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Vorrichtung zur maschinellen, spanlosen Verformung von Werkstücken,
insbesondere mit axial-symmetrischen Formen Die Erfindung bezweckt, bei einer Vorrichtung
zur maschinellen, spanlosen Verformung von Werkstücken, insbesondere mit axial-symmetrischen
Formen, gemäß dem Patent 859 704, nach welchem die Schlagwerkzeuge von Exzentern
angetrieben und die Exzenterwellen zum Zweck der Einstellung der Arbeitstiefe wiederum
durch exzentrische Lagerbüchsen verstellbar sind, eine übertragung von Reaktionskräften,
welche infolge der Verformung des Werkstückes in den Schlagwerkzeugen auftreten,
auf das Steuerungssystem zu vermeiden. Da bei einer derartigen Vorrichtung die durch
die Schlagwerkzeuge ausgeübten Kräfte beispielsweise bis zu ioo t betragen, ist
leicht ersichtlich, warum die gestellte-Forderung erfüllt werden muß. Wird beispielsweise
auch nur eine Kraftkomponente von ioo/o übertragen, so müßte das Steuerungssystem
rasch aufeinanderfolgende Schläge bis zu io t aufnehmen; dadurch müßte die Maschine
unverhältnismäßig massiv und schwer ausgeführt werden.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß der Drehsinn des Antriebsexzenters
so gewählt ist, daß er beim Verformungsarbeitshub den gegen die Verstellexzenterächse
zu
liegenden Kreisbogen durchfährt und dabei der Durchmesser der Verstellexzenterbuchse
mindestens so groß ist als der, bei welchem auf Grund der vorliegenden Reibungsverhältnisse
und der vorliegenden Exzentrizitäten Selbsthemmung zwischen Verstellexzenterbuchse
und ihrem Lagergehäuse eintritt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung anHand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Abb. i zeigt schematisch die Anordnung von drei hammerartigen Schlagwerkzeugen,
wobei der Verstellungsmechanismus Exzenter aufweist; Abb. 2 zeigt einen Schnitt
.durch einen derartigen Verstellmechanismus; Abb.3 zeigt schematisch die Verhältnisse.
im Verstellmechanismus.
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Ein Werkstück i mit axial-symmetrischem Querschnitt wird .durch mehrere
hammerartige Schlagwerkzeuge 2 sparlos verformt. Statt, wie dargestellt, drei, könnten
es auch nur zwei oder vier oder noch mehr Schlagwerkzeuge sein. ;Alle Schlagwerkzeuge
sind auf Kurbelwellen oder Exzenterwellen 3 gelagert, welche synchron angetrieben
werden, so daß die Werkzeuge ähnlich Pleueln rasch aufeinanderfolgende Hinundherbewegungen
ausführen, wodurch .das Werkstück sparlos verformt wird. Das Werkstück kann dabei
je nach Bedarf eine axiale oder eine drehende oder eine kombinierte Axial- itäd
Drehbewegung ausführen, so daß kreisrunde oder andersförmige.Querschnitte entstehen.
Um die Größe dieses Querschnittes einstellen zu können, ist die Exzenter-. welle
3 ihrerseits in einer Verstellexzenterbuchse 4 gelagert, so daß die Schlagwerkzeuge
radial zum Werkstück verstellt werden können. An der Verstellexzenterbuchse 4 befindet
sich ein Zahnkranz 5, welcher in einenge zahnten Verstellring 6 eingreift. Dieser
Verstellring kann z. B. durch eine mit einem hydraulischen Kolben 7 verbundene Zahnstange
8 verstellt werden, entsprechend dem Flüssigkeitsdruck vor und hinter dem Kolben,
wobei die Steuerflüssigkeit durch die Leitungen 9 und io in den bzw. aus dem Zylinder
ii fließt. Die Bewegung der Zahnstange 8 kann durch verstellbareAnschläge 12, welche
auf einer Schaltwalze 13 montiert sind, begrenzt werden, so daß jedem Anschlag eine
bestimmte Querschnittsgröße des Werkstückes entspricht. Solche Elemente von Steuerungssystemen
sind grundsätzlich bekannt und bilden nicht den Gegenstand der Erfindung. Wie schon
erwähnt, könnte auch ein ganz anderes Steuerungssystem für die Betätigung des Verstellmechanismus
benutzt werden.
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Die die Schlagbewegungen der Werkzeuge bewirkende Exzenterwelle 3
kann z. B. durch ein Ritzel 14 angetrieben . werden, welches seinerseits durch ein
zentrales Zahnrad 15 betätigt wird, das alle drei. dargestellten Schlagwerkzeuge
synchron antreibt. Auf der Welle 16 dieses Zahnrades 15 ist ein Schwungrad 17 montiert,
welches z. B. durch Keilriemen angetrieben werden kann:,- von irgendeiner Kraftquelle
aus.
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Um eine bezüglich des Werkstückes i radiale Verstellung des Werkzeuges
:2 und damit der Exzenterwelle 3 und des Ritzels 14 zu ermöglichen, weist das Getriebe
zwischen 14 und 15 eine abnormal große Zahnluft auf, d. h. es sind sogenannte
überhöhte Zähne vorgesehen. Der Mechanismus ist in einem Gehäuse i8 gelagert, welches
zum Maschinengestell gehört.
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Aus Abb. i ist ersichtlich, daß die durch die Verformung des Werkstückes
hervorgerufenen Reaktionskräfte in den Schlagwerkzeugen die Verstellexzenterbuchse
4 zu drehen suchen, so daß sich Reaktionskräfte auf den Verstellring 6, die Zahnstange
8 und auf das Steuerungssystem übertragen würden, sofern nicht Vorkehrungen getroffen.werden,
um eine solche Kraftübertragung zu verhindern. Durch eine besondere Ausbildung des
Verstellmechanismus kann eine Selbsthemmung erreicht werden, die :auf der ruhenden
Reibung zwischen; bestimmten Teilen beruht, so da_B das Steuerungssystem bei jeder
beliebigen Einstellung des Mechanismus unbelastet bleibt.
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Diese Selbsthemmung wird an Hand der Abb. 3 erläutert. Die die Schlagbewegung
der Werkzeuge bewirkende Exzenterwelle 3 rotiert in der dargestellten Pfeilrichtung.
Das bedeutet, daß auf dem Weg .des einen Endes des pleuelähnlichen Werkzeuges von
A über B nach C die Verformungsarbeit am Werkstück geleistet wird,
während von C nach A keine Arbeit geleistet wird, da das Werkzeug auf diesem Weg
zurückgeführt wird. Dieser Drehsinn ist aus Sicherheitsgründen so gewählt, denn-bei
.einem allfälligen Festsitzen der Exzenterwelle 3 in der Verstellexzenterbuchse
4 wird diese ebenfalls im angegebenen Drehsinn gedreht, so daß die Hämmer vom Werkstück
weggeführt werden und-nicht gegeneinander schlagen können.
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Die Reaktionskraft K übt auf die Verstellexzenterbuchse 4 ein Drehmoment
von höchstens K - e1, aus, wobei e" die Exzentrizität der Verstellexzenterbuchsb
darstellt. Ein weiteres, im gleichen Sinne wirkendes Drehmoment wird durch die gleitende
Lagerreibung der Exzenterwelle 3 in der Verstellexzenterbuchse 4 verursacht. Dieses
zusätzliche Drehmoment beträgt K # yi - ye, wobei Y den Reibungskoeffizienten
für gleitende Reibung bei guter Schmierung und r, den Radius der Lagerzapfen der
Exzenterwelle 3 darstellt. Diese beiden Drehmomente müssen im Gleichgewicht gehalten
werden,- und zwar durch ein Drehmoment von R - r", wobei R die Reibungskraft der
ruhenden Reibung zwischen der Verstellexzenterbuchse 4 und dem Maschinengestell
18 und y,, den Radius der Verstellexzenterbuchse darstellt. Da R gleich dem Normaldruck
N mal dem Reibungskoeffizienten a, für ruhende Reibung, ist, lautet die Beziehung:
K-e,,+K-y -ye-N.y#r, Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist N = K # cos
a, also K e,, -I- K - -,u' - re = lK: # cos.
d - ,u # y" oder
Der Winkel a ist aber abhängig von r,, und e," d. h.
oder
Das heißt, wenn der wirklich auftretende Reibungskoeffizient zwischen Verstellexzenterbuchse
4 und Maschinengestell 18 größer ist als der mittels obiger Formel berechnete Wert,
dann ist mit Sicherheit die Selbsthemmung des Verstellmechanismus erzielt.
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Beispielsweise können folgende Werte in Millimetern angewendet werden:
e,, = i o, r,, = i 1 5, re = 6o, ,e4 = o,o4. Der effektiv
auftretende Reibungskoeffizient für ruhende Reibung muß also mindestens etwa o,io8
(mit Hilfe obiger Formel berechnet) betragen, was der Fall ist bei Stahl auf Stahl
ohne Schmierung. Das Steuerungssystem bleibt also auch im ungünstigsten Fall unbelastet.
Eine Schmierung zwischen der Verstellexzenterbuchse 4 und dem Maschinengestell ist
nicht notwendig, weil die Verstellbewegung nur sehr klein ist und die Schlagwerkzeuge
während des Verstellens nicht zu arbeiten brauchen. Die aufzuwendenden Verstellkräfte
können also in kleinen Grenzen gehalten werden, ebenso wie die ganze Dimensionierung
des Steuerungssystems.
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Erfindungsgemäß muß neben der Erkenntnis, daß der Durchmesser .der
Verstellexzenterbuchse mindestens so groß ist wie der, bei welchem auf Grund der
vorliegenden Reibungsverhältnisse und der vorliegenden Exzentrizitäten Selbsthemmung
zwischen der Verstellexzenterbuchse und ihrem Lagergehäuse eintritt, noch die Anordnung
des Antriebes so erfolgen, daß der Arbeitsexzenter beim Verformungsarbeitshub den
gegen die Verstellexzenterachse zu liegenden Kreisbogen durchfährt. Diese Wahl des
Drehsinns ist von wesentlicher Bedeutung, weil nur- in diesem Fall bei auftretenden
Lagerverreibungen zwischen dem Arbeitsexzenter und der Verstellexzenterbuchse die
auftretenden Beanspruchungen solche sind, daß die Verstellexzenterbuchse sich öffnet.
Das Drehmoment K-,u'-r, muß in der vorerwähnten Gleichung ein positives Vorzeichen
erhalten. Bei auftretender Lagerverreibung wächst ,u' im Grenzfall bis zu Eins.
Dadurch wird in der Schlußgleichung der Wert für das erforderliche y' bei Selbsthemmung
ein so großer, daß bei der praktischen Anordnung die Selbsthemmung verlorengeht,
die Verstellexzenterbuchse öffnet und die Maschine hierdurch vor weiterem Schaden
bewahrt bleibt. Die scheinbar bessere Selbsthemmung, welche bei umgekehrter Drehsinnanordnung
auftreten würde, müßte dazu führen, daß die Verstellexzenterbuchse in diesem Fall
zumacht, was aber für die Maschine verheerende Folgen hätte.