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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel
zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird.
Es zeigen:
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1:
eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung,
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2:
eine Seitenansicht der Sektion A der 1 im vergrößerten
Maßstab,
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3:
eine Seitenansicht der Sektion B der 1 im vergrößerten
Maßstab,
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4:
eine Seitenansicht der Sektion C der 1 im vergrößerten
Maßstab,
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5:
eine Seitenansicht der Sektion D der 1 im vergrößerten
Maßstab,
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6–9: eine
schematische Darstellung des Verfahrensablaufs, und
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10:
eine schematische Darstellung eines Werkzeugkopfs einer Rundkneteinrichtung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
axiale Verschiebung der Halteeinheit 20 durch die Vorschubeinheit 40 wird
durch die Wegmesseinrichtung 11 erfasst, die einen Wegmessgeber 11a besitzt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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