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Beschreibung Verfahren und Vorrichtung zum Gewinderollen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gewinderollen. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung umfallt hierbei drei Gewinderollen. Die Erfindung ist zur Herstellung
von dünnwandigen Werkstücken, insbesondere von Halsteilen von Flaschen mit Gewindegängen,
am vorteilhaftesten anwendbar.
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Derzeit werden Gewindegänge durch spanabhebende Bearbeitung oder
durch Formung von Kunststoffmaterial hergestellt.
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Einer der spanabhebenden Vorgänge umfaßt das Schneiden der Gewindegänge
von Hand auf einer Drehbank. Dies jedoch stellt ein langsames unproduktives Verfahren
dar, das lediglich für kleine Serien günstig ist.
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Ein anderes Verfahren umfaßt das Schneiden von Gewindegängen durch
eine Schraubkluppe, die jedoch lediglich zur Herstellung von Gewindegängen geringerer
Genauigkeit brauchbar ist, wobei ferner die Oberfläche der Gewindegänge in vielen
Fällen nicht zufriedenstellend ist.
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Ferner ist das Gewindefräsen bekannt, dieses steht jedoch hinsichtlich
der Genauigkeit und Oberflächenqualität noch hinter den vorstehend erwshnten Verfahren
zur Erzeugung von Gewindegängen.
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Auch das Herstellen von Gewindegängen nach dem Gewindewirbel-Fräsverfahren
ist bekannt, dieses Verfahren weist jedoch die gleichen Nachteile wie das Gewindefräsen
auf.
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Bei der Herstellung von Gewinden ohne spanabhebende Bearbeitung wird
ein zylindrisches Werkstück zwischen gehärteten Werkzeugen gedreht, deren Außendurchmesser
geringer als der Außendurchmesser des fertiggestellten Gewindes ist. Das Werkzeug
dringt in die Oberfläche des Werkstückes ein, wobei Nuten gebildet und das Material
radial herausgedrückt werden. Auf diese Weise wird kein Metall abgearbeitet, so
daß das Verfahren ohne jeden Materialverlust arbeitet. Die verwendeten Werkzeuge
sind ebene Backen oder zylindrische Körper.
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Unter Beachtung der Genauigkeit des Gewindes ist das Verfahren unter
Anwendung ebener Backen einem eine mittlere Toleranz aufweisenden Gewindeschneidvorgang
äquivalent; das Verfahren, welches zylindrische Werkzeuge verwendet, entspricht
in der Genauigkeit einem mit geringer Toleranz arbeitenden Gewindefräsen. Während
jedoch ein geschnittenes Gewinde eine geringere Genauigkeit aufweisen kann als lediglich
bei einem Verfahren unter Anwendung eines spanabhebenden Werkzeuges, wird beim Gewinderollen
die Form des Gewindes am Werkzeug genau auf das Werkstück reproduziert und ändert
sich während der gesamten Stanizeit~des Werkzeuges nicht sehr-wesentlich. Die Form
des
Gewindes wird nicht durch eine eventuelle ungenaue Werkzeugschärfung verändert,
da eine Schärfung insgesamt nicht erforderlich ist Bei bekannten Gewinderollverkzeugen
werden drei Gewinderollen mit einem gegenseitigen Winkelabstand von 1200 verwendet.
Die Gewinderollen sind mit parallelen konzentrischen Rillen versehene wobei die
Gewinderollen gegenüber der Achse des Werkstückes um einen Winkel entsprechend der
Steigung des Gewindes geneigt sind Das Gewindeprofil der zweiten Gewinderolle ist
um ein Drittel, dasjenige der dritten Gewinderolle um zwei Drittel der Ganghöhe
gegenüber dem Gewindeprofil der ersten Rolle in Richtung der das Zentrum durchsetzenden
Längsachse verschoben.
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Beim Vergleich des Gewinderollverfahrens mit spanabhebenden Verfahren
ergeben sich nachstehende Folgerungen: Eine Kaltbearbeitung durch Rollen steigert
die Zugfestigkeit, die Scherfestigkeit und die Ermüdungsgrenze des Werkstückes.
Beim Gewinderollen werden Materialfasern nicht durchgeschnitten, , sondern diese
folgen vielmehr ohne jegliche Unterbrechung der Form des Ge79vindesc Folglich ist
im Vergleich zu spanabhebenden Verfahren das Rollen günstiger, insbesondere hinsichtlich
der Ermüdungsgrenze, die nämlich um etwa 50% höher als bei spanabhebenden Verfahren
liegt.
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Bei gerollten Gewinden ist gleich den durch eine Schneidkluppe hergestellten
Gewinden die Flanke der Gewindegänge scharf und läuft in einen Grat aus, ist also
unfallträchtig.
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Dies ergibt sich deshalb, weil das Gewinderollwerkzeug um den Steigungswinkel
versetzt gegen die Fläche des Werkstückes anliegt.
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Zur Vermeidung scharf er Kanten werden derzeit zahlreiche
Verfahren
veruzendets beispielsweise Feilen, Schleifen oder Fräsen. Am schnellsten ist natürlich
das Verfahren, bei welchem der scharfkantige Gewindeteil vollständig entfernt wird,
bis das Gewindeprofil seinen vollen Querschnitt erreicht hat.
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Dies könnte allgemein auf einer Fräsnaschine erreicht werden, indem
die Gewindespindel in eine geeignete Mutter geschraubt wird, wobei diese zwischenzeitlich
einem geeignet gewählten Fräskopf am Ende der- Spindel zugeführt wird und auf diese
Weise der unerwünschte, einen Grat aufweisende Gewindeteil entfernt würde. Diese
und ähnliche Verfahren sind ziemlich beschwerlich, benötigen eine gesonderte Einspannung,
sind ungenau und erzielen auch-nicht eine zufriedenstellende Oberflächenqualität.
Eine Entfernung der Gratteile, das heißt eine Vermeidung scharfkantiger Teile ist
jedoch in vielen Fällen erforderlich, insbesondere dann, wenn mit dem Werkstück
zusammenwirkende Teile aus Kunststoffnaterial in Einpassung zu mit Gewinde versehenen
Metallteilen zu bringen sind. In diesen Fällen sind insbesondere Kunststoffe leicht
zerstörbar.
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Bei gegenwärtig verwendeten Werkzeugen zur Verminderung des scharfkantigen
Auslaufens des Gewindes ist das Gewindeprofil konisch abgestumpft. Ein Nachteil
dieses Verfahrens liegt darin, daß die hierbei entstehende abgestumpfte Gewindekante
schwierig in das material eindringt, so daß die Verformbarkeit des Materiales ungünstig
wird, wobei die Verformung eine hohe Kraft erfordert und die Oberfläche des Gewindes
roh und geschichtet ausfällt.
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Gemäß einem bekannten Verfahren wird der Flankenwinkel der ersten
Preßrippe der Gewinderolle größer gewählt. Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt
darin, daß die Herstellung derartiger Preßrippen schwierig ist, insbesondere bezüglich
des Schleifens der PreBrippen, da die Form des Schleifsteines entsprechend den Preßrippen
geändert werden sollte.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens,
durch
welches mittels eines Rollvorganges an dünnwandigen tWierdstücken, insbesondere
am Hals von Flaschen, Gewindegänge erzeugt werden sollen, -wobei- das Auslaufen
des Gewindes lediglich eine Drehung erfordern sollte, während der zusätzliche bisher
verwendete Vorgang zur Entfernung der scharfen Kante des Gewindeanfanges weggelassen
werden kann. Die Erfindungsaufgabe umfaßt auch die Schaffung eines Werkzeuges zur
Durchführung eines derartigen Verfahrens.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Gewinderollen, wobei
ein zylindrisches Werkstück einen geringeren Außendurchmesser als das fertiggestellte
Gewinde aufweist, unter Anwendung dreier winklig zueinander versetzter Gewinderollen,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß nach dem Rollen des Gewindes im gleichen
Arbeitsvorgang der Beginn des hergestellten Gewindes durch einen zylindrischen Abschnitt,
der an der letzten beziehungsweise nachlaufenden Gewinderolle ausgebildet ist, auf
den Kerndurchmesser zusammengequetscht wird, vorzugsweise auf einen um 0,1 mm geringeren
Durchmesser.
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Hierdurch wird der Gewindeanfangsteil entsprechend dem Durchmesser
des zylindrischen Teiles der Rolle abgestumpft. Nach Erreichen der gewünschten Gewindelänge
wird die Maschine in Umkehrrichtung betrieben, wobei die zurücklaufenden Rollen
das Gewinde kalibrieren.
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Am Werkzeug, welches die im Abstand von 120° versetzten drei Gewinderollen
aufweist, ist zuletzt hinter den die vollständigen Profile aufweisenden Ringen ein
zylindrischer Abschnitt gebildet, dessen Durchmesser dv vorzugsweise um einen Faktor
0,2 bis 0,4 der Gewindetiefe größer als der Durchmesser d der arbeitenden Gewinderolle
ist. Die Axiallänge c des zylindrischen Teiles beträgt vorzugsweise das 1,5 bis
2-fache der Ganghöhe h.
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Erfindungsgemäß ist vorzugsweise der Außendurchmesser
der
ersten Preßrippe reduziert, wodurch - während der Flankenwinkel unverändert gehalten
wird - die Ganghöhe zwischen der ersten und zweiten Preßrippe am Kerndurchmesser
der Gewinderolle gesteigert wird. Durch dieses Verfahren wird einerseits die Gewindeflanke
nicht abgestumpft und das Gewindeprofil nicht geändert, während andererseits eine
an sich überflüssige Formung des Materiales vermieden wird. Die gesamte Gangtiefe
des zu rollenden Gewindes ist zwischen den Gewinderollen aufgeteilt, was unterschiedliche
Durchmesser der ersten Preßrippen an allen drei Rollen bedingt Das Profil der ersten
Preßrippe wird demgemäß verschoben, indem der Außendurchmesser reduziert wird; dies
wird an den drei Gewinderollen stufenweise erzielt, so daß man tatsächlich drei
Anfangspreßrippen hat, welche jedoch innerhalb einer Drehung angeordnet und auf
drei Gewinderollen verteilt sind.
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Daher wird das Auslaufen des Gewindes auf lediglich eine Drehung
reduziert, da lediglich die ersten Preßrippen der Gewinderollen reduzierte Durchmesser
aufweisen.
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Um hohle Werkstücke konzentrisch zwischen den Preßrippen der Gewinderollen,
das heißt zwischen den letzteren, zu lagern, ist zweckmäßigerweise ein Lagerstift
vorgesehen, welcher auch eine Deformation dünnwandiger Werkstücke verhindern soll.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert.
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Hierbei sind: Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer ersten von drei
gegeneinander winklig versetzten C-ePinderollen, welche Bestandteile einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung bilden, im Axialschnitt, Figur 1a ein Ausschnitt von Figur 1 in demgegenüber
vergrößerter Darstellung zur Veranschaulichung eines Außengewindes der Rolle, Figur
2 ein Ausführungsbeispiel einer zweiten der drei in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
entlialtenen Gewinderollen, ebenfalls im Axialschnitt, Figur 2a ein Ausschnitt von
Figur 2 in demgegenüber vergrößerter Darstellung Figur 3 ein Ausführung s beispiel
einer dritten der drei in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthalt tenen Gewinderollen,
ebenfalls im Axialschnitt und Figur 3a ein Ausschnitt von Figur 3 in demgegenüber
vergrößerter Darstellung.
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Gemäß den Figuren 1 und 1a weist die gerillte-Außenfläche einer dort
veranschaulichten Gewinderolle I an ihrem linken Ende im Bereich der ersten ringförmigen
Preßrippe einen reduzierten Außendurchmesser d5 auf, der kleiner als der Außendurchmesser
d der Pre r ippen im axial mittleren Teil der Gewinderolle I ist. Der Kerndurchmesser
dc im Bereich des Außendurchmessers d5 ist kleiner als der -Kerndurchmesser dm im
axial mittleren Teil-der Gewinderolle I. Folglich ist die Ganghöhe h5 größer und
die Ganghöhe h6 kleiner als die Ganghöhe h im axialmittleren Teil der Gewinderolle
1, welchletztere gleich der Ganghöhe des zu rollenden Gewindes ist.
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Folglich zeigen die Preßrippen im axialmittleren Teil der Gewinderolle
I einen mittleren Durchmesser dk und einen Flankenwinkel C(. Das Rollen des Gewindes
wird durch die Gewinderolle I begonnen.
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Diesem Vorgang folgt ein Bearbeitungsvorgang durch eine Gewinderolle
II genäß den Figuren 2 und 2a. Die erste (äußerst linke) Preßrippe dieser Gewinderolle
II ist ebenfalls mit einem reduzierten Außendurchmesser versehen, jedoch ist die
Gewinderolle II gegenüber der Gewinderolle I um einen Wert b entsprechend angenähert
einem Drittel der Ganghöhe h axial verschoben, was der Winkelversetzung der drei
Gewinderollen um 1200 entspricht. Im Vergleich zu der Gewinderolle I ist der Außendurchmesser
dl im Bereich der ersten Preßrippe der Gewinderolle II größer als der Außendurchmesser
d5 der Gewinderolle I; auch ist der Innendurchmesser d2 der Gewinderolle I größer
als der entsprechende Innendurchmesser dc der Gewinderolle I. Dies bedeutet, daß
die erste Preßrippe der Gewinderolle II tiefer in das zu rollende Gewinde eindringt
als diejenige der Rolle I, so daß eine Versetzung bei der Drehung der drei Gewinderollen
bewirkt wird.
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Bei der Gewinderolle II ist analog wie bei der Gewinderolle I die
Ganghöhe h zwischen den maximale Durchmesser aufweisenden mittleren Preßrippen kleiner
als die Ganghöhe hl und größer als die Ganghöhe h2. Die Abweichungen im Durchmesser
zwischen der ersten Preßrippe der Gewinderolle II und den maximale Durchmesser aufweisenden
Preßrippen sind jedoch kleiner als an der Gewinderolle I; auch weichen die Ganghöhen
h1 und h2, die hoben erwähnt wurden, in geringerem Ausmaß von der Ganghöhe h ab.
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Schließlich ist an der Gewinderolle III (Figuren 3 und 3a) die erste
Preßrippe axial um einen Wert a entsprechend etwa zwei Dritteln der Ganghöhe h verschoben.
Der Außendurchmesser d4
der-ersten Preßrippe ist größer als der
Außendurchmesser dl der ersten Preßrippe der Gewinderolle II; der Innendurchmesser
d3 ist größer als der Innendurchmesser d2 der Gewinderolle II. Demgemäß sind die
Ganghöhe h zwischen den Preßrippen maximalen Außendurchmessers und die Ganghöhe
h3 des ersten Ringes - obgleich letztere gröBer als die Ganghöhe h ist - geringer
als die Ganghöhe h1 der Gewinderolle II; die Ganghöhe h4 der ersten Preßrippe -
obgleich kleiner als die Steigung h - ist größer als die Ganghöhe h2 der Gewinderolle
II.
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An der Gewinderolle III ist in Nachfolge zu den Preßrippen maximalen
Durchmessers ein glatter zylindrischer Teil von der axialen Länge c und-vom-Durchmesser
d ausgebildet, um in der v Anfangsdrehung eine Zusammenquetschung zu erzielen. Die
Abmessung dv ist 0,2 bis 0,4 Gewindetiefen größer als der Außendurchmesser d; die
Länge c entspricht der 1,5- bis 2-fachen Gewindesteigung.
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Als Beispiel der Abmessungen der drei verwendeten Gewinderollen zur
Erzeugung des Gewindes am Hals einer "Autosiphon"-Blasche ist die nachfolgende Zusammenstellung
gegeben:
Gewinderolle I d = 48,058 mm (an allen drei Gewinderollen
1, II und III gleich) dk = 46,25 mm (an allen drei Gewinderollen I, II und III gleich)
dm = 44,55 mm (an allen drei Gewinderollen I, II und III gleich) h = 2,822 mm (an
allen drei Gewinderollen I, II und III gleich dc = 44,20 mm d5 = 47,358 mm h5 =
2,913 mm h6 = 2,64 mm
Gewinderolle II d2 = 44,35 mm d1 = 47,658
mm h1 = 2,874 mm h2 = 29718 mm b =. 0,901 mm Gewinderolle III d3 = 44,45 mm d4 =
47,858 mm h3 = 2,848 mm h4 = 2,77 mm s = 1,815 mm dv = 48,3 mm c = 4,142 mm Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dem zugehörigen Werkzeug hergestellte Gewinde
sind frei von Graten beziehungsweise scharfen Gewindegängen am Beginn, wobei die-Gewinde
in lediglich einer einzigen' Drehung auslaufen. Dadurch können beispielsweise Gewindegänge
an Flaschenhälsen gut hergestellt werden, insbesondere wenn eine Zusammenwirkung
derartiger Gewinde mit Kunststoffgegenteilen vorgesehen ist. Es versteht sich, daß
der Erfindungsgegenstand auch zur Bearbeitung anderer Werkstücke anwendbar ist.
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Patent an sprüche