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Maschine zum Walzelt von Gewindebolzen Das Einwalzen von Gewinde in
Schraubenbolzen und andere zylindrische Werkstücke wird zur Zeit in der Weise vorgenommen,
daß man das zylindrische Werkstück durch zwei gegenläufig hin und her bewegliche
Walzbacken hindurchfährt, die mit einer geradlinigen, in Profil und Neigung dem
Profil und dem Steigungswinkel des anzuwalzenden Gewindes entsprechenden Querriffelung
versehen sind, und von denen gewöhnlich die eine feststeht, die andere eine hin
und her gehende Bewegung vollführt. Hierbei werden die Werkstücke in der einen Endstellung
der 'N\"alzbacken zwischen die am T:inbringungsende demWerkstückdurchmesser entsprechend
divergierenden Backen gebracht, so daß sie beim Vorgang der beweglichen Walzbacke
auf den beiden Backenflächen abrollen und eine Materialverdrängung erleiden, welche
die gewünschte Gewindeproiilieruiig ergibt, die nach wesentlich einer einmaligen
Abrollung des Werkstückutnfanges durchgeführt ist. Die Zuführung . eines neuen Werkstückes
erfolgt bei diesen V`alzvorrichtungen. sowie die bewegliche Walzbacke in ihre -\VerkstückaufnahmesteIIung
zurückgegangen ist.
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Dieser Rückhub ist von Nachteil, weil er ein mit Zeitverlust verbundener
Leerhub ist. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Gewindewalzung besteht darin,
daß immer nur die gleichen am vorderen oder Angriffsende liegenden Teile der Backen
für den wirklichen Walzprozeß lierangezogeii werden, so daß die an sich teuren Werkzeuge
ungleichmäßig beansprucht werden und sich ungleichmäßig abnutzen; es bereitet ferner
erhebliche Schwierigkeiten, derartige Backen in der Maschine genau ein- oder nachzustellen.
Da weiterhin die Materialverdrängung praktisch während einer einzigen Umdrehung
des Werkstückes um die eigene Achse erfolgt, muß die ZValzung unter Aufwendung sehr
erheblicher Bearbeitungsdrucke durchgeführt werden, die das Werkzeug und die ganze
-Maschine erheblich beanspruchen und abnutzen und die Durchmessergrößen der durch
Walzung überhaupt herzustellenden Gewindebolzen erheblich nach unten herabdrücken.
Trotzdem ist der Hub der beweglichen Walzbacke, da das Werkstück eine reine Abwälzbewegung
auf der feststehenden Walzbacke ausführt, relativ groß, desgleichen die lineare
Verschiebung des jVerkstückes, da sich der ZVerkstücksmittelpunkt um einen der Länge
des Werkstückumfanges entsprechenden `Veg verlagern muß, wenn das Werkstück sich
bei seiner Abrollung auf der feststehenden -#Valzbacke einmal um sich selbst dreht.
Endlich wird das mit gerade ausgebildeten '\Valzbacken hergestellte Gewinde durch
die beim Härten auftretenden Verzichungen und Verwerfungen der Werkzeuge ungünstig
bceinflußt, da es bisher nicht möglich war, diese unvermeidlichen Änderungen der
Werkzeuge durch Schleifen oder sonstwie zu beseitigen.
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lIan hat deshalb auch schon vorgeschlagen, das An walzen des Gewindes
mit Hilfe zylindrischer Walzen vorzunehmen, welche ain
ihrem äußeren
Umfang mit einer Walzgewindeprotilierung versehen sind, die das Spiegelbild des
anzuwalzenden Gewindes ist und diesem auch hinsichtlichderSteigung entspricht. ZVenu
man derartig prolilierte Gewindewalzen mit ihren Achsen parallel stehend so anordnet,
daß die von den Flankendurchmessern beschriebenen Zylinder einen Spalt festlegen,
der an der engsten Stelle init dein Flankendurchmesser des zu walzenden Gewindes
übereinstimmt, und wenn man diese J)ciden Walzen gleichsinnig, aber mit verschiedenen
Umlaufsgeschwindigkeiten antreibt, so kann sich ein zwischen sie eingeführtes Werkstück
auf beiden Walzprofilen gleichzeitig abrollen, so daß das Gewinde mit der gewünschten
Allmählichkeit aasgewalzt wird- Dabei ist allerdings wesentlich; daß im Augenblick
des, Ersteingriffes des «'erkstückes mit den beiden zen diese bezüglich der zur
Erstanlage gelangenden Teile der Walzenpro hlierung genau Zahn auf Lücke stehen,
da sonst ein einwandfreies Gewinde nicht zu entstehen vermag. U%enn diese Bedingung
erfüllt ist, kann man es bei geeignet großer Durchmesserbemessung der zylindrischen
Walzen und durch geeignete Bemessung der Umfangsgeschwindigkeiten beider Walzen
erreichen, daß das Merkstück längs des relativ kleinen linearen Vorschubweges zwischen
seiner Stellung erstmaligen Angriffes und dem engsten, durch die gemeinsame Mittelebene
beider «'filzen bestimmten Durchgangsquerschnitt mehrere Male auf beiden Walzenumfängen
abrollt, so daß das Gewinde allmählich eingearbeitet wird und die Walzen nicht übermäßig
beansprucht werden müssen. Diese Stetigkeit und Allmählichkeit der Werkstoffverdrängung
ist namentlich beim Kaltwalzen von Gewinde an sich äußerst erwünscht, da bei zu
plötzlicher Materialverdrängung sonst unter Umständen vom Kaltwalzen zum Warmwalzen
übergegangen werden muß, von denen das letztere die Einhaltung so enger Toleranzen,
. wie das Kaltwalzen, nicht ermöglicht.
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Anderseits haben sich aber derartige zylindrische Gewindewalzen, obwohl
ihnen neben der Möglichkeit, die '-flaterialverdrängung trotz eines verhältnismäßig
kleinen linearen Walzweges unter mehrfacher Abrollung auf den Walzumfängen allmählich
vorzunehmen, noch der weitere Vorteil anhaftet, daß bei ihnen die Bewegungsrichtung
niemals umgekehrt werden muß, in der Praxis nicht durchsetzen können, weil man bisher
nicht daran gedacht hat, derartige Gewindewalzmaschinen so auszubauen, daß die beiden
Gewindewalzen genügend häufig in diejenige Relativstellung gebracht werden können,
in welcher an der Werkstfckanlagestellung ihre Gewindewalzprotile Zahn auf Lücke.
stelivu, so daß eine praktisch stetige und ununterbrochene Werkstückzuführung emög
licht werden kann. Die Erfindung sucht diese Mängel dadurch zu beseitigen, daß sie
bestimmte zahlenmäßige Beziehungen zwischen den Durchmessern und der Gewindeausbildung
der V,-alzen zu dein Flankendurchmesser und der Ganghöhe des zu 11'alzenden Gewindes
in Verbindung mit einer bestimmten Gesetzesmid3igkeit des Antriebes der Walzen und
des Werkstückzubringers vorschreibt.
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In Abb. i und e, welche eine Gewindewalzmaschine gemäß der Erfindung
im Augenhlick des Durchganges eines Werkstückes durch die engste Stelle zwischen
den Gewindewalzen im mittleren Schnitt und in Aufsicht schematisch wiedergeben,
sind mit ae und b
die zwei mit ihren Achsen genau parallel stehenden Gewindewalzen
bezeichnet, die durch irgendein geeignetes Gefriebe, z. B. ein Zahnradgetriebe z,
z", zr,, in Richtung der Pfeile b in gleichem Drehsinn, aber in bekannter V@ eise
finit verschieden großen Umfangsgeschwindigkeiten in Umdrehung versetzt wer-0
en. Beispielsweise ist infolge geeigneter Wahl der Cbersetzungsverhältnisse des
Antriebes die Umfangsgeschwindigkeit . der \1% alzc b größer wie diejenige
der Walzea; im übrigen stimmen die beiden Walzen genau überein.
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Die parallel stehenden Achsen der beiden «'alzscheiben a und b sind
in solchem Al:-stand angeordnet, daß die Entfernung ihrer Flankendurchmesser an
der engsten von ihnen festgelegten Durchgangsstelle mit dem Flankendurchmesser des
zu walzenden Gewindes übereinstimmt. Die Walzenumfänge legen dabei einen sich beiderseits
der engsten, in der gemeinsamen Achsenmittelebene Ah-Mb der beiden Walzen liegenden
Durchgangsstelle erbeiternden «'alz- und Abrollspält fest.
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Der zu walzende Gewindebolzen s besitzt einen Gewindedurchmesser D"
einen Kerndurchmesser dis, einen (mittleren) Flankendurchmesser d_," und die Ganghöhe
1z5. Die Walzen a und b sind in ihrem äußeren Umfang mit Walzgeii,inde g, und gb,
versehen, deren im mittleren axialen Querschnitt der Walzen gesehenes Profil das
genaue Spiegel-Bild des zu walzenden Gewindes des Bolzens s ist und in dieseln entgegengesetzten
Sinn verläuft. Ist Glas Ge@%-inde des Bolzens s also rechtsgüng.ic-, so verlaufen
die Walzgewinde j" und g;, linksgängig und umgekehrt. Mit D,t und Dl" d", und dir"
d,,, und d-b sind die Gewindedurchmesser, Kerndurchmesser und (mittleren i Flankendurchmesser
der Gewindewalzen a und b bezeichnet. Diese Durchmesser sind in Abb. i und
-2 unter der Annahme, däß bei dem, diesen Abbildungen zu-runde liegenden .Xusfiilirtiii"sbeispiel
der Erfindung
die Walzscheibe b pro Zeiteinheit öfter umläuft als
die Scheibea, bei beiden Walzen genau gleich.
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Gemäß der Erfindung sind die Flankendurchmesser des Walzgewindes o.-"
und äl, der beiden '\Valzscheiben ganzzahlige Vielfache des Flankendurchmessers
d.=, des zu walzenden Bol.engewindes. bei der in Abb. r und 2 angedeuteten Ausführungsform
der Erfindung, also gleiche ganzzahlige Vielfache desselben. Da das Walzgewinde
denselben Steigungswinkel wie das zu walzende Gewinde besitzen muß. so ergibt sich
aus der Forderung der Erfindung, die Flankendurchmesser der Walzgewinde als ganze
Vielfache des zu walzenden Gewindes zu wählen, die weitere Eigenschaft der Gewindewalzen,
daß die Gangzahlen und Ganghöhen -ihrer Walzgewinde das gleiche ganzzahlige Vielfachverhältnis
zur Ganghöhe und Gangzahl des zu walzenden Gewindes besitzen, das für das Verhältnis
der Flankendurchmesser einzuhalten ist.
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Die noch unbearbeiteten zylindrischen Werkstücke, welche über den
mit Gewinde zu versehenden Teil ihrer Länge im Außendurchmesser ungefähr auf den
Flankendurchmesser des zu walzenden Gewindes abgesetzt sind, «-erden in der Richtung
des Pfeiles f zugeführt, d. h. so, daß sie sich in der gleichen Richtung wie der
ihnen während des Vorschubes' rascher laufende Walzscheibenumfang, im Falle der
Zeichnung demnach in gleicher Richtung wie die 'Walzscheibe b, nach dem engsten
Durchgangsquerschnitt hin bewegen. Sie werden durch irgendeine geeignete Führung
g zugeleitet und einzeln durch einen hin und her beweglichen Schieber oder Zubringer
e zwischen die Walzen a und b geschoben. Der erste Eingriff des Werkstückes
und der Walzen a, b ist durch die Ebene A-A bestimmt, in welcher die tangentiale
Berührung der beiderseitigen äußeren Umfänge erfolgt. Dann wird das Werkstück durch
die zwischen ihm und den Walzscheibenumfängen bestehende Keilwirkung von den Walzscheiben
sofort gefaßt und unter allmählichen Eindrücken des Gewindes durch die engste Durchgangsstelle
hindurchgedreht.
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Damit die Walzen gleich an dieser Stelle an dem Werkstück mitnehmend
eingreifen können, ist erforderlich, daß die Umfänge der beiden Walzscheiben
a, b von der Ebene :I-A des ersten Eingriffs bis zur Ebene !YI«.iYIb des
engsten Durchgangsquerschnitts hin einen sich schlank verengenden keilförmigen Spalt
festlegen. Diese ganz allmähliche Konvergenz der für die Gewindewalzung in Frage
kommenden Teile der Walzscheibenumfänge wird erreicht. wenn die Flankendurchmesser
der Walzscheiben genügend groß sind.
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In 2 ist der lineare Walzweg, d. h. die gerade Bahn, welche der Werkstückmittelpunkt
von seiner der ersten Berührung mit den Gewindewalzen entsprechenden Ansteillage
bis zu der im engsten Walzquerschnitt Ebene Ma-INU) liegenden Fertigwalze zu durchlaufen
hat, mit w1 bezeichnet. Dieser Weg ist zwar relativ kurz, reicht aber trotzdem aus,
um das Einwalzen des Gewindes mit der gewünschten Allmählichkeit und unter mehrfacher
Drehung des Werkstückes um die eigene Achse durchzuführen, da das Werkstück infolge
der Verschiedenheit der Drehgeschwindigkeiten der mit ihm in Abrolleingriff befindlichen
Gewindewalzen a, b und infolge der im Walzendurchgangsspalt bestehenden Gegenläufigkeit
der Bewegungsrichtungen der sich gleichsinnig drehenden Walzen eine vollständige
Abwälzung seines Umfanges auf einem sehr viel kleineren linearen Mittelpunktsweg
ausführen kann, als wenn es durch ein hin und her bewegliches auf einem unbeweglichenWalzwerkzeug
abg erolltwird. Die Vorlaufrichtung des Werkstückes wird dabei durch die im Walzbereich
vorhandene Umfangsbewegungsrichtung der rascher laufenden Walzscheibe b festgelegt,
und da gemäß Abb. r und 2 diese rechtssinnig umlaufende Walze b an ihrem jeweils
mit dem Werkstück in Walzeingriff befindlichen Umfangsteil eine in der Zeichnung
nach oben gerichtete Richtungskomponente besitzt, wird das Werkstück weiterhin in
Richtung des Pfeiles f, d. h. nach der Ebene Ma-Alb hin, selbsttätig und unter gleichzeitiger
Abwälzdrehbewegung um die eigene Achse vorbewegt, obwohl die langsamer laufende
Walze a dieser Vorlaufbewegung entgegenwirkt. Die Größe des linearen Vorlaufs in
der Richtung/ bei einmaliger Umfangsabwälzung auf beiden Walscheiben wird durch
die Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten der Walzscheiben bestimmt, kann also
durch geeignete Wahl beliebig groß oder klein gehalten werden. Die Differenz dieser
Umfangsgeschwindigkeiten bestimmt ferner in Verbindung mit dem Verhältnis der Walzendurchmesser
zum Durchmesser des gewalzten Gewindes die Zahl der Umdrehungen des Werkstückes
um die eigene Achse beim Durchlaufen des Walzweges tvl und damit die Allmählichkeit
der Gewindeeinwalzung innerhalb des sich allmählich verengenden Walzspaltes.
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Nach dem Durchtritt durch den engsten Walzquerschnitt, d. h. die Ebene
llTa-l11@" ist das Gewinde fertiggewalzt. Das MTerkstück verbleibt dann noch mit
den beiden Gewindewalzen a, b in losem Eingriff, ohne aber von ihnen noch
eine Bearbeitung zu erfahren. Spätestens beim Durchgang durch die Ebene B-B, in
welcher an der Austrittsseite eine tangentiale Berührung der Werkstücks
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und Walzgelvindeumfänge erfolgt, d. h. nachdem der Werkstücksmittelpunkt den linearen
Austrittshub i"2 zurückgelegt hat (Abb, z ), hört jegliche Berührung mit den Walzen
auf und der fertige Gewindebolzen bolzen fällt ab. Bis dahin wird er aber beiderseits
von den Walzen d, b unterstützt, so daß man an der Austrittsstelle Führungen
k vorsehen kann, welche die fertige Ware in ausgerichtetem Zustand einer Sammel-,
Verpakkungs-, Verbrauchs- oder Weiterverarbeitungsstelle, z. B. einer Meßvorrichtung,
zuführen.
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Damit die Walzvorrichtung arbeiten kann, müssen die beiden Walzen
a und b im Augenblick der erstmaligen Anlage des unbearbeiteten Werkstückes
in den Punkten A-A, d. h. zu Beginn des Walzweges ivl, so stehen, daß ihre Walzprofile
in der Ebene A-A Walzgewindezahn auf Walzgewindelücke stehen. Diese relative _Umfangsstellung
der beiden Walzen a und b kann sich -während jedes einzelnen Walzenumlaufes infolge
der Vielgängigkeit des Walzgewindes mehrere Male, und zwar, auf die einzelne Walze
bezogen, so oft wiederholen, wie die Gangzahl beträgt. Bezeichnet man mit N ganz
allgemein die Gangzahl des Walzgewindes, mit Na und Nb insonderheit die Gangzahlen
der Walzen a und b,
so wiederholt sich, nachdem die beiden Walzen erst
einmal richtig in der Umfangsrichtung gegeneinander eingerichtet sind, die richtige
Anlagestellung immer wieder, wenn die `Falzen zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Werkstücksanlagen eine Teildrehung von
bzw.
erfahren, wobei x und y. jede beliebige ganze Zahl bedeuten kann. Ist insbesondere
Na = Nb = N, so muß außerdem y
größer als x sein, damit der
oben geschilderte Walzvorgang sich abspielen kann. Die tatsächliche Größe der Werte
x und y wird bei der praktischen Ausführung der Erfindung durch die Torderung bestimmt,
Werkstücke in möglichst rascher und ununterbrochener Folge, aber derart der Maschine
zuzuführen, daß sie sich bei ihrem Durchlauf durch die Maschine gegenseitig nicht
hindern, und richtet sich deshalb nach den in Frage kommenden Größenverhältnissen
zwischen den Flankendurchmessern der Walzgewinde und dem Flankendurchmesser des
zu walzenden Gewinde bzw. nach den Antriebsgeschwindigkeiten der beiden Walzen.
Nimmt man z. B. Gewindewalzen, deren Flankendurchmesser, Ganghöhe und Gangzahl das
r Sfache der entsprechenden Werte des zu walzenden Bolzens beträgt, so steht die
Maschine jedesmal in Werkstückaufnahmebereitscbaft sowie jede der Walzen
a und b um ein oder mehrere- i8tel des Walzumfanges gedreht worden
ist. Es ergibt sich daraus, daß die Stetigkeit der Werkstückzufuhr auch von der
Einhaltung eines bestimmten übersetzungsverhältnisses zwischen den Scheiben a und
b abhängt, indem jede Walze zwischen aufeinanderfolgenden Werkstücksanlagen um einen
Winkel gedreht werden muß, deren Werte den Teildrehungen
bzw. entsprechen.
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Es muß also auch, wenn eine selbsttätige Zubringung der Werkstücke
zur Maschine vorgenommen werden soll, wie sich dies für die praktische Ausgestaltung
der Erfindung von selbst versteht, auch zwischen dem Spiel des hin und her gehenden
Werkstückzubringers e und der Drehbewegung der beiden Walzen a und b eine
ganz bestimmte getfiebliche und zeitliche Beziehung bestehen, die raan ' dadurch
sicherstellt, daß die Zubringerbewegung durch den Antrieb der Walzen a oder
b zwangsläufig gesteuert wird, daß also die Anlage des Werkstückes an die
beiden Walzen a und b in der Ebene A-A stets in dem Augenblick erfolgt,
wo die Walzgewinde beider Walzen Zahn auf Lücke stehen. Die Mittel für diesen Antrieb
des Zubringers e können von jeder bekannten oder beliebigen Art sein, bilden an
sich nicht den Gegenstand der Erfindung, und sind deshalb in der Zeichnung nicht
dargestellt. Der Antrieb des Zubringers e ist dabei hinsichtlich der Zahl der je
Walzenumlauf erfolgenden Hinundherbewegungen so auszubilden, daß die einzelnen Werkstücke
in möglichst gedrängter Reihenfolge, aber so, daß sie bzw. ihre Köpfe sich nicht
berühren können, den Walzen in den jeweils richtigen Walzenstellungen dargeboten
werden.
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Es empfiehlt sich, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Werkstücksanlagen
erfolgenden Teildrehungen der Walzen so zu wählen, daß die Zahlen x und y der Drehungswerte
und zwar ganze Zahlen, aber
keine Faktoren von N sind. Man erreicht dadurch, daß die Anlagepunkte A an beiden
Walzen schrittweise um die Walzenumfänge herumwandern und die Werkstücke nacheinander
an sämtliche Walzenumfangspunkte an-' gelegt werden, die bei einer gegebenen umfänglichen
Einstellung der beiden Walzen für die Werkstücksanlage überhaupt in Frage kommen.
Da in der Praxis der für den Durchtrieb des Werkstückes durch den Walzweg ivl in
Anspruch genommene Umfangsteil jeder Walze stets größer ist als
des gesamten Walzenumfangs, ergibt sich weiterhin und infolge der allmählichen Einwalzung
der Gewindenuten in das Werkstück, daß die
jeweils für die Walzarbeit
in Anspruch genommenen Umfangspartien sich gegenseitig überschneiden und eine gleichmäßige
Beanspruchung des Walzwerkzeuges sichergestellt ist.
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Gemäß der Erfindung kann deshalb praktisch kontinuierlich, d. h. ohne
tatsächlichen Leerlauf der Walzwerkzeuge gearbeitet werden. Da diese selbst als
Schraubengewinde ausgebildet sind, können sie bequem hergestellt und nach dem Härten
mit an sich bekannten Mitteln auf die erforderliche Genauigkeit geschliffen werden.
Im Falle einer etwaigen Walzenabnutzung känn die Nachstellung der Walzen durch Parallelverstellung
der Walzenachsen mit einfachen 'Mitteln bequem und trotzdem mit größter Genauigkeit
vorgenommen werden.
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Die an der Austrittsseite der Maschine beiderseits des linearen Walzweges
angeordnete Führung h, auf welcher beim 'Walzen von Kopfschrauben diese mit ihren
Köpfen auf der Oberseite der Führungsschienen aufsitzend von der Maschine weglaufen,
sind für die Leistungsfähigkeit und Selbsttätigkeit des ganzen Walzbetriebes von
besonderer Bedeutung, weil die gewalzten Bolzen ausgerichtet und unter Wahrung der
Reihenfolge ihrer Zubringung weitergeleitet und deshalb nach den Vorschriften der
Fließfertigung Anlaß-, Ziel-, Verpackungs- u. dgl. Vorrichtungen zugeführt werden
können.