DE202009008412U1 - Vorrichtung zum Umformen eines stab- oder rohrförmigen Werkstücks, insbesondere eines Heizstabs für eine Glühkerze für einen Dieselmotor - Google Patents

Vorrichtung zum Umformen eines stab- oder rohrförmigen Werkstücks, insbesondere eines Heizstabs für eine Glühkerze für einen Dieselmotor Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Umformen eines stab- oder rohrförmigen Werkstücks (W), insbesondere eines Heizstabs (101) für eine Glühkerze für einen Dieselmotor, die eine Rundkneteinrichtung (2) mit rotierenden Umformwerkzeugen (3) sowie eine vor dieser angeordnete Werkstückzubringeinrichtung (10), durch die das darin gespannte Werkstück (W; 101) zu der Rundkneteinrichtung (2) bewegbar ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Vorschubrichtung des Werkstücks (W; 101) nach der Rundkneteinrichtung (2) eine drehantreibbare Spanneinrichtung (50) angeordnet ist, durch welche ein erstes Ende des Werkstücks (W; 101) spannbar ist, dass die Werkstückzubringeinrichtung (10) eine drehantreibbare Vorschubeinheit (40) aufweist, durch die ein zweites Ende des Werkstücks (W; 101) in axialer Richtung beaufschlagbar ist, und dass die Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit der Vorschubeinheit (40) und die der Spanneinrichtung (50) derart in Bezug auf die Rotationsgeschwindigkeit der Umformwerkzeuge (3) der Rundkneteinrichtung (2) derart gewählt ist, dass durch die Vorschubeinheit (40) und die Spanneinrichtung (50) eine Kompensationsrotationsbewegung des Werkstücks (W; 101) erzeugbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen eines stab- oder rohrförmigen Werkstücks, insbesondere eines Heizstabs für eine Glühkerze für einen Dieselmotor, die eine Rundkneteinrichtung mit rotierenden Umformwerkzeugen sowie eine vor dieser angeordnete Werkstückzubringeinrichtung, durch die das darin gespannte Werkstück zu der Rundkneteinrichtung bewegbar ist, aufweist.
  • Eine derartige Vorrichtung ist bekannt und wird unter anderem zur Herstellung von Glühkerzen für Dieselmotoren verwendet. Eine derartige Glühkerze ist z. B. in der EP 1 182 404 B1 beschrieben. Sie weist einen Glühkerzenkörper mit einer axialen Bohrung auf, in die ein Heizstab eingesetzt und durch eine radiale Krafteinwirkung auf den Glühkerzenkörper ein zentraler Presssitz zwischen dem Glühkerzenkörper und dem Heizstab erzeugt wird. Der Heizstab weist ein Außenrohr auf, in dessen Innenraum ein in Quarzsand eingebetteter Heizwendel eingebracht ist. Das Außenrohr des Heizstabs muss dabei durch Umformen auf einen kleineren Durchmesser verdichtet werden, wobei durch diese Verdichtung ein Anschlussstift des Heizstabs, der in seinen Innenraum eingesetzt ist, durch den dadurch bewirkten Presssitz im Außenrohr fixiert wird. Bisher wurde zur Verhinderung eines Tordierens des Heizstabs derart vorgegangen, dass das umzuformende Werkstück in der Werkstückzubringeinrichtung nur derart fest gespannt wurde, dass es sich mit einer relativen Geschwindigkeit zur Drehzahl einer Rundknetwelle der Rundkneteinrichtung mitdrehen konnte. Dabei muss aber verhindert werden, dass das Werkstück nicht mit der gleichen Drehzahl mitgedreht wird, da in diesem Fall das Material des Werkstücks in die Trennfugen des Rundknetwerkzeugs käme, mit der Folge, dass Längsgrade das Werkstück unbrauchbar machen würden. Insbesondere bei Werkstücken, die an einem relativ kleinen Durchmesser gespannt und an einem größeren Durchmesser geknetet werden, ist dieses Problem nicht zu vernachlässigen. Die Spannkraft kann dann nicht mehr so eingestellt werden, dass eine Relativität zwischen Knetwellendrehzahl und der Werkstückdrehzahl erreicht wird. Entweder ist die Spannkraft am Werkstück so groß, dass es sich nicht mehr mitdrehen kann und es wird in sich verdreht/tordiert, oder die Spannkraft ist dabei so klein, dass das Werkstück aus der Haftreibung heraus in eine Gleitreibung kommt, die wiederum nicht ausreicht, das Werkstück in einer relativen Drehzahl zur Rundknetwelle zu halten.
  • Bei modernen Dieselmotoren werden immer kürzere Vorwärmzeiten gefordert, wobei diese idealerweise gegen Null gehen sollen. Diese Forderungen konnten hauptsächlich dadurch realisiert werden, indem die Masse des Heizstabs immer geringer wurde, was wiederum nur durch eine Reduktion der Durchmesserverhältnisse des Heizstabs möglich wurde: Während in der Vergangenheit der Heiz stab der Glühkerze einen fertigen Außenrohrdurchmesser von ungefähr 6 mm aufwies und ein daran angeordneter Anschlussstift 3 mm und größer war, so werden heutzutage bei Heizstäben ein Außenrohrdurchmesser von kleiner als 4 mm und ein Durchmesser des Anschlussstifts von kleiner als 1,5 mm gefordert. Dementsprechend schwieriger ist die Herstellung des Heizstabs durch einen Rundknetvorgang, bei dem relativ zum Werkstück rotierende Rundknetwerkzeuge auf dieses einwirken und dadurch seinen Durchmesser reduzieren. Insbesondere muss vermieden werden, dass sich der im Innenraum des Heizstabs aufgenommene Heizwendel an die Innenwand des Außenrohrs anlegt und dadurch einen Kurzschluss verursacht. Bei den in der Vergangenheit gebräuchlichen Heizstäben mit großem Außendurchmesser war die Gefahr relativ gering, dass sich – bedingt durch den Reduziervorgang – diese in sich verdrehen, so dass konventionelle Werkstückzubringeinrichtungen, mit denen der Heizstab während des Rundknetvorgangs vorgeschoben wurde, ausreichten. Durch die beim Rundkneten auftretenden hohen Umformkräfte besteht des weiteren – insbesondere bei dünnen und/oder verhältnismäßig langen Heizstäben – die Gefahr einer Beschädigung des Heizstabs durch Ausknicken, Abkippen, Riefenbildung oder Verformung.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine prozessfähige Bearbeitung von insbesondere dünnen rohr- oder stabförmigen Werkstücken, insbesondere von aus mehreren Teilen zusammengesetzten Werkstücken, ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gelöst, dass in Vorschubrichtung des Werkstücks nach der Rundkneteinrichtung eine drehantreibbare Spanneinrichtung angeordnet ist, durch welche ein erstes Ende des Werkstücks spannbar ist, dass die Werkstückzubringeinrichtung eine drehantreibbare Vorschubeinheit aufweist, durch die ein zweites Ende des Werkstücks in axialer Richtung beaufschlagbar ist, und dass die Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit der Vorschubeinheit und der Spanneinrichtung derart in Bezug auf die Rotationsgeschwindigkeit der Umformwerkzeuge der Rundknetein richtung gewählt ist, dass durch die Vorschubeinheit und die Spanneinrichtung eine Kompensationsrotationsbewegung des Werkstücks erzeugbar ist.
  • Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine Vorrichtung geschaffen, welche sich dadurch auszeichnen, dass durch die Werkstückzubringeinrichtung und die Spanneinrichtung zusammen das Werkstück um seine Achse drehbar spannbar ist. Indem nun erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass diese beiden Einrichtungen synchron und in Drehrichtung der Umformwerkzeuge der Rundkneteinrichtung verlaufend drehangetrieben werden, wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass das von der Werkstückzubringeinrichtung und der Spanneinrichtung gespannte Werkstück sicher in diesen gehalten und einfach an das Mitnahmeverhalten der Umformwerkzeuge der Rundkneteinrichtung anpassbar ist. Hierdurch wird ein unvorteilhafter Umschwung von einer das Werkstück in der Werkstückzubringeinrichtung Spanneinrichtung haltenden Haftreibung in eine unkontrollierte Gleitreibung verhindert.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass durch die Korrelation der Vorschubgeschwindigkeit der hinter der Rundkneteinrichtung angeordneten Spanneinrichtung und derjenigen der Werkstückzubringeinrichtung eine Kompensation der Längenänderung des Werkstücks durch den Rundknetvorgang erreicht wird. Das von der Werkstückzubringeinrichtung und der Spanneinrichtung gespannte Werkstück wird somit nur einer geringen axialen Belastung ausgesetzt. Die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren sind somit insbesondere zur Bearbeitung von dünnen und/oder verhältnismäßig langen Werkstücken, wie z. B. von Glühkerzen für einen Dieselmotor, geeignet. Die minimale axiale Belastung des Werkstücks während des Rundknetvorgangs bringt in vorteilhafter Art und Weise mit sich, dass einer Relativverschiebung einzelner Teile eines aus mehreren Teilen zusammengesetzten Werkstücks effektiv entgegengewirkt wird.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:
  • 1: eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung,
  • 2: eine Seitenansicht der Sektion A der 1 im vergrößerten Maßstab,
  • 3: eine Seitenansicht der Sektion B der 1 im vergrößerten Maßstab,
  • 4: eine Seitenansicht der Sektion C der 1 im vergrößerten Maßstab,
  • 5: eine Seitenansicht der Sektion D der 1 im vergrößerten Maßstab,
  • 69: eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs, und
  • 10: eine schematische Darstellung eines Werkzeugkopfs einer Rundkneteinrichtung.
  • In 1 ist nun ein Ausführungsbeispiel mit einer allgemein mit 1 bezeichneten Vorrichtung dargestellt, die eine auf dem Maschinenbett 1' angeordnete Rundkneteinrichtung 2 und eine ebenfalls auf dem Maschinenbett 1' angeordnete Werkstückzubringeinrichtung 10 sowie eine Spanneinrichtung 50 aufweist. Die in 10 schematisch dargestellte Rundkneteinrichtung 2 weist Umformwerkzeu ge 3 auf, die in einer Rundknetwelle 4 radial zu einer Maschinenmittelachse M beweglich aufgenommen sind. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Rundkneteinrichtung 2 um einen Außenläufer-Typ, d. h., die Rundknetwelle 4 rotiert mit einer relativ kleinen Drehzahl gegenüber einem Außenring 5, welcher durch Antrieb von Rollen 6 die Umformwerkzeuge 3 in radialer Richtung auf das umzuformende Werkstück W zuführt, wobei die Drehzahl des Außenrings 5 die eigentliche Umformfrequenz bestimmt. Eine derartige Rundkneteinrichtung 2 ist an und für sich bekannt und wird daher nicht mehr näher beschrieben. Bei der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Rundkneteinrichtung 2 um den vorstehend beschriebenen Außenläufer-Typ handelt. Dem Fachmann ist aber klar ersichtlich, dass dies nicht zwingend erforderlich ist.
  • Die vor der Rundkneteinrichtung 2 angeordnete und im Detail in den 2 und 3 dargestellte Werkstückzubringeinrichtung 10 gliedert sich prinzipiell in eine Halteeinheit 20, einen Rotationsantrieb 30 und eine Vorschubeinheit 40. Des weiteren sind eine Wegmesseinheit 11 für die Werkstückzubringeinrichtung 10, eine Wegmesseinheit 42 für die Vorschubeinheit 40 und eine Rotationsmesseinheit 31 für einen Rotationsmotor 32 des Rotationsantriebs 30 vorgesehen. Die Werkstückzubringeinrichtung 10 dient dazu, das an sie – wie weiter unten beschrieben – übergebene Werkstück mit einer definierten Geschwindigkeit relativ zur Rundkneteinrichtung 2 zu bewegen und um seine Achse drehbar zu spannen. Zur Steuerung oder Regelung der Vorschubgeschwindigkeit und der Drehbewegung sind die nachstehend beschriebenen Antriebseinheiten mit einer entsprechenden Steuerung oder Regelung ausgestattet, welche es erlaubt, wie nachstehend beschrieben die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks und dessen Vorschubgeschwindigkeit zu verändern. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die entsprechenden Antriebseinheiten der Werkstückzubringeinrichtung 10 als hydraulisch betätigte CNC-Achsen ausgebildet. Es ist aber auch möglich, diese als Gewinde- oder Gewinderollspindel-CNC-Achsen auszubilden. Bei der Vorschubeinheit 40 ist auch eine Ausführung als ein hydraulisch-mechanischer Folgekol ben denkbar, der dann vorzugsweise für Hilfsbewegungen mit einer aktiven CNC-Hydraulik unterstützt wird.
  • Die 2 zeigt nun eine vergrößerte Darstellung der Vorschubeinheit 40 der Werkstückzubringeinrichtung 10 der Vorrichtung 1 zusammen mit der Rotationseinheit 30. Die Vorschubeinheit 40 weist einen hydraulischen Differentialzylinder 43 auf, dessen Kolbenstange 44 einen Aufnahmeadapter 45 für eine Vorschubstange 41 beaufschlagt. Der Aufnahmeadapter 45 ist in einem Lager 47 so angeordnet, dass er darin frei drehbar ist. An seinem vorderen Ende 45' ist ein Riemenrad 48, vorzugsweise ein Zahnriemenrad, angeordnet. Der Aufnahmeadapter 45 ist im Riemenrad 48 linear verschiebbar geführt. Hierzu ist beim beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Aufnahmeadapter 45 zwei Nuten aufweist, in die Passfedern 48a, 48b eingreifen. Dem Fachmann ist aber klar ersichtlich, dass eine derartige Ausgestaltung nicht zwingend ist. Anstelle der vorgenannten Nuten-/Passfederverbindung können auch beliebig andere Längsverschiebeausführungen verwendet werden, solange gewährleistet ist, dass der Aufnahmeadapter 45 in dem Riemenrad 48 axial verschiebbar ist und einer Drehbewegung des Riemenrads 48 folgt.
  • Der von der Rotationsmesseinheit 31 geregelte Rotationsmotor 32 des Rotationsantriebs 30 weist einen Motorstummel 34 auf, an dem ein weiteres Riemenrad 35 befestigt ist, so dass das durch den Rotationsmotor 32 erzeugte Drehmoment mittels eines Riemens 36 auf das Riemenrad 48 und somit auf den Aufnahmeadapter 45 übertragbar ist. Dem Fachmann ist klar ersichtlich, dass die vorstehend beschriebene Verbindung zwischen Rotationsmotor 32 und Aufnahmeadapter 45 mittels des vorstehend beschriebenen Zahnriemenantriebs 35, 36, 48 nicht zwingend ist. Vielmehr ist es auch möglich, diesen Riemenantrieb, der vorzugsweise ein Zahnriemenantrieb ist, durch einen anderen Übertragungsmechanismus zu ersetzen, welcher die rotatorische Antriebsbewegung des Rotationsmotors 32 in eine Rotation des Aufnahmeadapters 45 umsetzt.
  • Eine durch den Hydraulikkolben 43 ausgelöste Verschiebung des Aufnahmeadapters 45 wird von der Wegmesseinheit 42 erfasst, wobei die rotative Bewegung des Aufnahmeadapters 45 durch ein Kugellager 49 von einem Mitnehmer 42a, durch den ein Wegmessgeber 42b in axialer Richtung verschieblich ist, entkoppelt ist.
  • In 3 ist nun der vordere Teil der Werkstückzubringeinrichtung 10 dargestellt, welche die Halteeinheit 20 mit zwei Spannarmen 20a und 20b aufweist, die im hier gezeigten Fall als Spannzange ausgebildet ist, deren beiden Spannarme 20a und 20b um Achsen 21a, 21b verschwenkbar angeordnet sind. Die Halteeinheit 20 wird von einem Hydraulikkolben 22 beaufschlagt, der an seinem vorderen Ende abgeschrägte Flächen 23a, 23b aufweist. Wird nun der Hydraulikkolben 22 vorgeschoben, so erhöht sich in Folge der schrägen Flächen 23a, 23b kontinuierlich der Druck auf die hebelartig wirkenden Spannarme 20a, 20b der Halteeinheit 20 und somit auf das in der Halteeinheit 20 gehaltene Werkstück.
  • Eine axiale Verschiebung der Halteeinheit 20 durch die Vorschubeinheit 40 wird durch die Wegmesseinrichtung 11 erfasst, die einen Wegmessgeber 11a besitzt.
  • Die 4 zeigt nun eine Spanneinrichtung 50, die in Vorschubrichtung des Werkstücks W hinter den Umformwerkzeugen 3 der Rundkneteinrichtung 2 angeordnet ist. Diese weist ein Spannelement 51 auf, welches vorzugsweise aus elastischem Werkstoff ausgebildet und in einem Aufnahmerohr 52 angeordnet ist. Eine Druckstange 53 beaufschlagt das Spannelement 51, wodurch dessen Spannbohrung 54 im Durchmesser kleiner wird und damit einen Spanndruck auf das zu spannendes Werkstück ausübt. Das Entspannen des Spannelements 51 geschieht durch eine entgegengesetzt gerichtete Bewegung der Druckstange 53. Diese wird – wie aus 5 ersichtlich – von einem Differentialzylinder 54 betätigt, dessen Kolbenstange 55 in einem Lager 56, vorzugsweise in einem Schulterkugellager, gelagert und derart gegenüber der Druckstange 53 rotationstechnisch entkoppelt ist. Die Spanneinrichtung 50 ist durch eine Vorschubeinheit 70 in axialer Richtung des Werkstücks W verschiebbar. Hierzu ist die Druckstange 53 in einem Gleichlaufzylinder 71 einer Vorschubeinheit 70 aufgenommen, so dass eine Stellbewegung des Gleichlaufzylinders 71 in einer Verschiebung der Druckstange 53 resulteirt. Dies besitzt den Vorteil, dass hierdurch die gesamte Spanneinrichtung 50 mit allen ihren Bestandteilen (Spannelement 51, Aufnahmerohr 52, Druckstange 53) über das Aufnahmerohr 52 rotativ bewegbar ist.
  • Des weiteren ist vorgesehen, dass das Aufnahmerohr 52 an seinem Außendurchmesser zwei Nuten 52a, 52b aufweist, in welche Passfedern 64a, 64b eines Riemenrads 64, insbesondere eines Zahnriemenrads, eingreifen, so dass das Aufnahmerohr 52 axial im Riemenrad 64 verschiebbar gelagert ist. Auch hier ist dem Fachmann wiederum klar ersichtlich, dass anstelle dieser Nuten-/Passfederverbindung auch andere Längsverschiebungsausführungen möglich sind. Eine Wegmesseinheit 59 erfasst die Verschiebebewegung der Spanneinrichtung 50. Hierzu weist die Wegmesseinheit 59 einen Wegmessgeber 59a auf, der von einem Mitnehmer 59b beaufschlagt wird, wobei der Mitnehmer 59b wiederum von der rotativen Bewegung des Aufnahmerohrs 52 durch ein Kugellager 59c entkoppelt ist.
  • Der Drehantrieb des Aufnahmerohrs 52 und somit des Spannelements 51 der Spanneinrichtung 50 erfolgt nun über eine weitere Rotationseinheit 60, der einen Rotationsmotor 62 aufweist, der über einen Rotationsgeber 61 regelbar ist. An einem Motorstummel 63 des Rotationsmotors 62 ist ein weiteres Riemenrad 65 angeordnet, welches über einen Zahnriemen 66 mit dem auf dem Aufnahmerohr 52 gelagerten Riemenrad 64 verbunden ist. Dem Fachmann ist auch hier wieder ersichtlich, dass der vorstehend beschriebene Antrieb des Aufnahmerohrs 52 über die beiden mittels des Riemens 66 verbundenen Riemenräder 64, 65 nicht zwingend ist. Auch hier sind andere Antriebsmechanismen möglich, um das Aufnahmerohr 52 in eine rotatorische Bewegung zu versetzen.
  • Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 und somit das beschriebene Verfahren wird nun anhand der 6a bis 9 am Beispiel eines Heizstabes 101 erläutert:
    Durch die Vorrichtung 1 soll der Heizstab 101 zumindest über einen Teilbereich seiner Länge des Außenrohrs 102 im Durchmesser reduziert werden. Hierzu wird der vormontierte Heizstab 101 von einer hier nicht gezeigten Transfereinrichtung in die Werkstückzubringeinrichtung 10 eingebracht und von der Halteeinheit 20 gespannt, wobei ein noch nicht reduzierter Außendurchmesser 105 des Heizstabs 101 in Richtung der Vorschubeinheit 40 und sein Anschlussstift 104 in Richtung der Rundkneteinrichtung 2 zeigt. Dann werden – wie in 6b dargestellt – die Spannarme 20a, 20b durch eine entsprechende Betätigung des Hydraulikkolbens 22 geschlossen und der Heizstab 101 wird derart in der Halteeinheit 20 gespannt. Danach wird die Vorschubeinheit 40 betätigt, so dass sich der Aufnahmeadapter 45 und damit die mit ihm verbundene Vorschubstange 41 in Richtung des Heizstabs 101 bewegen und das vordere Ende 41' der Vorschubstange 41 den Heizstab 101 axial beaufschlagt. Diese axiale Beaufschlagung bewirkt, dass der Heizstab 101 durch die Werkstückzubringeinrichtung 10 während des Rundknetvorgangs gespannt wird. Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass das vordere Ende 41' der Vorschubstange 41 als ein Hohlanschlag 41a ausgebildet ist, der an einem fasenförmigen Ansatz 107 des Heizstabs 101, der sich in einem vorgegebenen Abstand in axialer Richtung versetzt hinter der Planfläche des Außenrohrs 102 des Heizstabs befindet, anschlägt. Dies ist insbesondere bei Heizstäben 101 mit einem keramischen Ende von Vorteil, welche an ihrem Ende nicht druckbeaufschlagt werden dürfen.
  • Wie nun in 7a dargestellt, wird dann die Werkstückzubringeinrichtung 10 samt dem in ihr aufgenommenen und zu diesem Zeitpunkt noch von den Spannarmen 20a, 20b der Halteeinheit 20 gehalten, einen Heizstab 101 zur Rundkneteinrichtung 2 bewegt und dadurch das Außenrohr 102 des Heizstabs 101 zwischen die Umformwerkzeuge 3 der Rundkneteinrichtung 2 eingeführt, wobei bevorzugt wird, dass bei diesem Vorgang das Außenrohr 102 mit ungefähr 20% der ganzen Länge in die Umformwerkzeuge 3 eingeführt wird. Dadurch erfolgt in bekannter Art und Weise eine Reduzierung des Umfangs des Außenrohrs 102 durch die Umformwerkzeuge 3.
  • Im Zuge der durch die Werkstückzubringeinrichtung 10 bewirkten Vorschubbewegung des Heizstabs 101 wird der Anschlussstift 104 durch die Umformwerkzeuge 3 der Rundkneteinrichtung 2 hindurch so tief in die Rundkneteinrichtung 2 eingeführt, dass er in die Spannbohrung 54 des Spannelements 51 der Spanneinrichtung 50 eingetreten ist. Das Spannelement 51 spannt den Anschlussstift 104 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise.
  • Im weiteren Verlauf wird – wie in 7b dargestellt – dann der Spanndruck der Spannarme 20a, 20b der Halteeinheit 20 der Werkstückzubringeinrichtung 10 durch ein Zurückbewegen des Hydraulikkolbens 22 soweit reduziert, dass der Heizstab 101 in den Spannarmen 20a, 20b der Halteeinheit 20 rotieren kann. Der Heizstab 101 wird dann an seinem in Vorschubrichtung vorderen Ende vom Spannelement 51 der Spanneinrichtung 50 und an seinem hinteren Ende durch die axiale Beaufschlagung mit der Vorschubstange 41 der Vorschubeinheit 40 gespannt. Der Heizstab 101 wird dann von der Vorschubstange 41 der Vorschubeinheit 40 bei geschlossener Spannelement 51 der Spanneinrichtung 50 in axialer Richtung durch die Umformwerkzeuge 3 der Rundkneteinheit 2 hindurch geschoben und dabei das Außenrohr 102 des Heizstabs 101 im Durchmesser so reduziert wird, wie dies durch die Umformwerkzeuge 3 vorgegeben ist. Während dieses Vorgangs verharrt die Werkstückzubringeinrichtung 10 in ihrer eingenommenen Position, und nur die Vorschubeinheit 40 schiebt den Heizstab 101 mit einer definierten Geschwindigkeit vor. Diese Vorschubgeschwindigkeit stellt zu diesem Zeitpunkt die axiale Leitgeschwindigkeit des Bearbeitungsvorgangs dar.
  • Die Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubeinheit 40 wird zu der Vorschubeinheit 70 der Spanneinrichtung 50 übertragen, wobei dieser eine zusätzliche vorprogrammierte Vorschubgeschwindigkeit aufgekoppelt wird, und zwar so viel wie der Heizstab 101 durch Volumenumverteilung während des Reduziervorgangs länger wird. Diese Längenänderung des Heizstabs 101 und allgemein des Werkstücks W resultiert in einer zusätzlichen axialen Geschwindigkeitskomponente in Vorschub richtung. Wenn nun der Vorschub des Werkstücks W, insbesondere des Heizstabs 101, durch die Werkstückzubringeinrichtung 10 mit der gleichen Geschwindigkeit verlaufen würde wie die Vorschubgeschwindigkeit der Spanneinrichtung 50, so würden durch diese Längenänderung des Werkstücks W und insbesondere des Heizstabs 101 während des Reduziervorgangs in einer axialen Belastung des Werkstücks W resultieren. Die beschriebene Vorrichtung und das entsprechende Verfahren sehen daher vor, dass sich die Vorschubgeschwindigkeiten der Vorschubeinrichtung 10 und diejenige der Spanneinrichtung 50 durch eine Kompensationsgeschwindigkeit unterscheiden, die derart gewählt ist, dass hierdurch die Längenänderung des Werkstücks W und insbesondere des Heizstabs 101 zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig kompensiert wird. Durch diese Koppelung der Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubeinheit 40 und derjenigen der Spanneinrichtung 50 wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass die Bestandteile des Heizstabs 101, nämlich das Außenrohr 102 und der Aufnahmestift 104, in axialer Richtung im wesentlichen ihre Position relativ zueinander beibehalten, so dass also der Gesamt-Heizstab 101 in axialer Richtung weder gestaucht oder auch nicht ungewollt länger wird. Es ist somit hierdurch möglich, auch bei komplexen umzuformenden Gebilden wie einem aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzten Heizstab 101 ein radiales Ausknicken oder eine ähnliche ungewünschte Verformung desselben zu vermeiden.
  • Die rotativen Antriebe der Vorschubstange 41 der Vorschubeinheit 40 und der Spanneinrichtung 50 erlauben es, dass das zu bearbeitende Werkstück W, hier der Heizstab 101, während des Reduziervorgangs auf eine vorprogrammierte Drehzahl gebracht bzw. auf dieser gehalten wird. Hierzu ist vorgesehen, dass die Drehgeschwindigkeit der Vorschubstange 41 der Vorschubeinheit 40 und diejenige der Spanneinrichtung 50 simultan und in gleicher Drehrichtung wie diejenige der Rundknetwelle 4 der Rundkneteinheit 2 ist. Die Beaufschlagung des Werkstücks W und insbesondere des Heizstabs 101 durch die rotierenden Umformwerkzeuge 3 der Rundkneteinrichtung 2 bewirkt nämlich, dass der Heizstab 101 und allgemein das Werkstück W die Drehrichtung der Umformwerkzeuge 3 auf nimmt, da diese ihre Rotationsgeschwindigkeit zum Teil auf das Außenrohr 102 des Heizstabs 101 bzw. das Werkstück W übermitteln. Typischerweise beträgt die derart hervorgerufene Drehgeschwindigkeit eines von der Rundkneteinrichtung 2 bearbeiteten Werkstücks im Mittel ungefähr 30% derjenigen der durchschnittlichen Umlaufgeschwindigkeit der Umformwerkzeuge 3. Indem nun vorgesehen wird, dass das Werkstück W und hier der Heizstab 101 durch die rotierende Vorschubstange 41 der Vorschubeinheit 10 und die ebenfalls mit der gleichen Drehzahl rotierende Spanneinrichtung 50 während des Bearbeitungsvorgangs durch die Rundkneteinrichtung 2 eine Eigenrotation aufweist, wird hierdurch eine Kompensationsrotationsbewegung erzeugt, Diese bewirkt, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen den umlaufenden Umformwerkzeugen 3 und dem Werkstück W verringert wird, so dass das Werkstück W – der Heizstab 101 – leichter mit Haftreibung in der Halteeinheit 20 und der Spanneinrichtung 50 gespannt werden können.
  • Die durch diese Kompensationsrotationsbewegung erlaubte Eigenrotationsbewegung des Heizstabs 101 bewirkt also, dass dieser mit Haftreibung in der Spanneinrichtung 50 gehalten wird, so dass der gefürchtete, zu unerwünschten (Torsions-)Bewegungen des Heizstabs 101 führende Umschwung von einer Haft- auf eine Gleitreibung vermieden wird.
  • Wie nun in 8a dargestellt, wird zur Beendigung des Bearbeitungsvorgangs der Heizstab 101 mittels der Spanneinrichtung 50 durch die Umformwerkzeuge 3 zurückgeschoben, wobei nun die Vorschubgeschwindigkeit der Spanneinrichtung 50 durch eine entsprechende Programmierung vorgegeben und zur Vorschubeinheit 40 der Werkstückzubringeinrichtung 10 übermittelt und von dieser übernommen wird. Hierdurch wird erreicht, dass auch bei diesem Bearbeitungsschritt eine axiale Belastung des Heizstabs 101 und somit eines Werkstücks W vermieden bzw. zumindest reduziert wird, da sich die Vorschubeinheit 40 und die Spanneinrichtung 50 mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Nach Erreichen der Endposition der Spanneinrichtung 50 befindet sich der Heizstab 101 wieder im Be reich der Halteeinheit 20 der Werkstückzubringeinrichtung 10 und wird von den Spannarmen 20a, 20b übernommen.
  • Die Werkstückzubringeinrichtung 10 fährt dann wie in 8b dargestellt, zurück, und zwar so weit, dass der Heizstab 101 von einer nicht gezeigten Entnahmeeinrichtung aufgenommen werden kann. Daraufhin fährt – wie in 9 dargestellt – die Werkstückzubringeinrichtung weiter zurück und ein neuer Heizstab 101 kann in die Vorrichtung 1 eingesetzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1182404 B1 [0002]

Claims (17)

  1. Vorrichtung zum Umformen eines stab- oder rohrförmigen Werkstücks (W), insbesondere eines Heizstabs (101) für eine Glühkerze für einen Dieselmotor, die eine Rundkneteinrichtung (2) mit rotierenden Umformwerkzeugen (3) sowie eine vor dieser angeordnete Werkstückzubringeinrichtung (10), durch die das darin gespannte Werkstück (W; 101) zu der Rundkneteinrichtung (2) bewegbar ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Vorschubrichtung des Werkstücks (W; 101) nach der Rundkneteinrichtung (2) eine drehantreibbare Spanneinrichtung (50) angeordnet ist, durch welche ein erstes Ende des Werkstücks (W; 101) spannbar ist, dass die Werkstückzubringeinrichtung (10) eine drehantreibbare Vorschubeinheit (40) aufweist, durch die ein zweites Ende des Werkstücks (W; 101) in axialer Richtung beaufschlagbar ist, und dass die Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit der Vorschubeinheit (40) und die der Spanneinrichtung (50) derart in Bezug auf die Rotationsgeschwindigkeit der Umformwerkzeuge (3) der Rundkneteinrichtung (2) derart gewählt ist, dass durch die Vorschubeinheit (40) und die Spanneinrichtung (50) eine Kompensationsrotationsbewegung des Werkstücks (W; 101) erzeugbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinheit (40) eine Vorschubstange (41) aufweist, die durch einen Rotationsantrieb (30) drehantreibbar ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (50) einen Rotationsantrieb (60) aufweist, durch den ein Spannelement (51) der Spanneinrichtung (50) drehantreibbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (51) der Spanneinrichtung (50) aus einem elastischen Material ausgebildet und in einem Aufnahmerohr (52) angeordnet ist, und dass eine Druckstange (53) vorgesehen ist, durch welche die (51) beaufschlagbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationseinheit (60) einen Rotationsmotor (62) aufweist, dessen Rotationsbewegung auf das Aufnahmerohr (52) übertragbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (50) eine Vorschubeinheit (70) aufweist, durch die sie in axialer Richtung des Werkstücks (W; 101) mit einer Geschwindigkeit bewegbar ist, die durch eine Leitgeschwindigkeit der Vorrichtung (1) und eine eine Längenänderung des Werkstücks (W; 101) während des Rundknetvorgangs berücksichtigende Kompensationsgeschwindigkeit festgelegt ist
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vorschubs des Werkstücks (W; 101) zur Rundkneteinrichtung (2) die Leitgeschwindigkeit die Vorschubgeschwindigkeit der Werkstückzubringeinrichtung (10) ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Rückbewegung des Werkstücks (W; 101) die Leitgeschwindigkeit die Vorschubgeschwindigkeit der Spanneinrichtung (50) ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinheit (40) der Werkstückzubringeinrichtung einen Aufnahmeadapter (45) aufweist, in dem die Vorschubstange (41) aufgenommen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeadapter (45) axial verschiebbar und drehbar in der Werkstückzubringeinrichtung (10) aufgenommen ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeadapter (45) durch die Rotationseinheit (30) rotatorisch antreibbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückzubringeinrichtung (10) eine Wegmesseinheit (42) aufweist, durch die eine Verschiebung des Aufnahmeadapters (45) erfassbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmesseinheit (42) einen Mitnehmer (42a), durch den ein Wegmessgeber (42b) in axialer Richtung verschiebbar ist, aufweist, und dass der Mitnehmer (42a) von der rotativen Bewegung des Aufnahmeadapters (45) entkoppelt ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorschubeinheit (70) der Spanneinrichtung (50) das Spannelement (51) der Spanneinrichtung (50) in axialer Richtung des Werkstücks (W; 101) bewegbar ist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinheit (20) Spannarme (20a, 20b) aufweist und einen Hydraulikkolben (22) besitzt, durch den die Spannarme (20a, 20b) beaufschlagbar sind.
  16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (51) der Spanneinrichtung (50) durch die Rotationseinheit (60) drehantreibbar ist.
  17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vorschubeinheit (40; 70) als eine hydraulisch betätigte CNC-Achse, als motorisch betriebene Gewinde- oder Gewinderollspindel-CNC-Achse oder als ein hydraulisch-mechanischer Folgekolben ausgebildet ist.
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