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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.
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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 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.
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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 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.
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Es
sind im Stand der Technik Rundknetmaschinen allgemein bekannt, welche
durch ihren Hubantrieb unterschieden werden. Beispiele hierfür sind der
Exzenterhubantrieb oder der Rollenhubantrieb.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Werkzeuge 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.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft veranschaulicht.
Es zeigt
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1 eine
Rundknetmaschine des Standes der Technik zum Rundkneten stangenförmiger Werkstücke W im
Querschnitt;
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2 eine
schematische Darstellung einer Werkzeuganordnung im Querschnitt
senkrecht zur Durchlaufachse A mit hydraulischen Zwischenelementen.
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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 Hammerwelle 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 Hammerwelle 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.
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Bei
Drehung des Rollenkäfigs 12 in
der Rollenbahn 10 relativ zur Hammerwelle 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.
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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.
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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.
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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.