DE4138126A1

DE4138126A1 - Werkzeug zur spanlosen herstellung von aussen- oder innenkonturen an werkstuecken

Info

Publication number: DE4138126A1
Application number: DE4138126A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dietrich; Stefan Schmidt
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1991-11-19
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1993-05-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zur span losen Herstellung von Außen- oder Innenkonturen an Werkstücken und insbesondere von Außen- oder Innenge winden.

Außen- oder Innengewinde werden derzeit im wesentlichen gerollt, gedrückt, geschnitten oder gegossen.

Dabei eignet sich das Gewinderollen hauptsächlich für massive Werkstücke, wobei es eine hohe Kaltverfestigung und einen ununterbrochenen Faserverlauf bei geringer Bearbeitungsdauer bewirkt.

Das Gewindedrücken eignet sich im wesentlichen für dünnwandige, rotationssymmetrische Teile, vorzugsweise aus Aluminium. Mit zwei profilierten Rollen, von denen eine fest angeordnet und die andere zustellbar ist, wird das Gewinde durch Durchdrücken des dünnwandigen Teiles zwischen den Rollen erzeugt. Dabei muß das Teil jedoch rotieren.

Das Gewindeschneiden ist nur bei ausreichenden Mate rialstärken geeignet und erzeugt einen unterbrochenen Faserverlauf bei großer Bearbeitungsdauer.

Letztlich ist das Gießen eines Gewindes sehr aufwendig; dennoch ergibt sich eine oft nicht ausreichende Genau igkeit bei sehr hoher Bearbeitungsdauer.

Aus der DE 32 00 755 A1 ist ein Werkzeug zur spanlosen Herstellung von Innengewinden bekannt, von dem bei der Bildung des Oberbegriffs des Anspruchs 2 ausgegangen wird. Dieses bekannte Werkzeug weist zwei Segmente auf, die in einem Grundzustand derart angeordnet sind, daß sie in das rohrförmige Werkstück einführbar sind. Ein Spreizelement überführt die Segmente durch eine Bewe gung in Radialrichtung in einen Eingriffszustand, in dem die Segmente an dem rohrförmigen Bauteil derart angedrückt werden, daß sie das Gewinde (teilweise) formen.

Dieses bekannte gattungsgemäße Werkzeug hat jedoch den Nachteil, daß mit ihm nicht ohne weiteres technisch nutzbare Innengewinde hergestellt werden können: Insbesondere erhält man mit diesem Werkzeug, wenn es beim Einsatz nicht gedreht und verschoben wird, kein vollständiges Gewinde, da zwischen den Segmenten Lücken vorhanden sind. Somit kann in das mit diesem Werkzeug ohne zusätzliche Bearbeitungsvorgänge hergestellte Innengewinde keine Schraube eingedreht werden kann.

Folgerichtig ist in der DE 32 00 755 A1 angegeben, daß zum Einprägen eines vollständigen Gewindes das Werkzeug um ca. 90° gedreht und zusätzlich um eine viertel Stei gung linear verschoben wird. Dies erhöht aber nicht nur den Fertigungsaufwand, sondern kann auch zu Fertigungs fehlern führen. Darüber hinaus wird der Verschleiß des Werkzeugs erhöht.

Wohl aus diesem Grunde hat das aus der DE 32 00 755 A1 bekannte Werkzeug keine weitergehende Bedeutung erlangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zur spanlosen Herstellung von Außen- oder Innenkontu ren an Werkstücken und insbesondere von Außen- oder Innengewinden anzugeben, das bei kurzer Bearbeitungs dauer die Herstellung beispielsweise von "in sich ge schlossenen", d. h. rundumlaufenden Konturen und insbe sondere von Gewinden mit hoher Genauigkeit und Oberflä chengüte erlaubt, ohne daß das Werkzeug schnell ver schleißen würde.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Herstellung von Außenkonturen durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für die Herstellung von Innenkonturen durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Werkzeug zur spanlosen Herstellung von Außenkonturen an Werkstücken und insbesondere von Außengewinden, weist mehrere Werkzeugelemente auf, die in einem Grundzustand derart angeordnet sind, daß in sie das Werkstück einführbar ist. Ein Spreizelement überführt die Werkzeugelemente durch eine Bewegung im wesentlichen in Radialrichtung in einen Eingriffszu stand, in dem die Werkzeugelemente an dem Werkstück derart angedrückt werden, daß sie ohne Zwischenraum aneinander anschließen und die gewünschte Kontur for men.

Entsprechend weist das erfindungsgemäße Werkzeug zur spanlosen Herstellung von Innenkonturen an Ausnehmungen in Werkstücken und insbesondere von Innengewinden, mehrere Werkzeugelemente auf, die in einem Grundzustand derart angeordnet sind, daß sie in die Ausnehmung des Werkstücks bzw. in ein rohrförmiges Werkstück ein führbar sind. Ein Spreizelement überführt die Werkzeug elemente durch eine Bewegung im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks bzw. in Radialrichtung in einen Eingriffszustand, in dem die Werkzeugelemente an dem rohrförmigen Werkstück derart angedrückt werden, daß sie die gewünschte Kontur formen.

Erfindungsgemäß sind dabei wenigstens drei Werkzeugele mente vorgesehen, die im Eingriffszustand so angeordnet sind, daß sie ohne Zwischenraum aneinander anschließen.

Hierbei sind selbstverständlich die Werkzeugelemente an ihrer Eingriffsfläche mit einer Kontur versehen, die komplementär zu der gewünschten Innenkontur ist.

Die Kontur der jeweiligen Eingriffsflächen muß nicht notwendigerweise so ausgebildet sein, daß ein Gewinde hergestellt wird. Vielmehr können die Werkzeugelemente anstelle eines Gewindes auch mit einer anderen (auch ungleichmäßigen) Form versehen werden, so daß belie bige Innen- oder Außenkonturen erzeugt werden können. Diese Konturen können - wenn gefordert - einen ge schlossenen Kreis (360°) ergeben.

Selbstverständlich ist es gemäß Anspruch 9 aber auch möglich, daß die einzelnen Werkzeugelemente an ihrer Eingriffsfläche mit jeweils unterschiedlichen Konturen versehen sind. Damit ist es beispielsweise möglich, ein Gewinde lediglich über einen Teil des Umfangs einzu bringen, und das Material des Werkstücks in dem Teil des Umfangs, in den kein Gewinde eingebracht werden soll, "hinter den Gewindeboden" zurückzudrücken.

In jedem Falle können sehr dünnwandige, kaltverformbare Werkstoffe ohne Trennung des Faserverlaufs und einer großen Kaltverfestigung bearbeitet werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, Dichtflächen einzuarbeiten bzw. schon erzeugte Dichtflächen zu kalibrieren oder vor einer möglichen Beschädigung zu schützen. Auch können die Elemente nicht nur eine Linearbewegung, sondern auch eine aus mehreren Linearbewegungen zusam mengesetzte Bewegung ausführen. Dabei erfordert das erfindungsgemäße Werkzeug keine rotierenden Werkzeug elemente oder Gegenhalter, d. h., es werden einfache Anforderungen an die Antriebe gestellt.

Damit können mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Werkzeug mit einfachen Maschinen Gewinde hergestellt werden, wobei die Standzeiten der Werkzeuge groß sind.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1a einen Längsschnitt, und

Fig. 1b und 1c einen Querschnitt durch ein erstes Aus führungsbeispiel,

Fig. 2a bis 2c entsprechende Darstellungen für eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3a bis 3d entsprechende Darstellung für eine wei tere Variante des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein zweites Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 5a einen Längsschnitt, und

Fig. 5b und 5c einen Querschnitt durch ein drittes Aus führungsbeispiel,

Fig. 6 ein Werkzeug mit der zusätzlichen Möglichkeit der Herstellung von Dichtflächen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Werkzeugen für die Herstellung von Innengewinden beschrieben. Die erfindungsgemäßen Grundgedanken lassen sich entspre chend auch auf Werkzeuge für die Herstellung von Außen gewinden übertragen.

Weiterhin sind in den folgenden Figuren jeweils gleiche oder entsprechende Teile mit folgenden Bezugszeichen

1 Werkzeugelement(e)
1.1 voreilendes Werkzeugelement
1.2 nacheilendes Werkzeugelement
2 Führungsplatte(n)
2.1 keilförmige Hilfselemente
3 Keil/Konus
4 Rückführelement
5 Gegenhalter (teilbar)
6 zu bearbeitendes Werkstück
7 Element zum Formen/Erhalten einer Dichtlippe

bezeichnet, so daß auf eine erneute Vorstellung ver zichtet wird, und lediglich die Abweichungen der in diesen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele ge genüber dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert wer den:

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfin dung, das vier vorauseilende Werkzeugelemente (Hauptelemente) 1.1 mit einer Gewindestruktur auf der Außenfläche und vier nacheilende Werkzeugelemente (Ne benelemente) 1.2 aufweist, die ebenfalls mit einer Gewindestruktur versehen sind. Die Werkzeugelemente 1.1 und 1.2 haben jeweils die Form von Kreissegmenten. Die Hauptelemente 1.1 sind durch eine Deckel- und Boden platte 2 mit Stiften und Langlöchern in den Hauptele menten oder durch sonstige geeignete Führungssysteme geführt. Die Nebenelemente 1.2 sind durch ineinander greifende Führungen mit den Hauptelementen 1.3 und einem Außenkonus 3 verbunden, so daß eine Zwangs rückführung entsteht. Ferner sind ein teilbarer Außen ring 5 mit oder ohne Gewindestruktur sowie ein kreuz förmiger Ausfahrkonus 3 mit oder ohne ineinandergrei fenden Führungen für die Nebenelemente 1.2 vorgesehen.

Im folgenden soll die Funktionsweise dieses Werkzeugs erläutert werden:

Zunächst wird der Außenring 5 auf einen vorgeformten zylindrischen Abschnitt eines Werkstückes 6 aufgesetzt. (Fig. 1b) Durch Einschieben des Ausfahrkonus 3 werden die Hauptelemente 1.1 durch die Nebenelemente 1.2 aus geschoben und erzeugen das Gewinde (Fig. 1c). Durch das Zurückführen des Konus 3 werden die Elemente 1.1 und 1.2 rückgestellt (Fig. 1b). Abschließend wird das Werk zeug ausgefahren und der Außenring 5 abgenommen.

Durch eine entsprechende Außengestaltung von Haupt- und Nebenelementen kann also ein vollständig umlaufendes Gewinde erzeugt werden. Die Elemente sind dabei so ausgestaltet, daß sie ausgehend von einer Ausgangslage (Durchmesser kleiner als Gewindekerndurchmesser) eine Endlage erreichen, in welcher sie ein vollständiges Gewinde erzeugen, d. h. eine Endlage, in der zwischen den einzelnen Segmenten im ausgefahrenen Zustand keine Spalte vorhanden sind.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen Fig. 1 entsprechende Darstel lungen für eine Variante des ersten Ausführungsbei spiels, das sich von dem in Fig. 1 dargestellten Bei spiel dadurch unterscheidet, daß anstelle von vier Werkzeugelementen (Hauptelemente) 1.1 mit einer Gewin destruktur auf der Außenfläche und vier nacheilenden Werkzeugelementen (Nebenelemente) 1.2 jeweils drei Elemente vorhanden sind. Entsprechend ist ein sechsec kiger Ausfahrkonus 3 vorgesehen.

Die weitere Ausbildung und die Funktionsweise entspre chen dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 3a zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Variante des ersten Ausführungsbeispiels; die Fig. 3a bis 3d zeigen entsprechende Querschnitte, wobei Fig. 3d eine Modifikation der in den Fig. 3b und 3c dargestell ten Ausbildung zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden je drei Haupt- und Nebenelemente 1.1 bzw. 1.2 aus einem Grundzustand linear nach außen bewegt und erzeugen ein vollständig umlaufendes Gewinde (Fig. 3c). Ein "Zwischenschritt" ist in Fig. 3b dargestellt. Be züglich weiterer Einzelheiten wird auf die Zeichnung verwiesen.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem zwei als Kreisabschnitte ausgebildete Hauptelemente 1.1 einseitig drehbar gelagert und durch ein Nebenele ment 1.2 auf Kreisbahnen nach außen bewegt werden. Der Vorgang kann auch als Spreizvorgang zweier "Backen" betrachtet werden.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem lediglich auf jedem zweiten Segment eine Gewindekontur vorgesehen ist. Die Segmente ohne Gewindekontur werden über die Außenkontur der Segmente mit Gewindekontur "vorgefahren", so daß das Material des Werkstücks in dem Teil des Umfangs, in den kein Gewinde eingebracht werden soll, "hinter den Gewindeboden" zurückgedrückt wird (Fig. 5c).

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei durch eine entsprechende Ausgestaltung der Werkzeugelemente im Bereich des Gewindes eine Dichtfläche erzeugt werden kann. Eine Dichtfläche ist dann vorzusehen, wenn in das zu erzeugende Gewinde ein Verschließmittel mit Dicht funktion eingebracht werden soll. Diese Dichtfläche kann sowohl bei Außen- als auch bei Innengewinden durch die Werkzeugelemente und/oder zusätzliche formunter stützende bzw. formerzeugende Hilfselemente 7 erzeugt werden.

Werden beim Erzeugen der Dichtfläche Hinterschneidungen erzeugt, so sind teilbare Gegenhalter 5 einzusetzen.

Anstelle dem Ausfahren der Werkzeugelemente durch einen konusförmigen Dorn, der senkrecht zur Ausfahr bewegung der Werkzeugelemente bewegt wird, wie er bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wird, können selbstverständlich auch andere Ausfahrmechanis men verwendet werden:

Ausfahrnocken

Hierbei wird eine exzentrisch gelagerte Kreisscheibe oder eine Kurvenscheibe gedreht und führt damit die Werkzeugelemente nach außen. Der Nocken kann auch in einer besonderen Kurvenform ausgebildet sein, um eine gezielte Umformung bzw. Krafteinwirkung zu ermöglichen.

Hebelmechanismus

Das Ausfahren der Werkzeugelemente kann auch durch einen Hebelmechanismus erfolgen, z. B. Knickhebelprin zip. Hierbei ergibt sich eine Zwangsrückführung.

Ausfahrkeil

Die Werkzeugelemente werden durch eine z. B. radiale Bewegung eines Keiles ausgefahren.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist als Führungssystem Außenführung der Werkzeugelemen te verwendet worden. Hierbei werden die Werkzeugelemen te durch eine unten bzw. oben angeordnete Platte oder beidseitig angeordnete Platten 2 mit integrierten line aren Führungselementen geführt. Als Führungselemente können Schienen verschiedener Form sowie Kugel- oder Stiftführungen eingesetzt werden.

Selbstverständlich kann auch eine innengelegene Werk zeugführung verwendet werden. Hierbei werden lineare Führungselemente in die Werkzeugelemente integriert. Die Führungselemente können als Platten mit Führungs schienen in verschiedenen Formen oder als Stiftführun gen ausgeführt werden.

Weiterhin können auch Radial- oder Axiallager verwendet werden. Derartige Lager werden insbesondere bei Hebel systemen eingesetzt und ersetzen die linearen Führungs elemente.

Als Rückstellmechanismus für Werkzeugelemente können insbesondere Federrückstellungen 4 eingesetzt werden. Hierbei können Federn in den verschiedenen Formen, wie z. B.

- Blattfeder
- Zugfeder
- Druckfeder

welche auf jedes Element einzeln wirken, eingesetzt werden. Die zweite Möglichkeit der Federrückstellung kann als elastisches Band ausgebildet sein (z. B. Spi ralfeder), welches auf alle beteiligten Werkzeugelemen te gleichzeitig wirkt.

Die Zwangsrückführung kann durch einen Hebelmechanis mus, welcher das Aus- und Einfahren der Werkzeugelemen te bewirkt, erzeugt werden. Eine weitere Möglichkeit der Zwangsrückstellung kann durch ineinandergreifende Führungssysteme sowohl in den Werkzeugelementen als auch in einem Ausfahrkonus oder Keil erfolgen. Dadurch werden die Werkzeugelemente beim Rückhub des Aus fahrkonus zwangsweise wieder eingefahren.

Claims

1. Werkzeug zur spanlosen Herstellung von Außenkontu ren an Werkstücken und insbesondere von Außengewinden, mit mehreren Werkzeugelementen, die in einem Grundzu stand derart angeordnet sind, daß in sie das Werkstück einführbar ist, und einem Spreizelement, das die Werkzeugelemente durch eine Bewegung im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche bzw. in Radialrichtung in einen Eingriffszustand über führt, in dem die Werkzeugelemente an dem Werkstück derart angedrückt werden, daß sie ohne Zwischenraum aneinander anschließen die gewünschte Kontur formen.

2. Werkzeug zur spanlosen Herstellung von Innenkon turen an Ausnehmungen in Werkstücken und insbesondere von Innengewinden,
mit mehreren Werkzeugelementen (1), die in einem Grund zustand derart angeordnet sind, daß sie in das Werk stück (6) einführbar sind, und
einem Spreizelement (3), das die Werkzeugelemente durch eine Bewegung im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks bzw. in Radialrichtung in einen Ein griffszustand überführt, in dem die Werkzeugelemente an dem Werkstück derart angedrückt werden, daß sie die gewünschte Kontur formen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Werkzeug elemente vorgesehen sind, die im Eingriffszustand so angeordnet sind, daß sie ohne Zwischenraum aneinander anschließen.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug wenigstens zwei vorauseilende Werkzeugelemente (1.1) und zwei nacheilende Werkzeugelemente (1.2) aufweist, die im Grundzustand innerhalb der Außenkontur der vorauseilen den Werkzeugelemente angeordnet sind.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizelement einen Ausfahrmechanismus und eine Führung für die Werkzeug elemente aufweist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfahrmechanismus ein Ausfahrnocken, ein Hebelmechanismus oder ein Ausfahr keil bzw. -konus ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung eine Außen- oder Innenführung ist, die eine lineare oder eine aus mehreren Linearbewegungen zusammengesetzte Bewegung ermöglicht.

7. Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung Radial- oder Axiallager aufweist.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizelement einen Rückstellmechanismus aufweist.

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugelemente an ihrer Eingriffsfläche mit unterschiedlichen Konturen versehen sind.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mit im Ein griff befindlichen Werkzeugelementen auch als Werk stück-Halter für weitere Bearbeitungsvorgänge ein setzbar ist.

11. Werkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bearbeitung dünn wandiger Werkstückteile (6) ein Gegenelement (5) einge setzt wird.