neigung aufweisen, so dass beim Verschieben des Nockensystems
im Kopf der Stößel erheblich
weniger Reibungswiderstand zu überwinden
ist. Diese Ausgestaltung läßt sich
bei kleinen Hubveränderungen
besonders vorteilhaft nutzen.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung einer Rundknetmaschine wird erfindungsgemäß dadurch zur
Verfügung
gestellt, dass das Gehäuse
und das Werkstück
W relativ zueinander um die Durchlaufachse A des Werkstückes W dreh-
und antreibbar sind und dass die Stößel und die zugeordneten Werkzeuge
bei gleichzeitiger Relativdrehung zum Werkstück W radial auf das Werkstück W einwirkende
Hubbewegungen ausführen.
Die Drehbewegung des Gehäuses
relativ zum Werkstück
während
der Hubbewegungen der Stößel führt zu einer
Winkelverlagerung der Verforrnungsebenen, so dass Überbeanspruchung
des Werkstückmaterials
vorteilhafterweise vermeidbar sind.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird desweiteren durch ein
Verfahren gelöst,
bei welchem eine Drehzahlregelung die Umlaufgeschwindigkeit des
Gehäuses
und/oder der Nockensysteme und eine Vorlaufregelung für die Nockensysteme
und/oder den Werkstückvorschub
die Werkstückbearbeitung
vorzugsweise programmgesteuert regelt. Beim Rundkneten vorzugsweise
stangenförmiger
Werkstücke
W mit einer erfindungsgemäßen Rundknetmaschine
wird die Umlaufgeschwindigkeit des Gehäuses relativ zum Werkstücks mittels
Drehzahlregelung geregelt. Daneben ist eine Regelung der Drehzahl
des Nockensystems, also die Hubfrequenz ebenfalls über eine
Drehzahlregelung einstellbar. Der Hub der Werkzeuge kann mittels
einer Vorlaufregelung für
die Nockensysteme und der Werkstückvorschub
bei der Werkstückbearbeitung
geregelt werden. Vorzugsweise sind alle Regeleinheiten programmgesteuert
miteinander verbunden. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht,
dass die Bearbeitungsvorgänge
automatisiert ablaufen können und
die einzelnen Bearbeitungsparameter aufeinander eingestellt und überwacht
werden können.
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Mit
diesem Rundknetverfahren können
Stäbe,
Rohre und Drähte
sowie viele andere Werkstücke spanlos
im Durchmesser erheblich reduziert, profiliert, angespitzt und/oder
gerichtet werden. Die Werkstücke
werden dabei entweder nur auf einen Teil ihrer Länge oder aber durchlaufend
auf größere Längen bearbeitet.
Zwei ineinandergesteckte Teile können fest
miteinander verbunden werden. Nähte
werden kalibriert bzw. profiliert sowie Rohre mit Außen- und/oder
Innenprofil versehen, wobei das Einrichten größerer Bearbeitungstiefen während der
Bearbeitung erfolgen kann oder automatisch im Bearbeitungsprozess
integriert ist.
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Vorzugsweise
werden Werkstücke
mit rundem Ausgangsquerschnitt rotationssymmetrisch umgeformt. Darüber hinaus
können
jedoch auch unrunde Teile rundgeknetet werden. Ebenso lassen sich Querschnitte
wie Vierkant, Sechskant etc. an runden Werkstücken anformen. Ferner werden
Rohre und Werkstücke
mit Bohrung über
einen Innendorn geknetet und hierbei kalibriert bzw. mit einem Innenprofil
(Verzahnung, Vierkant, Sechskant usw.) versehen. Das Verfahren bietet
alle Vorzüge
der Kaltumformung wie beispielsweise kurze Bearbeitungszeit, günstiger
Fasenverlauf, glatte Oberflächen,
enge Toleranzen sowie in vielen Fällen eine beachtliche Materialersparnis.
Dabei kann das Rundkneten vorteilhafterweise auf wesentlich komplexere
Werkstückgeometrien
angewendet werden als dies bislang möglich war.
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Da
nahezu jeder metallische Werkstoff mit dem erfindungsgemäßen Rundknetverfahren
bearbeitet werden kann, sofern er eine ausreichende Dehnung aufweist,
sind die Einsatzmöglichkeiten vielfältig. Die
Bearbeitung von gesinterten Werkstoffen ist dabei ebenso vorteilhaft
möglich,
wie die Bearbeitung von Legierungen, beispielsweise aus Wolfram
oder Nickel, wobei in Ausnahmefällen
das Material auch in erwärmtem
Zustand der Maschine zugeführt
werden kann, falls dies erforderlich ist.
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In
der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Es zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Rundknetmaschine
im Querschnitt senkrecht zur Drehachse (B);
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2 eine
erfindungsgemäße Rundknetmaschine
im Querschnitt längs
der Drehsachse (A) mit konischen Nockensystem;
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3 ein
Nockensystem mit linearen Übergängen;
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4 ein
im wesentlichen konisches Nockensystem.
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1 zeigt
eine Rundknetmaschine 1 zum Rundkneten stangenförmiger Werkstücke W bestehend
aus einem Maschinengestell 2, in dem ein ringförmiges Gehäuse 3 um
die Durchlaufachse A des Werkstückes
W vorzugsweise dreh- und antreibbar lagert. Das Gehäuse 3 weist
radiale Ausnehmungen 4 zur Aufnahme gegeneinander wirkender
und bei gleichzeitiger Gehäusedrehung
hubbewegbarer Stößel 5 auf,
die werkstückseitig
mit einem Werkzeug 6 bestückt sind. An der dem Werkstück W abgewandten
Seite sind die Stößel 5 mit
je einem als Exzenterantrieb 7 ausgebildeten Hubantrieb
ausgestattet. Der Exzenterantrieb 7 umfaßt den Stößeln 5 zugeordnete,
in Längsführungen 8 des
Gehäuses 3 gelagerte Exzenterwellen 9 mit
Nockensystemen 10, welche Nocken 11 mit dem Hub
zugeordneten Radius und Exzentrizität aufweisen, auf denen die
Stößel 5 mittels
eines ein Drehlager bildenden Kopfes 12 pleuelartig angesetzt
sind. Der Stößel 5 wird
in einer Führung 16 geführt, die
sich in der Ausnehmung 4 des Gehäuses 3 abstützt, so
dass bei Drehung des Nockensystems 10 und damit der Nocke 11 dem
Stößel 5 beziehungsweise
dem Werkzeug 6 eine Hubbewegung radial zur Durchlaufachse
A aufgezwungen wird. Die Hubbewegung hängt von der Stellung des Nockensystems 10 im
Kopf 12 des Stößels 5 und folglich
von der Nocke ab, welche sich im Kopf 12 in Arbeitsstellung
befindet.
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Als
Antrieb der Exzenterwellen 9 kann beispielsweise ein Umlaufgetriebe
aus einem am Außenumfang
des Gehäuses 3 drehbar
und vorzugsweise über
eine Riemenscheibe antreibbar gelagerten Zentralrads und jeweils
den Exzenterwellen 9 zugeordneten Umlaufrädern 15 vorgesehen
sein.
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Wird
nun beim Rundkneten eines Werkstückes
W, das sowohl ein Stabmaterial als auch ein Rohrmaterial sein kann,
das Gehäuse 3 über seinen Antrieb
in Drehung versetzt, um das nur einem Längsvorschub in Durchlaufrichtung
unterworfene Werkstück
W bei ständiger
Verlagerung der Verformungsebenen ohne Gefahr von Materialüberbeanspruchgungen
umformen zu können,
kommt es gleichzeitig auf Grund des Exzenterantriebes 7 zu
einer Hubbewegung der Stößel 5 und
damit zum Hub der Werkzeuge 6 entsprechend der Einstellung
des Nockensystems 10 sowie in Abhängigkeit der Exzentrizität der arbeitenden
Nocke 11.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße Rundknetmaschine
im Querschnitt längs
der Drehsachse A dargestellt. Die Exzenterwelle weist ein Nockensystem 10 auf,
welches konisch ausgebildet ist und axial in Richtung der Drehachse
B in den Längsführungen 8 verschiebbar
gelagert ist.
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Zum
Verstellen des Nockensystems 10 werden vorzugsweise synchron
alle Nockensysteme 10 in den Längsführungen 8 gleichermaßen verschoben.
Dabei kommen je nach Hubvorgabe entsprechende Bereiche der jeweiligen
Nockensysteme 10 beziehungsweise der Nocken 11 im
Kopf 12 des Stößels 5 in
Arbeitsstellung zur Anlage.
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In 3 ist
ein Nockensystem 10 schematisch dargestellt. Auf der Exzenterwelle 9 sind
dabei Nocken 11.1 bis 11.3 angeordnet und durch
lineare Übergänge 13.1, 13.2 voneinander
getrennt.
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In 4 ist
ein Nockensystem 10 schematisch dargestellt, wobei die
Nocken 11.1 bis 11.3 und die Übergänge 13.1, 13.2 mit
derselben geneigten Außenfläche 14 versehen
sind. Das so ausgestaltete Nockensystem 10 weist eine zusammenhängende konische
Außenflächen 14 der
Nocken 11 auf.
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Beim
Verschieben der Exzenterwelle 9 in der Längsführung 8 gleiten
die Übergänge 13.1, 13.2 bis eine
Nocke 11 im Bereich des Kopfes 12 der Stößel 5 angeordnet
ist. Bei Drehung der Exzenterwelle 9 wird die Nocke 11 entsprechend
gedreht und beaufschlagt den Stößel 5 entsprechend
ihrer Exzentrizität.
Der Stößel 5 fährt in der
Ausnehmung 4 in Richtung des Werkstücks W hin und her. Dem Stößel 5 ist ein
Werkzeug 6 zugeordnet, welches die Bewegung und damit den
Verformungsdruck auf das Werkstück W überträgt. Beim
Bearbeitungsvorgang wirken alle um das Werkstück angeordneten Stößel 5 über die ihnen
jeweils zugeordneten Werkzeuge synchron auf das Werkstück W ein.
Dabei ist vorgesehen, die für den
Bearbeitungsvorgang eingesetzten Nocken 11 aller um das
Werkstück
W angeordneten Nockensysteme 10 gleichzeitig oder nacheinander
in Arbeitsstellung gebracht werden.