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Maschine mit umlaufenden Schlagbacken zum Umformen von Metallrohren
Die Erfindung betrifft eine Maschine mit umlaufenden Schlagbacken zum Umformen von
Metallrohren. Es sind bisher ähnlichen Zwecken dienende Vorrichtungen bekannt, bei
denen umlaufende Schlagbacken das Umformen bewerkstelligen, die Vorstoßweite aber
nicht einstellbar ist. Andererseits sind Vorrichtungen vorgeschlagen, die mittels
Walzen oder Kugeln auf das Werkstück einwirken, und zwar so, daß eine die Kugeln
oder Walzen aufnehmende Hohlwelle zwischen einem konischen Dorn und einer konischen
Hülse liegt und daß Dorn und Hülse zur Veränderung des Kugel- oder Walzenabstandes
gleichzeitig verschoben werden können. Diese walzend arbeitenden Maschinen ließen
jedoch die schmiedeartige Wirkung der Schlagwerkzeuge vermissen.
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Nach der Erfindung soll. die Einstellbarkeit auch bei Schlagwerkzeugen
vorgesehen werden. Die Maschine gemäß der Erfindung besitzt umlaufende Schlagbacken
zum Umformen der Rohre, die, auf einer Dornstange zugeführt, fortgeschaltet und
von den Backen bearbeitet werden, und ist durch eine Vorrichtung gekennzeichnet,
durch die die zentripetale Bewegungs- oder Vorstoßweite der Backen in bestimmten
Verhältnissen zur Fortschaltgeschwindigkeit des Rohres geändert wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
und den beiliegenden Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles.
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Es ist Abb. i ein senkrechter Längsschnitt der zur Durchführung des
Verfahrens dienenden Preßformmaschine, Abb. z eine Endansicht der Maschine, Abb.3
ein Schnitt eines Einzelteils in vergrößertem Maßstabe. Abb. 4 ist ein Schnitt nach
Linie 4-4 der Abb. 3, Abb. 5 ein Schnitt nach Linie 5-5 der Abb.3 mit fortgelassener
Antriebsscheibe. Abb. 6 zeigt im Schnitt die Arbeit der Preßbacken auf dem Dorn,
und Abb. 7 ist ein gleicher Schnitt mit einem Dorn von anderer Spitzenform.
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Die Maschine trägt im Gestell i einen Zugkopf 2, der durch eine Gewindespindel
3 vom Schmiedekopf 14 fortbewegt wird und zu dem Zwecke mit einer durch den Kolben
5 einrückbar geführten Halbmutter 4 in das Spindelgewinde eingreift. Die Bewegung
des Kolbens 5 für den Ein- und Ausrückzweck wird durch einen -Ring 6 vermittelt,
der mittels eines Handgriffs 9 um den Kolben gedreht wird und mit einem Schrägschlitz
7 an einen Zapfen 8 des Kolbens angreift. Ein Stift io im Kopfe 2 greift in das
eine Ende des auszuschmiedenden Rohres i i ein, und dieses. Rohrende wird durch
eine Verschraubung 12- gegen den Stift io festgeklemmt, so daß das Rohr i i der
Bewegung des Kopfes 2 auf der Spindel 3 folgen muß, aber natürlich jederzeit wieder
von der Schraubenklemme
gelöst werden kann. Zur Begrenzung der Bewegung
des Kopfes 2 gegen den Schmiedekopf dient ein Anschlagzapfen 13.
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Der Schmiedekopf 14 ist ein ortfester Teil, der hier mit dem Gestell
i aus einem Stück besteht. In einer Ausbohrung des Kopfes 14 sind Rollen 15 eingelagert,
die durch eine ringförmige Abschlußplatte 16 gegen Herausfallen gesichert sind.
Diese Rollen springen ein wenig in den Hohlraum, d. h. über die Innenwandung 17
des Kopfes 14, vor, um auf die Schmiedewerkzeuge zu wirken.
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Drehbeweglich im Gestell i gelagert ist eine hohle Welle 18 mit Riemenscheibe
ig für den Antrieb. Im Schmiedekopfe sitzt auf der Welle i8 eine Scheibe 2o (Abb.
3) mit Nuten 21 (Abb. 4), in denen die Werkzeuge hin und her gehen, deren jedes
aus einem an die Rollen 15 angreifenden Steuerkeil 22, einem kolbenartig arbeitenden
Preßklotz 23 und einer mit dem Pießklotz verbundenen, an das Werkstück angreifenden
Preßbacke 24 besteht. Der Preßklbtz 23 wird mit den mit ihm verbundenen Werkzeugteilen
22 und 24 in der Nut 2i durch eine Scheibe 25 gesichert, die an der Scheibe 2o befestigt
ist. Die Steuerkeile 22 sind im Preßblock in der Längsrichtung zwecks Änderung der
radialen Länge des Werkzeugs vom Steuerkeil bis zur Preßnäse 24' der Backe 24 verschiebbar,
und zwar mittels einer Schwalbenschwanzverbindung 26, und diese Verschiebung zur
Einstellung des Werkzeugs wird hier durch eine Stange 27 bewirkt, die in einer Bohrung
der Welle 18 liegt und mit einer Nase 28 in eine Ausfräsung 29 des Steuerkeils eingreift.
Die Steuerkeile 22 sind, obschon, wie erwähnt, verschiebbar, doch ohne feste Verbindung
mit anderen Teilen, die ihren Auf- und Niedergang mit dem Werkzeug unter der Wirkung
der Hammerrollen 15 verhindern könnten. Die Stangen 27 sind an einem Kopfe oder
Ringe 30 (Abb. i) befestigt, der auf der Welle verschiebbar angeordnet ist, und
die Welle 18 kann dabei zweckmäßig aus einer inneren Welle 3 1: (Abb. 3)
mit Längsnuten für die Stangen 27 und aus einer abdeckenden Hohlwelle oder
Hülse 32 bestehen, die mit der Welle 3 1 durch Zapfen 33 (Abb. 5) verbunden
ist. Die Arbeitsnase oder Fläche 24' (Abb. g, 4, 6) der schmiedenden oder pressenden
Bakken 24 ist vorzugsweise in der Längs- und Querrichtung konvex gestaltet. Ist
das zu bearbeitende Rohr zylindrisch, so kommt es auf die Längenbemessung dieser
Arbeitsfläche nicht so sehr an; soll dagegen ein konisches Rohr hergestellt werden,
so sollte die Angriffsstelle nur sehr schmal sein, damit das Werkzeug aufeinanderfolgende
Rohrstellen von verschiedenem Durchmesser gehörig einwirken kann, ohne daß dabei
die Bearbeitung der einen Stelle durch den Angriff an die folgende Stelle von anderem
Durchmesser verdorben wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Preßfläche oder
Nase 24' auch in der Längsrichtung konvex gestaltet ist.
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Die Querkurvenform bei Preßbacken bekannter Pressen der vorliegenden
Art ist gewöhnlich konkav, was auch bei gleichmäßigen Durchmessern im Werkstück
genügt. Handelt es sich aber um verschiedene Durchmesser (konische Rohre), so paßt
die Konkavität oder Höhlung nicht für die Arbeit, da ständig auf andere Durchmesser
im Werkstücke übergegangen wird. Daher sind hier die Ouerkurvenflächen konvex wie
auch die Längsschnittform und bilden mit dieser die dargestellte kugelige Arbeitsfläche
24. Die Welle 31 führt in zentraler Bohrung 34 die längsverschiebbare Dornstange
35, die am Außenende einen genuteten Bund 36 (Abb. i) trägt, durch den sie ihre
Längsbewegung erhalten kann. Das in die Preßbacken hineinragende Dornstangenende,
der eigentliche Dorn 37, ist konisch zugespitzt, so daß beim Verschieben der Dornstange
der wirksame Drechmesser des Dornes zwischen den Preßkörpern geändert wird.
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Am Gestell i ist ein Führungszapfen 38 (Abb. i und 2) von H-förmigem
Querschnitt befestigt, auf dem zwei Schlitten 39, 4o verschiebbar angeordnet sind.
- Der Schlitten 39 greift mit einem Arm 41 in die Nut 42 des Kopfes oder Ringes
30, um diesen und daher auch die Steuerkeile zwangsläufig mitzunehmen, jedoch ohne
dabei die Drehbewegung des Ringes 30 zu behindern, während der Schlitten
4o mit einem Arm 44 in die Nut 43 des Bundes 36 greift, so daß die Dornstange zwangsläufig
mit dem Schlitten 40 mitlaufen muß, ohne daß auch hier die Drehbewegung beeinträchtigt
wird.
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Die beiden Schlitten 39, 40 werden auf dem Zapfen 38 durch eine Kurventrommel
verschoben, die auf der Verlängerung 46 der Spindel 3 aufgekeilt ist. Der Schlitten
40 greift mit einem Nocken 47 in eine Nut 48 der Trommel, die so gestaltet ist,
daß die Dornstange für den Arbeitszweck hin und her geschoben wird; ebenso greift
der Schlitten 39 mit einem Nocken 49 in eine Nut So der Trommel, die so gestaltet
ist, daß die Preßwerkzeuge die erforderliche Schubbewegung empfangen. Die Nuten
48 und So verlaufen schräg zur -Trommelachse in der einen und der anderen Richtung,
um die wechselnde Bewegung der arbeitenden Werkzeuge zu verniitteln, und die Nocken
können mit Rollen ausgestattet sein.
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Der Antrieb besteht aus einer losen Riemenscheibe 5 i auf der im Gestell
gelagerten Welle 52. Ein Stift 53 (Abb. 2) in der Nabe
der Scheibe
51 greift in eine Ringnut der Welle 52, so daß die Scheibe 51 sich auf der Welle
drehen, aber nicht axial verschieben kann. Andererseits ist die Scheibennabe zu
Kupplungsklauen 54 ausgebildet, die in eine auf der Welle auf Keil verschiebbaren
Kupplungshülse 55 eingreifen, welche durch einen Hebel 56 eingerückt werden
kann, dessen Gabelende in - eine Nut 57 der sich mit der Welle drehenden Hülse 5
5 eingreift und der bei 58 am Gestell drehbeweglich gelagert ist. Die Feder 59 hält
die Kupplungsglieder 54 und 55 gewöhnlich in eingerückter Stellung.
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Auf der Welle 52 sitzt eine Schnecke 6o im, Eingriff mit einem Rade
61 der Verlängerung 46 der Spindel 3. Die Scheibe 51 erhält eine solche Drehgeschwindigkeit,
und die Transmission ist eine solche, daß bei kreisender Spindel der Zugkopf 2 mit
der erforderlichen Geschwindigkeit in der Maschine entlang geführt wird. Weiter
ist auf der Welle 52 ein Zahnrad 62 (Abb. i) aufgekeilt, das mit dem Rade 63 der
Welle 64 kämmt, die im Gestell gelagert und mit einer Schnecke 65 ausgestattet ist.
Das in die Schnecke greifende Schneckenrad 66 sitzt lose auf der Welle 46 und ist
mit der Trommel 45 fest verbunden. Die Bemessungen, Verbindungen und die Formgebung
der Teile sind so gewählt, daß die Trommel 45 und das Schnekkenrad 66 eine Umdrehung
während der Bewegung des Zugkopfs 2 auf der Spindel :2 von einer zur anderen Endstellung
ausführen.
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Um die Maschine nach Vollendung eines Zuges oder Arbeitsvorganges
automatisch zum Stillstand zu bringen, ist ein Stift 67; seitlich im Schneckenrade
66 vorgesehen. In der Kreisbahn dieses Stifts liegt die Nase 68 (Abb. i) der im
Gestell ruhenden Stange oder Welle 69, die axial verschiebbar und drehbeweglich
gelagert ist, um die Nase in die Arbeitsbahn einstellen und aus ihr entfernen zu
können. Die Feder 70 (Abb. 2) hält die Nase gewöhnlich in der Arbeitsbahn. Beim
Drehen der Stange 69 mittels ihres Handgriffs 71 wird die Nase aber entgegen dem
Federdrucke aus der Bahn ausgerückt. Wie erwähnt, wird die Kupplung 54, 55 für gewöhnlich
durch ihre Feder 59 in eingerückter Stellung gehalten. Kurz vor Beendigung des Zugvorganges
trifft aber nun der Stift 67 auf die Nase 68 und treibt die Stange 69 gegen den
Hebel 56 vor, wobei die Kupplung ausgerückt wird und damit die Bewegung der Spindel
3 aufhört. Für einen neuen Arbeitsvorgang wird danach der Handhebel 71 umgelegt,
um die Nase 68 vom Stift 67 frei zu machen, worauf die Nase 68 vom Stift zurücktritt
und ihre frühere Stellung in der Kreisbahn des Stiftes wieder einnimmt. Natürlich
kann man die Kupplung 54, 55 beliebig ein- und ausrücken, indem die Stange 69 von
Hand, beispielsweise beim Ausrücken gegen den Hebel 56 hin, verschoben wird.
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Zur Bearbeitung wird das einzelne Rohr um die Dornstange in die Hohlwelle
18 eingelegt und das Ende im Zugkopfe 2, (Abb. i, 3) befestigt, wonach der Kopf
2 gegen den Preß- oder Schmiedekopf auf der Spindel 3 eingestellt und dann die Halbmutter
4 mit der Spindel in Eingriff gebracht wird, worauf der Kopf 2 und durch ihn auch
das Rohr i i unter dein Preßwerkzeug bei laufender Maschine nach rechts in Abb.
i vom Schmiedekopf fortgezogen wird. Die Kurventromme145 ist vorher so eingestellt
worden, daß die Steuerkeile 22 sich in ihrer äußersten Linksstellung befinden und
die Dornstange in der äußersten Rechtsstellung (Abb. i, 3) liegt, wobei die Spitzen
24' der Preßbacken 24 gemäß Abb. 3 in der Ebene der Basis des konischen Dornendes
37 liegen, und wenn nun die Welle 18 mit den Preßwerkzeugen Antrieb durch die Scheibe
i9 erhält, so werden die Werkzeuge 23, 24 unter dem Druck der Rollen 15 gegen das
Werkstück gepreßt.
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Angenommen, die Nut 5o zum Steuern der Preßkeile 22 zwecks Änderung
des Vordringens der Preßbacken gegen die Rohrachse hin besitze eine solche Längsneigung
oder Steigung, daß die Preßbacken mit konstanter Geschwindigkeit vorgetrieben werden,
dann muß das Rohr i i eine gleichmäßig konische Form erhalten, da oder vorausgesetzt,
daß der Zugkopf sich ebenfalls mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, und die Steigung
oder Winkelstellung der Erzeugenden der gebildeten Kegelform entspricht dann dem
Verhältnis zwischen der Druckbewegung der Preßbacken zur Längsbewegung des Rohrs
i i.
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Die Dicke der im Schmiedekopf gebildeten Rohrwand ist gleich dem Abstande
der Preßbackenspitze 24' in ihrer Tiefststellung von der Umfläche des Dorns: Wird
daher die Steigung der Nut 48 so bemessen, daß beim Vordringen der Preßbacken die
Dornstange so bewegt wird, daß dieser Abstand zwischen den Preßbacken und dem Dorn
konstant bleibt, so erhält auch das geformte Rohr eine gleichmäßige Wandstärke.
Mit so gestalteten Nuten 48 und 50 wird somit ein Rohr von gleichmäßiger
Kegelform und gleichmäßiger Wandstärke erzeugt. Eine der Nuten oder auch beide können
gleichförmige Steigung, dem Grade nach verschiedene oder umgekehrte Steigung in
der Längsrichtung oder auch keine Steigung haben, d. h. in einer senkrecht zur Rohrachse
liegenden Ebene vorgesehen sein, so daß der Dorn und die Preßwerkzeuge mit beliebiger
Geschwindigkeit
von Null aufwärts und in beiden Richtungen in jedem
Stadium des Zugvorganges bewegt werden können.
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Man kann somit durch die besondere Formgebung der Nuten 48 und 5o
dem Rohr beliebigen Durchmesser und beliebige Wandstärke an der bearbeiteten Stelle
geben und es kegelförmig verjüngen und dahinter wieder kegelförmig ausweiten, und
zwar in gleichem oder verschiedenem Grade, dabei auch die Wandstärke gleichförmig
halten oder sie beliebig stärker oder schwächer werden lassen. Die Verwendung solcher
Kurvenführungen gewährleistet überdies eine hohe Genauigkeit in der Begrenzung der
Lage der Rohrteile und genau geformte, vorzügliche Fabrikate (Rohrkörper), namentlich
bei dünnen Rohren, wie sie beispielsweise bei Golfschlägern gebraucht werden: Die
Welle 18 mit den Preßwerkzeügen läuft schnell um. Der Vorstoß der Preßbacken unter
der Wirkung der Hammerrollen 15 beträgt nur einen Bruchteil eines Millimeters, und
das Rohr bewegt sich verhältnismäßig langsam, so daß der unter der hämmernden Backe
vorgezogene Metallüberschuß oder Wulst jederzeit nur ganz gering ist und infolge
der besonderen Form der Backenspitze 24' das gestauchte Metall zwischen Backe a4
und Dornstange 35 Platz findet, während die Backe auf den Metallwulst rückstauchend
wirkt mit dem Ergebnis, daß der ganze Metallüberschuß zurückgestaucht wird und vor
den Preßbacken der fertige Rohrteil in ebener, glatter Form und eingestellter Bemessung
herauskommt.
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Dornstange und Zugkopf sind zwangsläufig verbunden und haben daher
stets eine bestimmte Arbeitsbeziehung für die Herstellung von Rohren bestimmter
Formgebung. Damit das Rohr auch an allen Punkten seines Umfangkreises gehörig bearbeitet
werde, ist der futterartig anfassende Klemmblock 1z drehbeweglich im Zugkopfe angeordnet
und nimmt mit einem auf Kugellager laufenden Kragen 72 den Druck des auf
das Rohr ausgeübten Zuges auf. Der im ganzen Umfange des Rohrs wirkende Stoß der
Preßbacken genügt gewöhnlich, um dem Rohr die erforderliche Drehbewegung zu erteilen;
man kann dazu aber auch noch einen besonderen Antrieb vorsehen, etwa in Form eines
Schraubenrades 73 auf der Verlängerung 74 -des Blocks 1a, 'das in eine am Gestell
befestigte Zahnstange 75 eingreift, so daß zwangsläufig mit der Zugbewegung des
Zugkopfs auch der Block 12 mit dem in ihm festgespannten Rohr i i sich drehen muß.
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Mehr als vier Preßbacken sind in der dargestellten Maschine vorgesehen.
Vier Bakken, selbst zwei namentlich von konkaver Form, sind für' die Herstellung
zylindrischer Rohre, wo sie stets in gleichem Abstande von der Rohrachse bleiben,
hinreichend; wenn aber, wie hier, konische und andere nicht zylindrische Rohre erzeugt
werden sollen, so kommen die Preßbacken an den Stellen mit kleinerem Rohrdurchmesser
näher der Rohrachse als an den Rohrstellen mit größerem Durchmesser. Der Freiraum
zwischen den einzelnen Backen muß so groß sein, daß sie nicht aufeinanderstoßen,wenn
sie der Rohrachse am nächsten kommen," Bei vier oder noch weniger Backen .und bei
Rohren mit Kegelform von starker Steigung würde an den konischen Rohrstellen mit
großem Durchmesser das Metall in den Freiräumen zwischen den Preßbacken sich anstauchen
und ein mangelhaftes Produkt -erzielt werden. Daher wird hier unter Beachtung der
erforderlichen Freiräume oder Abstände zwischen den Preßbacken eine solche Anzahl
von Bakken vorgesehen, daß diese Freiräume stets zu schmal sind, als daß sie eine
Metallstauchung in sich aufkommen ließen. Beispielsweise genügen bei der Kegelform
der Hülsen oder Rohre für Golfstiele -fünf oder sechs Backen, wie dargestellt.
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Nach Abb. i werden, wie dargelegt, die Dornstange und die Steuerkeile
von zwei schieberartig oder schlittenartig geführten Teilen 30 und 36 so,
angetrieben, daß sie eine besondere, die Dice der Rohrwandung bestimmende Relativbewegung
erhalten. Sie könnten aber auch beide durch einen einzigen Schieber öder Schlitten
Antrieb empfangen, wobei die Dornoberfläche so gestaltet oder bemessen sein muß,
daß das Rohr die verlangte Wandstärke erhält. Die Wandstärke kann auch dabei allmählich
vergrößert werden, sofern eine Dornstange mit konkav ausgedrehtem Dornkegel 76 (Abb.7)
benutzt wird. Offenbar erzeugt dann eine-gegebene Axialbewegung des Dorns aus seiner
Ausgangsstellung-eine größere Änderung in der Dicke der Rohrwandung als die gleiche
Bewegung des Dorns in Abb. r.