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Verfahren und Maschine zur Herstellung von Schnecken oder anderen
Profilen großer Querschnittsänderungen durch Kaltwalzen Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren, eine Steuereinrichtung sowie auf eine Maschine zur Herstellung
von Schnecken oder anderen Profilen großer Querschnittsänderungen, beispielsweise
Schraubenräder, Zahnräder und Gewindespindeln.
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Schnecken und andere Profile großer Querschnittsänderungen hat man
durch Fräsen und nachfolgendes Schleifen, also durch Zerspanungsvorgänge hergestellt.
Es ist auch bereits versucht worden, Schnecken durch Kaltwalzen auf den bekannten
Gewindewalzmaschinen herzustellen, die zwei in gleicher Drehrichtung angetriebene
Gewindewalzen, welche quer zu ihrer Achsrichtung einander genähert werden und nach
Beendigung des Walzvorganges den Rückhub ausführen, besitzen und zwischen denen
sich eine Werkstückauflage (Lineal) befindet.
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Die Herstellung einwandfreier Schnecken war durch Kaltwalzen jedoch
bisher nicht möglich. Das Material verformte sich zwar, schloß sich aber nicht am
Kopf und bildete rauhe Zahnflanken, so daß keine spiegelblanken Flächen am fertig
gewalzten Werkstück entstanden. Sehr große Materialverformungen, beispielsweise
die Herstellung von Schnecken mit dem Modul 3,5 oder größer, waren bisher
durch Kaltwalzen überhaupt nicht möglich. Dies hat verschiedene Gründe.
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Bei diesen großen Kaltverformungen sind sehr hohe Walzdrücke erforderlich,
und das zu walzende Werkstück wird demzufolge mit einem hohen
Druck
auf die Werkstückauflage, die sich zwischen den Walzen befindet, gedrückt. Die Werkstückoberfläche
wird abgeschabt, und die feinen Späne gelangen zwischen die Walzen und zerstören
das Flankenprofil. Je höher der Walzdruck ist, um so mehr tritt dieser Nachteil
in Erscheinung.
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Beim Eindringen der Walzen in das zu walzende Werkstück traten Materialstauungen
auf, die nur mit weiterer Erhöhung des Walzdruckes überwunden werden konnten. Der
Werkstoff verformte sich nicht gleichmäßig. Die Werkstoffaser zeigte Wirbel, und
das Aufwachsen des Materials erfolgte, wie Schliffbilder gezeigt haben, spiralförmig
unter Bildung von Knicken. Das Material ermüdete beim Walzvorgang und blätterte
schließlich ab. Ü"berwalztes Material hat, wie erklärlich, auch keine Neigung, sich
am Kopf der gewalzten Profile einwandfrei zu schließen.
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Die Erfindung löst das Problem, im Gefüge einwandfreie Materialverformungen
großer Querschnittsänderungen durch Kaltwalzen und eine hohe Rundlaufgenauigkeit
bei großer Oberflächengüte der beispielsweise acht und mehr Millimeter hohen Profilflanken
zu ermöglichen.
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Durch die Erfindung lassen sich große Materialverformungen hoher Präzision
durch Kaltwalzen herstellen. Es wird ein radiales Aufsteigen der Werkstoffaser auch
bei größten Materialverformungen erreicht, ohne daß das Material ermüdet, abblättert
oder sich nicht schließt.
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Dies wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß
das Werkstück in wechselnder Richtung gewalzt wird und hierzu die Drehrichtung der
beiden Walzen während des Walzvorganges ein oder mehrmals geändert und vor der Änderung
der Drehrichtung zunächst der volle Walzdruck fast bis auf Null vermindert und bei
umgekehrter Drehrichtung zunächst der Antrieb und dann der Walzdruck bis auf vollen
Arbeitsdruck ansteigend wieder eingeschaltet wird.
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Es ist an sich bereits bekannt, zum Einwalzen von Schraubengewinden
in Schraubenbolzen auf einer Flachbackenwalzmaschine das Auswalzen des Gewindes
mit wechselnder Drehrichtung des Bolzens vorzunehmen und zu diesem Zweck die eine
Walzbacke mehrmals vor- und zurückzubewegen, während die andere Walzbacke eine einzige
Vor-und Rückwärtsbewegung ausführt. Hierdurch soll die Anwendung verhältnismäßig
kurzer Backen ermöglicht werden. Eine Einwirkung auf die Gefügeveränderung beim
Walzen wird durch diese Maßnahme nicht erstrebt. Die Notwendigkeit hierzu liegt
bei Flachbackenwalzmaschinen, die zum Walzen von Spitzgewinden dienen, wie sie an
Schraubenbolzen üblich sind, nicht vor, da es sich bei diesen Gewinden nur um geringfügige
Materialverformungen handelt. Große Materialverformungen, wie sie durch die Erfindung
erstrebt werden, sind auf Flachbackenwalzmaschinen nicht erzielbar, da die Größe
des Walzdruckes durch die Formgebung .der Walzbacken bedingt ist und während des
Walzvorganges nicht geändert werden kann. Eine zweckmäßige Ausführungsform des Verfahrens
nach der Erfindung besteht darin, daß die Umschaltungen der Drehrichtungen durch
das während des Walzvorganges axial wandernde Werkstück bewirkt werden, bevor der
zu walzende Teil aus den Walzen heraustritt. Auf diese Weise wird es möglich, den
gesamten Walzvorgang selbsttätig durchführen zu können.
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Dadurch, daß der Walzdruck an den Umkehrpunkten abschwillt und nach
Umkehrung der Drehrichtung wieder bis auf vollen Arbeitsdruck ansteigt, entstehen
bei der Umkehrung der Drehrichtung während des Walzvorganges keine linearen Eindrücke
im Werkstück, durch die das Werkstück unrund wird. Es ist auf diese Weise möglich,
beliebig lange Walzwege am Werkstück einstellen zu können. Der Umkehrpunkt soll
nur so gelegt werden, daß der zu walzende Teil des Werkstückes sich noch zwischen
den Profilen der Werkzeugwalzen befindet, deren Breite aus diesem Grunde größer
sein muß als die Länge des zu walzenden Teiles des Werkstückes.
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Die Steuereinrichtung, auf die sich die Erfindung richtet, kennzeichnet
sich durch an den Umkehrpunkten des Werkstückes beaufschlagte Kontakte und durch
einen von diesen Kontakten gesteuerten Hilfsantrieb, der die Umschaltung des Antriebsmotors
durch Betätigung eines Wendeschalters und die Änderung des Walzdruckes durch Verstellung
eines Ventils bewirkt und erst nach der Umschaltung des Antriebsmotors durch Betätigung
von Endkontakten abgeschaltet und durch erneute Beaufschlagung der Kontakte wieder
eingeschaltet wird. Die zur Ausübung des Verfahrens dienende Maschine kennzeichnet
sich dadurch, daß eine an sich bekannte, längs verschiebliche, mit Spitzen versehene
Werkstückaufnahme mit auf den Hub des Werkstückes einstellbaren Kontaktvorrichtungen
und einem Anschlag für diese Kontaktvorrichtungen versehen ist, die den Vor- und
Rücklauf eines Hilfsmotors steuern, der ein Schaltsegment antreibt, welches mit
einem in der vom Vorschubzylinder der Walzen kommenden Ablaufleitung des Drucköles
liegenden Hahn und einer Kurvenscheibe zur Betätigung des Wendeschalters verbunden
ist und in dessen Schwenkendstellungen Endkontakt,-für den Hilfsmotor angeordnet
sind. Der Profilkopf der zur Verwendung gelangenden Werkzeugwalzen weist eine parabolische
Form auf und ist gegenüber dem normalen Walzenprofil überhöht. Diese Ausgestaltung
der Werkzeugwalzen fördert die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe. Der gewalzte
Werkstoff ist von Beginn des Walzprozesses an fließfreudig. Es treten keine Wirbel
und Stauungen auf, so daß mit einem normalen Walzdruck trotz der großen Verformungen
am Werkstück gearbeitet werden kann, wie sie beispielsweise zur Herstellung von
Schnecken mit großem Modul erforderlich sind. Die Fließfreudigkeit des Werkstoffes
begünstigt das durch die wechselnde Drehrichtung erstrebte radiale Aufsteigen der
Werkstoffaser und das fehlerfreie Auswalzen der Profile.
' Zweckmäßig
ist die Geschwindigkeit des Hilfsantriebs regelbar, so daß die Umschaltungen der
Drehrichtungen dem Walzvorgang angepaßt werden können. Vorteilhaft betätigt ein
einstellbarer Anschlag kurz vor Auflaufen des Schlittens auf einen auf Walztiefe
eingestellten ortsfesten Anschlag einen mit einer Verzögerungseinrichtung versehenen
Endausschalter, der den Walzdruck durch Öffnen eines in einer Nebenleitung zur Ablaufleitung
liegenden Hahnes abschaltet und durch einen Unterbrecherkontakt den Antriebsmotor
stillsetzt. Hierdurch ist es möglich, das fertig gewalzte Werkstück ohne Vorschub
der Walzen eine Zeitlang zu egalisieren.
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In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, die Umschaltung des
Vor- und Rücklaufes des Werkstückes durch Änderung der Drehrichtung der Werkzeugwalzen
von Hand durchzuführen. Zu diesem Zweck ist der Hahn, der mit einer Kurvenscheibe
fest verbunden ist, mit einem Handhebel versehen, der einen ein- und ausrückbaren
Mitnehmer für das Schaltsegment besitzt.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel einer
Maschine zur Herstellung von Schnecken in verschiedenen Phasen des Walzvorganges
vom Einlegen des Werkstückes bis zur Beendigung des Walzvorganges dargestellt, und
zwar zeigt Fig. i die Maschine in schematischer Darstellung im Augenblick des Einlegens
des Werkstückes, Fig. i a eine Seitenansicht des Hahnkükens mit Handhebel.
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Fig.2 das Werkstück im Rücklauf und Einsetzen des Wendevorganges,
Fig. 3 allmählichen Druckabfall mit darauffolgender Stillsetzung des Antriebsmotors
der Walzen, Fig. q. das Wiederanlaufen der Walzen in anderer Drehrichtung mit allmählicher
Drucksteigerung, Fig.5 den Vorlauf des `'Werkstückes und das Walzen mit vollem Walzdruck
sowie gestrichelt gezeichnet den Augenblick der Umschaltung, Fig. 6 den Augenblick,
in dem das Endmaß der Schnecke erreicht ist und die Einleitung des allmählichen
Druckabfalles, Fig. 7 die Stillsetzung der Maschine.
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Die Maschine besitzt die Walzen i und i', die ein dem zu walzenden
Werkstück 3 entsprechendes Profil aufweisen. In der Fig. i ist die parabolische
Form des Profilkopfes der Walzen i, i' in vergrößertem Maßstab dargestellt. Dieser
Profilkopf ist mit 2 bezeichnet. Um den parabolischen Teil des Profilkopfes ist
das normale Walzenprofil überhöht, so daß der gewalzte Kern der Schnecke um diesen
Betrag tiefer liegt. Für das wirbelfreie Eindringen der Walzen in das zu walzende
Werkstück ist diese Ausbildung des Profilkopfes der Walzen von Wichtigkeit. Es ist
ein Schneckenrohling dargestellt, der einen bestimmten Vorarbeitsdurchmesser hat.
Die Walze i wird von der Antriebsspindel 4. und die Walze i' von der Antriebsspindel
5 angetrieben. Die Befestigung der Walzen erfolgt durch die Keile 6 und 7. Der Antriebsmotor
8 treibt die Spindeln q. und 5 über ein nicht dargestelltes Gestänge 9 in gleicher
Drehrichtung an.
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Das Werkstück 3 ist außerhalb seines zu walzenden Teiles zwischen
den Spitzen io und i i drehbar gelagert, und zwar so, daß die Werkstückachse genau
in der durch die Achsen der beiden Walzen gehenden Ebene liegt. Die Spitzen io und
i i sind gegeneinander einstellbar auf der Führungsstange 12, die in Lagern 13 gleitet,
befestigt. Die Führungsstange 12 dient als Schlitten und ist axial verschieblich.
Sie ist als Rundführung ausgebildet, damit das Werkstück sich selbsttätig auf die
Mitte des Walzspaltes einstellen kann. Die Arbeitsspindel 4. ist in dem ortsfesten
Lagerbock 14 und die Arbeitsspindel 5 auf dem Schlitten 15 gelagert, der durch eine
nicht dargestellte hydraulische Vorschubeinrichtung mit dem erforderlichen Walzdruck
gegen das Werkstück verstellt wird.
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Die Führungsstange 12 besitzt eine Kontaktvorrichtung, die aus dem
auf der Führungsstange 12 verstellbar angeordneten Anschlag 16 und den Schaltern
17 und 18 besteht. Die Kontakte i9 und i g' des Schalters 17 und die Kontakte 20,
20' des Schalters 18 sind bei nicht betätigtem Schalter geöffnet. Die Schalter 17
und 18 betätigen das Wendeschütz 21 über Kontakte 22 und 23 zur Steuerung des Servomotors
2q., der über das Gestänge 25 das Ritzel 26 antreibt, welches mit dem Schaltsegment
27 im Eingriff steht und dieses je nach der Drehrichtung nach rechts oder links
verstellt. Das Schaltsegment 27 beaufschlagt in seinen Schwenkendstellungen die
Kontakte 22 und 23, von denen der jeweils nicht beaufschlagte Kontakt geschlossen
und der beaufschlagte Kontakt geöffnet ist. Auf der Welle 28 des Hahnkükens 29 sind
die Kurvenscheibe 30 und das Schaltsegment 27 angeordnet. Die Kurvenscheibe
30 ist mit der Welle 28 fest verbunden, während die Verbindung des Schaltsegmentes
27 durch den Handhebel 39 gelöst werden kann, beispielsweise durch Ausrücken einer
Klinke 39', wie es in der Fig. i a dargestellt ist. In der voll gezeichneten
Stellung ist die Klinke eingerückt, und damit ist .die Verbindung des Schaltsegmentes
zum Hahnküken 29 und der Steuerkurve 3o hergestellt. In der gestrichelten Stellung
des Handhebels 39 ist die Klinke ausgerückt, und das Schaltsegment 27 wird bei Verstellung
des Hahnkükens 29 und der Steuerkurve 30 nicht mitgenommen. Das Halmküken
besitzt die Bohrung 31 und liegt in der von dem nicht dargestellten Vorschubzylinder
kommenden Ablaufleitung 32. Die Steuerkurve 30 betätigt den Wendeschalter
33 über den Stift 3q.. Die Kontakte des Wendeschalters sind mit 35, 35' und 36,
36' bezeichnet. Wenn der Wendeschalter ausgeschaltet ist, steht die Kontaktbrücke
37 zwischen den Kontakten 35 und 36 bzw. 35' und 36'. Der Wendeschalter 33 betätigt
das Wendeschütz 38 des Antriebsmotors 8 für die Walzen i, i'. Das Hahnküken 29 ist
mit dem Handhebel 39 versehen. Zwischen dem Servomotor 2.1 und (lern IZitzel 26
liegt die Steuervorrichtung
4o, beispielsweise eine Reibscheibenkupplung,
zur Regelung der Geschwindigkeit des Ritzels 26. Zum gleichen Zweck kann die Drehzahl
des Servomotors 24 durch eine vorgeschaltete Steuervorrichtung geregelt werden.
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Die Schaltung ist folgende: Der Kontakt ig des Schalters 17 ist durch
die Leitung 41 mit den Kontakten 22 und 23 und durch die Leitung 42 mit dein Kontakt
2o des Schalters 18 verbunden. Die vom Kontakt 2o' zum Wendeschütz 21 führende Leitung
ist mit 43 bezeichnet, und die vom Kontakt i g' des Schalters 17 zum Wendeschütz
21 führende Leitung ist mit 44 bezeichnet. Vom Kontakt 22 führt die Leitung
45 und vom Kontakt 23 die Leitung46 zum Wendeschützer. Die vom Wendeschütz 21 zum
Servomotor 24 führenden Leitungen sind mit 47 bezeichnet. Die auf diese Weise miteinander
in Verbindung stehenden Schalter dienen in Verbindung mit dem Servomotor a4 zur
Vorsteuerung des Wendeschalters 33, der durch die Leitungen 48 mit dem Wendeschütz
38 verbunden ist, das durch die Leitungen 49 mit dem Antriebsmotor 8 für die Walzen
i, i' in Verbindung steht.
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Am Schlitten 15 sind die Anschlagschrauben 50 und 51 angeordnet. Die
Anschlagschraube 5o beaufschlagt den Fühlstift 52 der Meßuhr 53, welche die jeweilige
Eindringtiefe der Walzen anzeigt. Die Anschlagschraube 51 beaufschlagt bei Erreichung
des Endmaßes der zu walzenden Schnecke die Stange 54, welche über den Winkelhebel
55 den Endausschalter 56 betätigt, der mit dem Hilfsmotor 57 in Verbindung steht,
welcher das in der Nebenleitung 58 zur Ablaufleitung 32 liegende Hahnküken
59 verstellt, so daß die Bohrung 6o des Hahnkükens 59 auf freien Ablauf
in der Nebenleitung 58 liegt. Das Hahnküken 59 ist mit dem Hebel 61 verbunden,
der den Unterbrecherkontakt 62 für den Antriebsmotor 8 betätigt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: In der Fig. i ist der Beginn des Walzens
dargestellt. Der Antriebsmotor 8 ist durch einen nicht dargestellten Schalter, der
sich am Steuerkasten der Maschine befindet, eingeschaltet und läuft, da die Kontakte
35, 35' des Wendeschalters 33 geschlossen sind, in der durch einen Pfeil angegebenen
Drehrichtung. Hierbei wandert das Werkstück infolge der Differenz der Steigungswinkel
an den Walzen und an dem gewalzten Werkstück in Pfeilrichtung, bis die Stellung
erreicht ist, die in der Fig.2 dargestellt ist.
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In der Fig. 2 hat sich das Werkstück 3 mit den Spitzen io und ii so
weit nach hinten verschoben, daß der Anschlag 16 den Schalter 17 beaufschlagt und
die Kontakte ig und ig' schließt. Dadurch erhält das Wendeschütz 21 über den geschlossenen
Kontakt 23 einen Impuls und schaltet den Servomotor 24 in der durch Pfeil angegebenen
Drehrichtung ein und treibt dabei das Ritzel 26 in Pfeilrichtung an.
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In der Fig. 3 ist der weitere Bewegungsvorgang dargestellt. Der Kontakt
22 ist geschlossen. Durch die Verstellung des Hahnkükens 29 beginnt die allmähliche
Öffnung der Ablaufleitung 32. Der Walzdruck fällt ab. Die Kurvenscheibe
30 betätigt den Wendeschalter 33, dessen Kontaktbrücke 37 in Mittelstellung
geht und den Stromkreis für das Wendeschütz 38 unterbricht, so daß der Antriebsmotor
8 und dieWalzen i, i` stillstehen. Der Servomotor 24 läuft weiter. Der weitere Bewegungsvorgang
ist in der Fig. 4 dargestellt.
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In der Fig. 4 ist das Schaltsegment 27 in Pfeilrichtung weitergelaufen
und hat über die Kurvenscheibe 3o den Wendeschalter 33 durch Schließen der Kontakte
36, 36' wieder eingeschaltet. Der Antriebsmotor 8 läuft in anderer Drehrichtung,
wie es durch den Pfeil angezeigt ist. Außerdem schließt das Hahnküken 29 die Ablaufleitung
32 langsam wieder, so daß der Walzdruck anschwillt. Das Werkstück 3 beginnt in umgekehrter
Richtung, wie es der Pfeil anzeigt, nach vorn zu wandern, da die Walzen i, i' sich
in umgekehrter Richtung drehen. Die Kontakte ig, ig' des Schalters 17 werden geöffnet.
Der Servomotor 24 läuft noch weiter.
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In der Fig. 5 hat das Schaltsegment 27 seine rechte Endstellung erreicht,
in der der Kontakt 23 geöffnet ist, so daß damit der Stromkreis für den Servomotor
24 unterbrochen ist. Das Hahnküken 29 steht so, daß der volle Walzdruck hergestellt
ist.
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Kommt das Werkstück in die gestrichelt gezeichnete Stellung, so beaufschlagt
der Anschlag 16 den Schalter 18 und schließt die Kontakte 2o und 2o'. Dadurch wird
der Servomotor 24 in gestrichelter Pfeilrichtung eingeschaltet, und das Schaltsegment
27 bewegt sich in gestrichelter Pieilrichtung zurück. Die Kurvenscheibe
30 schaltet die Kontaktbrücke 37 zunächst auf Mittelstellung und nimmt im
späteren Verlauf die gestrichelt gezeichnete Stellung ein, in der die Kontakte 35,
35' geschlossen sind. Der vorerst beschriebene Vorgang des Abschaltens und Wiedereinschaltens
in umgekehrter Drehrichtung wiederholt sich so lange, bis das Endmaß der Schnecke
erreicht ist. In diesem Augenblick fährt der Schlitten 15 mit seinem einstellbaren
Anschlag 15' gegen den ortsfesten Anschlag 15", so daß keine weitere Vorschubbewegung
des Schlittens mehr erfolgt.
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Dieser Augenblick ist in der Fig. 6 dargestellt. Die Meßuhr 53 zeigt
die Erreichung der am Schlitten 15 gegenüber dem ortsfesten Anschlag 15" eingestellten
Einwalztiefe an. Die Anschlagschraube 51 hat kurz vorher die Stange 54 beaufschlagt
und den Kontakt 56 eines an sich bekannten Zeitschaltgerätes geschlossen, das nach
einer einstellbaren Zeit den Hilfsmotor 57 einschaltet. Der Hilfsmotor 57 verstellt
das Hahnküken 59, das in der Nebenleitung 58 zur Ablaufleitung 32 liegt.
Das Werkstück wird demzufolge je nach der Einstellung des Zeitschaltgerätes mit
vollem Walzdruck noch eine oder mehrere Umdrehungen ohne weiteren Schlittenvorschub
zum Egalisieren gewalzt, und sodann fällt der Druck allmählich bis auf Null ab.
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Dieser Augenblick ist in der Fig. 7 dargestellt. Das Hahnküken
59 hat voll geöffnet und in dieser Stellung durch den Hebel 61 den Unterbrecherkontakt
62
geöffnet und den Antriebsmotor 8 stillgesetzt. Durch den völligen Druckabfall geht
der Schlitten 15 zurück, und bei dieser Bewegung wird das Hahnküken 59 wieder in
seine Stellung gemäß Fig. i gebracht, so daß auch der U nterbrecherkontakt 62 wieder
geschlossen ist. Jetzt kann ein neues Werkstück entweder von Hand oder selbsttätig
durch eine Zuführeinrichtung zwischen die Spitzen io und ii eingebracht werden,
und der gesamte Walzvorgang wiederholt sich.
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Zu Beginn des Walzens ist der Unterschied der Steigungswinkel am Werkstück
und an den Walzen am größten. Dieser Unterschiert verringert sich während des Walzvorganges,
so daß die axiale Verschiebung der Schnecken langsamer wird. Wenn das Endmaß der
Schnecke erreicht ist, sind die Steigungswinkel am Werkstück und an den Walzen einander
gleich, so daß die fertig gewalzte Schnecke nicht mehr axial wandert.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte bauliche Ausführungsform
beschränkt. Die als Ausführungsbeispiel gegebene elektrische Vorsteuerung kann beispielsweise
durch eine hydraulische Vorsteuerung mit Regelung der Stillstandsdauer oder auch
durch eine mechanische Vorsteuerung ersetzt werden.