DE19955321A1 - Rundknetmaschine mit hydraulischem Kraftausgleich - Google Patents

Abstract

Eine Rundknetmaschine (1) zum Rundkneten vorzugsweise stangenförmiger Werkstücke (W) hat eine um eine Durchlaufachse (A) des Werkstückes (W) angeordnete Hämmervorrichtung (3), welche in radialen Ausnehmungen (4) einander gegenüberliegende Werkzeuganordnungen (5) mit gegeneinander wirkenden, hubbewegbaren Stößeln (6) aufweist. Jeder Stößel (6) überträgt die Hubkraft vom Hubantrieb in Richtung der Durchlaufachse (A) auf wenigstens ein zugeordnetes Werkzeug (8). Die Werkzeuganordnungen (5) zwischen Hubantrieb und Werkzeug (8), vorzugsweise zwischen dem Stößel (6) und dem Werkzeug (8), sind jeweils mit einem hydraulischen Zwischenelement (14) versehen, welches die Hubkraft antriebsseitig aufnimmt und werkzeugseitig zum Werkzeug (8) überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rundknetmaschine zum Rundkneten vorzugsweise stangenförmiger Werkstücke W mit einer um eine Durchlaufachse A des Werkstückes W angeordneten Hämmervorrichtung, welche in radialen Ausnehmungen einander gegenüberliegende Werkzeuganordnungen mit gegeneinander wirkenden, hubbewegbaren Stößeln aufweist und jeder Stößel die Hubkraft vom Hubantrieb in Richtung der Durchlaufachse A auf wenigstens ein zugeordnetes Werkzeug überträgt.

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 laufen relativ zum Werkstück um. 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.

Beim Rundkneten üben die gegeneinander wirkenden Werkzeugsegmente in schneller Folge auf das umschlossene Werkstück radiale Druckkräfte aus, indem sie zur Werkstückachse hin 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. Die Verringerung des Außendurchmessers führt bei massiven Stäben zu einer Verlängerung des Werkstückes an den Enden. Rohre unterliegen einem komplizierteren Werkstofffluss. Längenzunahme, Innendurchmesserabnahme und Änderung der Wanddicken erfolgt wechselseitig in Abhängigkeit von den Werkstoffeigenschaften und der Werkzeuggeometrie. In jedem Falle bleibt das Gesamtvolumen konstant, da überwiegend inkompressible Werkstoffe bearbeitet werden. Dabei sind Toleranzen je nach Werkstückdurchmesser beziehungsweise Werkstückwerkstoff zwischen +/-0,02 mm und +/-0,2 mm herstellbar.

Es sind im Stand der Technik Rundknetmaschinen allgemein bekannt, welche durch ihren Hubantrieb unterschieden werden. Beispiele hierfür sind der Exzenterhubantrieb oder der Rollenhubantrieb.

Beim Exzenterhubantrieb sind Exzenterwellen in dem das Werkstück umgebenden Gehäuse angeordnet. Gehäuse Exzenterwellen und die Werkzeuganordnungen bilden die Hämmervorrichtung. Die Exzenterwellen wirken bei Drehung entsprechend ihrer Exzentrizität auf die Werkzeuganordnungen, insbesondere auf die Stößel ein, welche in Ausnehmungen aufgenommen sind. Die Stößel sind Werkzeugen zugeordnet, die den Hub auf das Werkstück übertragen.

Beim Rollenhubantrieb bildet eine Hämmerwelle mit in Ausnehmungen aufgenommenen Werkzeuganordnungen die Hämmervorrichtung. Eine Rollenbahn ist dabei um die Durchlaufachse des Werkstücks angeordnet. In der Rollenbahn sitzt ein Rollenkäfig ein, in welchem Rollen geführt sind. Jeder Stößel weist einen in die Rollenbahn überstehenden Kopf auf, welcher beim Überrollen einer Rolle eine Hubbewegung in Richtung der Durchlaufachse auf den Stößel und das Werkzeug erzeugt. Dabei wirken alle Werkzeuge im wesentlichen gleichzeitig auf das Werkstück ein. Die Werkzeuganordnungen werden nachdem die Rollen die Köpfe passiert haben, im rotierenden Betrieb der Rundknetmaschine von der Fliehkraft in die Ruhelage radial nach außen gezogen oder durch die Federkraft einer Rückholfeder zurückgezogen.

Die EP 0919310 beschreibt eine Rundknetmaschine mit Exzenterhubantrieb, deren Werkzeuganordnungen im Gehäuse um das Werkstück angeordnet sind. Die Werkzeuganordnungen umfassen Stößel, welche in Längsführungen geführt und jeweils einem Werkzeug zugeordnet sind. Die Stößel sind werkstückseitig mit dem Werkzeug verbunden. An der dem Werkstück abgewandten Seite sind sie mit einem Exzenterhubantrieb ausgestattet. In der Regel ist das Werkzeug auf einem Werkzeugträger angeordnet, der unmittelbar am Stößel angelenkt ist.

Die EP 0476350 offenbart eine Rundknetmaschine mit Rollenhubantrieb, deren Stößel hubbewegbar in Führungen der Werkzeuganordnungen geführt sind. Werkstückseitig sind die Stößel mit Werkzeugträger und Werkzeug verbunden. Auf der dem Werkstück gegenüber liegenden Seite ist der Rollenhubantrieb angeordnet. Zwischen den Werkzeugen und den Stößeln der Werkzeuganordnungen sind keilförmige Zwischenstücke angeordnet, die längs der Durchlaufachse des Werkstücks bewegbar sind und zur Einstellung der Hublage in die Werkzeuganordnung eingeschoben werden. Die Verbindung der keilförmigen Zwischenstücke mit den anliegenden Bauteilen der Werkzeuganordnungen ist in wesentlichen fest anhaftend, das heißt, die keilförmigen Zwischenstücke dienen im Betriebszustand als Verlängerung der Werkzeuganordnung in radialer Richtung zur Einstellung der Hublage.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken in derartigen Rundknetmaschinen hat es sich gezeigt, dass der Hub der einzelne Werkzeuge variiert. Auch ist die Kraftübertragung auf das Werkstück an jedem Werkzeug aufgrund unterschiedlicher Reibungsverhältnisse in den einzelnen Werkzeuganordnungen verschieden. Hierzu wurde festgestellt, dass die Oberflächen der sich berührenden Bauteile der einzelnen Werkzeuganordnungen herstellungs- und abnutzungsbedingte Unterschiede aufweisen. Diese Unterschiede haben zur Folge, dass die Werkzeuge häufig aus der Zentrierung geraten oder die Hubkraft der Werkzeuganordnungen verschieden sind. Ergebnis derartiger Bearbeitung ist, dass die Werkstücke gewalkt werden. Das Walken führt dazu, dass die Werkstücke mit geringerer Genauigkeit herstellbar sind. Für viele Anwendungsfälle sind diese Toleranzen nicht ausreichend. Die Vorteile des Kaltformens sind daher für diese Anwendungsfälle nicht nutzbar. Darüber hinaus wirken die Kräfte beim Walken auch nachhaltig auf die Bauteile der Rundknetmaschine zurück, so dass diese höher belastet werden und schneller verschleißen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Rundknetmaschine zur Verfügung zu stellen, mit der die vorgenannten Nachteile überwunden werden und insbesondere eine Werkstückbearbeitung mit größerer Genauigkeit, geringerem Verschleiß und damit geringerem Wartungsaufwand gegenüber herkömmlichen Rundknetmaschinen ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Rundknetmaschine vorgeschlagen, deren Werkzeuganordnungen zwischen Hubantrieb und Werkzeug, vorzugsweise zwischen dem Stößel und dem Werkzeug, jeweils mit einem hydraulischen Zwischenelement versehen sind, welches die Hubkraft antriebsseitig aufnimmt und werkzeugseitig zum Werkzeug überträgt.

Diese Werkzeuganordnung ermöglicht es, dass einerseits die Hublage einstellbar ist, indem das hydraulische Zwischenelement die Länge der Werkzeuganordnung zwischen Antrieb und Werkstück festlegt. Dabei werden beide Seiten des Zwischenelements, antriebsseitig sowie werkstückseitig mit einem bestimmten Abstand eingerichtet.

Vorteilhafterweise kann die Länge der Werkzeuganordnung mittels dem hydraulischen Zwischenelement vergrößert oder verkleinert werden.

Andererseits können Unterschiede der Hubkräfte der Werkzeuganordnungen bei der Übertragung vom Antrieb zum Werkzeug durch die hydraulischen Zwischenelemente ausgeglichen werden. Hierzu sind die Zwischenelemente mit einem Ausgleichsbehälter oder dergleichen verbunden, in den das Medium gedrückt werden kann.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Rundknetmaschine weist eine Werkzeuganordnungen auf, deren Zwischenelemente miteinander kommunizierend verbunden sind. Unterschiede der Kraftübertragung vom Antrieb zu den Werkzeugen können somit vorteilhafterweise gezielt ausgeglichen werden. Es ist dabei vorgesehen, die Zwischenelemente mit Mitteln auszustatten, wie beispielsweise Sensoren, welche diese Unterschiede feststellen und durch entsprechende Schaltmittel Einfluss auf die Übertragung der Hubkraft nehmen, indem die hydraulischen Bedingungen der Zwischenelemente verändert werden. Vorzugsweise kann hierzu auch der Hubanstieg dynamisch gesteuert werden.

Erfindungsgemäß ist desweiteren vorgesehen, dass die Zwischenelemente mit wenigstens einer, vorzugsweise elektronischen, Regeleinheit steuerbar sind. Diese wird, beispielsweise durch Sensoren an den Zwischenelementen, mit Daten des hydraulischen Drucks versorgt. Ebenfalls von der Regeleinheit gesteuerte druckerzeugende beziehungsweise druckmindernde Mitteln beaufschlagen die Zwischenelemente, so dass die Kraftübertragung in allen Werkzeuganordnungen gleichmäßig erfolgt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch bereitgestellt, dass jedes Zwischenelemente mit der Regeleinheit gesondert, vorzugsweise dezentral, einstellbar ist. Die Kraftübertragung kann somit in jeder Werkzeuganordnung entsprechend den Anforderungen individuell eingestellt werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Zwischenelemente mit hydraulischen Verbindungsmitteln verbunden, so dass Unterschiede bei der Kraftübertragung in den Werkzeuganordnungen durch Druckausgleich an den Zwischenelementen selbsttätig regulierbar sind. Es ist dabei vorgesehen, dass die Verbindungsmittel die Zwischenelemente in der Weise hydraulisch verbinden, dass ohne zusätzliche druckerzeugende beziehungsweise druckmindernde Mitteln Druckunterschiede in den Zwischenelementen und damit Unterschiede der Kraftübertragung ausgeglichen werden.

Vorteilhafterweise wird durch diese erfindungsgemäßen Ausgestaltungen erreicht, dass hohe Bearbeitungsgenauigkeiten möglich sind und das Material des Werkstücks gleichmäßig bearbeitet wird. Darüber hinaus wird erreicht, dass die Werkzeugbewegungen auf einander abgestimmt erfolgen. Insbesondere wird erreicht, dass der Hubanstieg und die Hublage steuerbar sind. Vorteilhafterweise kann diese Ausgestaltung als geschlossenes hydraulisches System ausgestaltet werden. Somit wird eine Rundknetmaschine zur Verfügung gestellt, die diesbezüglich mit geringer Wartung betrieben werden kann.

Mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine werden Toleranzverbesserungen bis zu 50% möglich, so dass Toleranzen je nach Werkstückdurchmesser und Werkstückwerkstoff zwischen +/-0,01 mm und +/-0,1 mm herstellbar sind. Aufgrund der erfindungsgemäßen steuerbaren Kraftübertragung der Werkzeugeuge sind feinere Maße an Werkstücken herstellbar. Die Vorteile des Kaltformens können somit für Anwendungen genutzt werden, die bisher aufgrund spezifischer Besonderheiten, insbesondere geringerer Toleranzen, von der Herstellung durch Kaltformung ausgeschlossen waren. Je nach Querschnittsabnahme und Verfestigungsverhalten des Werkstoffes werden durch das Rundkneten mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine Steigerungen der Zugfestigkeit am Werkstück 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 mit der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine pro Arbeitsgang größere Querschnittsabnahmen als bei herkömmlichen Rundknetmaschinen erreicht. Ferner können Querschnitte in der Regel ohne zwischengeschaltete Wärmebehandlung weiter umgeformt werden.

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 erwärmten Zustand der Maschine zugeführt werden kann, falls dies erforderlich ist.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 eine Rundknetmaschine des Standes der Technik zum Rundkneten stangenförmiger Werkstücke W im Querschnitt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Werkzeuganordnung im Querschnitt senkrecht zur Durchlaufachse A mit hydraulischen Zwischenelementen.

Fig. 1 zeigt eine Rundknetmaschine 1 des Standes der Technik mit Rollenhubantrieb zum Rundkneten stangenförmiger Werkstücke W bestehend aus einem Gehäuse 2, in dem eine um die Durchlaufachse A des Werkstückes W gelagerte Hämmerwelle 3 angeordnet ist. Die Hämmerwelle 3 weist radiale Ausnehmungen 4 auf. In den Ausnehmungen 4 sind gegeneinander wirkende und hubbewegbare Werkzeuganordnungen 5 angeordnet. Die Werkzeuganordnungen 5 umfassen jeweils einen Stößel 6, der werkstückseitig an, vorzugsweise keilförmige, Zwischenstücken 7 anliegt. Ein Zwischenstück 7 ist mit wenigstens einem Werkzeug 8 verbunden. Der Rollenhubantrieb weist eine um die Hämmerwelle 3 geführte, einen äußeren Lauf- oder Lagerring 9 aufweisende Rollenbahn 10 mit Rollen 11 auf, welche in einem Rollenkäfig 12 gehalten sind und sich gegen den Lauf- oder Lagerring 9 abstützen. An der dem Werkzeug 8 entgegengesetzten Seite weist der Stößel 6 einen Kopf 13 auf, welcher in die Rollenbahn 10 hineinragt.

Bei Drehung des Rollenkäfigs 12 in der Rollenbahn 10 relativ zur Hämmerwelle 3 werden die Rollen 11 über die Köpfe 13 der Stößel 6 geführt. Jeder Stößel 6 führt während des Überrollens eine Hubbewegung aus, wobei das Zwischenstück 7 und das Werkzeug 8 in Richtung der Durchlaufachse A des Werkstücks W bewegt werden. Dabei stützen sich die Rollen 11 am Lauf- oder Lagerring 9 ab und beaufschlagen die Werkzeuge 8 aller Werkzeuganordnungen 5 der Hämmerwelle 3 das Werkstück W gleichzeitig. In der Zeichnung ist die Durchlaufachse A senkrecht zur Bildebene durch das Werkstück W dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Werkzeuganordnungen 5 der erfindungsgemäßen Rundknetmaschine 1. Zwischen den Stößeln 6 mit den Köpfen 13 und den Werkzeugen 8 sind jeweils hydraulische Zwischenelemente 14 angeordnet. Jedes Zwischenelement 14 umfasst eine Kolben-Zylinder-Anordnung 15, welche einen Kompressionsraum 16 aufweist, in dem ein hydraulisches Medium enthalten ist. Der Kompressionsraum 16 ist mit Dichtungsmitteln 17 abgedichtet. Die Kompressionsräume 16 aller Werkzeuganordnungen 5 sind durch hydraulische Verbindungsmittel 18 untereinander verbunden. Die Verbindungsmittel 18 weisen dazu entsprechende Anschlüsse 19 auf.

Wird der Kopf 13 von einer Rolle 9 überrollt, führt die Werkzeuganordnung 5 eine Hubbewegung in Richtung der Durchlaufachse A des Werkstücks W aus. Dabei bewegt sich der Stößel 6 zur Kolben-Zylinder-Anordnung 15. Der Druck steigt im Kompressionsraum 16. Bei gleichen Bedingungen in allen Werkzeuganordnungen 5 ist der Anstieg des Drucks in allen Kompressionsräumen 16 und damit die auf das Werkstück W wirkenden Kraft gleich. Sind die Bedingungen in den Werkzeuganordnungen 5 unterschiedlich, ist auch der Anstieg des Drucks in den Kompressionsräumen 16 verschieden. Über die hydraulischen Verbindungsmittel 18, findet dann ein Druckausgleich statt.

Je nachdem wie der Druck in Ruhelage der Werkzeuganordnung 5 eingestellt ist, kann der Anstieg der Hubkraft auf das Werkstück W geregelt werden. Der Druck kann durch externe druckerzeugende Mittel, beispielsweise eine Hydraulikpumpe aufgebaut werden. Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, die hydraulischen Zwischenelemente 14 mit ihren Verbindungsmitteln 18 als geschlossenes System auszugestalten.

Der Druckausgleich zwischen den hydraulischen Zwischenelementen 14 bewirkt, dass Unterschiede bei der Kraftübertragung vom Antrieb zum Werkstück W der einzelnen Werkzeuganordnungen 5 ausgeglichen werden. Hierdurch wird das Werkstück W bei der Bearbeitung gleichmäßig beaufschlagt, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit und damit die Toleranzen am Werkstück W verbessert werden.

Claims (5)

1. Rundknetmaschine (1) zum Rundkneten vorzugsweise stangenförmiger Werkstücke (W) mit einer um eine Durchlaufachse (A) des Werkstückes (W) angeordneten Hämmervorrichtung (3), welche in radialen Ausnehmungen (4) einander gegenüberliegende Werkzeuganordnungen (5) mit gegeneinander wirkenden, hubbewegbaren Stößeln (6) aufweist und jeder Stößel (6) die Hubkraft vom Hubantrieb in Richtung der Durchlaufachse (A) auf wenigstens ein zugeordnetes Werkzeug (8) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuganordnungen (5) zwischen Hubantrieb und Werkzeug (8), vorzugsweise zwischen dem Stößel (6) und dem Werkzeug (8), jeweils mit einem hydraulischen Zwischenelement (14) versehen sind, welches die Hubkraft antriebsseitig aufnimmt und werkzeugseitig zum Werkzeug (8) überträgt.

2. Rundknetmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente (14) der Werkzeuganordnungen (5) der Rundknetmaschine (1) miteinander kommunizierend verbunden sind.

3. Rundknetmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente (14) mit wenigstens einer, vorzugsweise elektronischen, Regeleinheit steuerbar sind.

4. Rundknetmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zwischenelemente (14) mit der Regeleinheit gesondert, vorzugsweise dezentral, einstellbar ist.

5. Rundknetmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente (14) mit hydraulischen Verbindungsmitteln (18) verbunden sind, so dass Unterschiede bei der Kraftübertragung in den Werkzeuganordnungen (5) durch Druckausgleich an den Zwischenelementen (14) selbsttätig regulierbar sind.