EP1762314A1

EP1762314A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks

Info

Publication number: EP1762314A1
Application number: EP06018083A
Authority: EP
Inventors: Helmut Sproll; Arne Höltich
Original assignee: Rollwalztechnik Abele and Holtich GmbH
Current assignee: Rollwalztechnik Abele and Holtich GmbH
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: ES2323889T3; EP1762314B1; ATE432782T1; DE502006003866D1; DE102005042901B3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen eines Werkstücks (7) mittels zumindest einer Walzrolle (1,2), in oder auf deren Mantel (4) zumindest ein formgebendes Mittel (6) ausgeformt ist, wobei die Walzrolle (1,2) mit dem formgebenden Mittel (6) auf das Werkstück (7) ausgerichtet, festgelegt und sodann gegen das Werkstück (7) gefahren und dieses verformt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen eines Werkstücks mittels zumindest einer Walzrolle.

Stand der Technik

Es sind eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit denen ein Werkstück verformt werden soll. Zu erwähnen sind vor allem handelsübliche Pressen, bei denen in einem entsprechenden Werkzeug das Werkstück verformt wird. Nur beispielsweise soll hier das Einformen von achsparallelen Kerben in meist querschnittlich zylindrische Werkstücke, wie beispielsweise stift- oder stangenartige Werkstücke oder auch Wellen, erwähnt werden. Diese finden z. B. als Motorwellen in Elektromotoren Anwendung, auf die Rotorpakete aufgeschrumpft oder aufgeschoben werden sollen. Diese Rotorpakete benötigen eine Drehfestigkeit auf der Motorwelle, wozu bspw. auf die Motorwelle ein Rändel aufgebracht wird.
Aus der DE-OS 2 328 670 ist eine Einrichtung zum Kerben von stift- und stangenartigen Werkstücken bekannt. Dabei sind mehrere verstellbare Kerbräder radial angeordnet, durch welche die Werkstücke in axialer Richtung hindurchgezogen werden, so dass gewalzte Kerbfurchen auf der Mantelfläche der Werkstücke entstehen. Dies geschieht somit durch Anpressen der Kerbräder, wobei diese relativ genau verfahren werden müssen, da sie das zylindrische Werkstück mit einer einzigen Kerbkante treffen müssen. Ferner sind diese Vorrichtungen recht aufwendig.
Auch aus der DE 34 32 939 C2 ist eine relativ aufwendige Vorrichtung zum Kerben von Werkstücken bekannt. Dabei wirken drei Schwenkhebel miteinander, wobei wiederum die entsprechenden Schneiden sehr genau justiert sein müssen.

Aufgabe

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine sehr einfache Vorrichtung zu schaffen, mit der die Verformungen erzeugt werden, wobei gegebenenfalls eine bekannte Gewindewalzmaschine verwendet werden kann.

Lösung der Aufgabe

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass in oder auf deren Mantel zumindest ein formgebendes Mittel ausgeformt wird, wobei die Walzrolle mit dem formgebenden Mittel auf das Werkstück ausgerichtet, festgelegt und sodann gegen das Werkstück gefahren und dieses verformt wird.
Dieses Verfahren hat den Vorteilt, dass auf oder in den Walzrollen eine Mehrzahl von formgebenden Mittel vorgesehen sein kann, so dass quasi revolverartig das gewünschte formgebende Mittel in Arbeitsposition gebracht werden kann. Dabei ist es möglich, auf bzw. in der Walzrolle auch unterschiedliche formgebende Mittel vorzusehen, mit denen auch unterschiedliche Formgebungsvorgänge vollzogen werden können.
Bevorzugt arbeiten zwei Walzrollen zusammen, wobei in einem Ausführungsbeispiel eine Walzrolle auch das zu verformende Werkstück halten kann. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird das Werkstück durch andere Mittel gehalten, so dass beide Walzrollen formgebend auf das Werkstück einwirken können.
Formgebende Mittel können Erhöhungen oder Vertiefungen, gleich welcher Art und welcher Anzahl, sein.
Da die Walzrolle an einer Achse angeordnet ist, besteht auch die Möglichkeit, dieser Walzrolle noch zumindest eine weitere Walzrolle an derselben Achse zuzuordnen, so dass auch durch die weitere Walzrolle zusätzliche, gegebenenfalls unterschiedliche Formgebungsvorgänge vollzogen werden können.
Erfindungsgemäss soll bei dem Verfahren eine Gewindewalzmaschine zum Einsatz kommen. Eine derartige Gewindewalzmaschine ist bspw. in der EP 0 310 898 A1 gezeigt. Es handelt sich um eine Vorrichtung zum Walzen von Gewinde mittels zweier gleichsinnig drehender Walzwerkzeuge, deren Abstand zueinander veränderbar ist, wobei die Walzwerkzeuge an entsprechenden verschiebbaren Führungen zur Veränderung dieses Abstandes zueinander angeordnet sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die üblichen Walzwerkzeuge (Walzrollen) zur Herstellung von Gewinden gegen die erfindungsgemässen Walzrollen ausgetauscht. Der Verwendungsanspruch der vorliegenden Erfindung ist aber nicht auf Walzrollen beschränkt, sondern die Walzrollen einer bekannten Gewindewalzmaschine könnten auch durch andere, nichtrollenartige Werkzeuge ersetzt werden. Es genügt, wenn beispielsweise die Walzrollen durch rechteckige Werkzeugblöcke ersetzt werden, auf deren zumindest einen Oberfläche sich dann die formgebenden Mittel finden. Damit sollte klargestellt werden, dass die Werkzeuge eine beliebige Form aufweisen können.
In einem besonders bevorzugten Ausführüngsbeispiel sind zwei Walzrollen mit jeweils einer gegeneinander ausgerichteten, achsparallelen Nut auf den entsprechenden Achsen angeordnet. Sobald die Nuten gegeneinander ausgerichtet sind und das Werkstück zwischen sich aufnehmen, werden die Walzrollen relativ gegeneinander bewegt, so dass das Werkstück in die Nuten eintaucht und die Nutkanten sich in das Werkstück einkerben. Dabei entsteht nicht nur eine Kerbe in dem Werkstück, sondern auch infolge Materialverdrängung eine Aufwölbung, die besonders dazu geeignet ist, eine Drehfestigkeit eines aufgeschrumpften oder aufgeschobenen Rotorpaketes auf einer Motorwelle zu erzeugen.
Wie die Walzrollen zueinander bewegt werden, soll von untergeordneter Bedeutung sein. Denkbar ist, dass beide Walzrollen gegeneinander bewegt werden, möglich ist aber auch, dass nur eine Walzrolle gegen die andere Walzrolle bewegt wird, wobei dann allerdings auch der Werkstückträger einen gewissen Weg (im wahrscheinlichsten Fall die Hälfte des Weges) zurücklegen wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt auch darin, dass die Walzrolle nicht einmal sehr exakt gegenüber dem Werkstück ausgerichtet sein müssen. Beim Zufahren nehmen die Nuten das Werkstück auch dann zwischen sich auf und versehen es mit den Kerben und Aufwölbungen, wenn das Werkstück nicht exakt zentrisch bzw. parallel zu den Nuten auf dem Werkstückträger liegt.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass auf einer Walzrolle Nuten mit unterschiedlichen Breiten eingeformt werden können, wobei dadurch auch unterschiedlichen Werkstückdurchmessem Rechnung getragen wird. So kann mit einer oder zwei Walzrollen einer Vielzahl von unterschiedlich dicken Motorwellen bearbeitet werden.
Denkbar ist auch, dass hintereinander mehrere Walzrollen auf einer Achse vorgesehen werden können. Dabei können die Walzrollen wiederum Nuten mit unterschiedlichen Breiten aufweisen.
Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass das gesamte Verfahren auf einer bereits vorhandenen Gewindewalzmaschine verwirklicht werden kann. Es ist lediglich notwendig, dass die bisher bekannten Walzwerkzeuge zum Gewindewalzen durch die erfindungsgemässen Walzrollen mit den achsparallelen Nuten ersetzt werden und dass die Tätigkeit der Gewindewalzmaschine nicht mehr im Abrollen des Werkstückes besteht, sondern die Kerben werden nach dem Festlegen bzw. Festsetzen der Achsen allein durch das Zufahren der beiden Walzrollen hergestellt. Die Walzrollen werden somit nur noch dazu gedreht, damit die sich gegenüberliegenden Nuten aufeinander abgestimmt werden.
Soll bspw. eine Motorwelle an einem Ende zusätzlich noch ein besonderes Profil, wie bspw. eine Schnecke, eine Verzahnung oder ein Gewinde aufweisen, so ist es ebenfalls möglich, auf die entsprechenden Achsen der Gewindewalzmaschine die entsprechenden Walzwerkzeuge aufzubringen. Bei dem ersten Walzwerkzeug kann es sich bspw. um eine Schnecke handeln, wobei diese Walzwerkzeuge entsprechend gedreht werden. Danach wird das Werkstück entweder durch den Werkstückträger oder aber durch Versatz der Walzrollen so in Position gebracht, dass es von den entsprechenden Walzrollen mit den achsparallelen Nuten angegriffen werden kann. Das Ganze kann auf einer einzigen Gewindewalzmaschine geschehen.
Schlussendlich ist es sogar erfindungsgemäss möglich, eine bekannte Gewindewalzmaschine in eine Presse umzurüsten. Dabei werden nicht nur die Walzrollen ersetzt, sondern auch entsprechende Rollspindeln und Walzspindelgehäuse. Statt einem Walzspindelgehäuse, der entsprechenden Rollspindel und der Walzrolle erfolgt die Anordnung einer Werkstückaufnahme, die das zu verformende Werkstück trägt. Auf der anderen Seite werden Walzrolle, Rollspindel und Walzspindelgehäuse durch eine Aufnahme ersetzt, der eine bestimmte Matrize zugeordnet ist. Über diese Matrize wird beim Zufahren der Maschine das Werkstück entsprechend verformt. Die Bewegung kann konventionell durch einen Hydraulikzylinder oder über einen CNC-Hydraulikzylinder (CNC-gesteuerte Einrichtung) ausgeführt werden.

Figurenbeschreibung

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Figur 1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht von Teilen einer Gewindewalzmaschine;
Figur 2 eine teilweise dargestellte Seitenansicht des Ausschnitts aus einer Gewindewalzmaschine gemäss Figur 1 in einer weiteren Gebrauchslage;
Figur 3 einen Querschnitt durch ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren bearbeitetes Werkstück;
Figur 4 eine schematisch dargestellte Teilseitenansicht von weiteren Ausführungsbeispielen von Teilen einer Gewindewalzmaschine.;
Figur 5 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer Gewindewalzmaschine;
Figur 6 eine schematische Seitenansicht einer gemäss der vorliegenden Erfindung umgebauten Gewindewalzmaschine.

Gewindewalzmaschinen sind allgemein bekannt. Nur bspw. wird auf die EP 0 310 898 A1 verwiesen. Für das vorliegende Verfahren werden von der Gewindewalzmaschine in den Figuren 1 und 2 nur zwei Walzrollen 1 und 2 sowie ein Werkstückträger 3 gezeigt.
Jede Walzrolle 1 und 2 besitzt einen Mantel 4, wobei in den Mantel 4 etwa parallel zu einer Achse 5 verlaufende Nuten 6 eingeformt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jede Walzrolle 1 und 2 vier Nuten 6 auf, wobei jede Nut 6 die gleiche Nutbreite b besitzt.
Zwischen den beiden Walzrollen 1 und 2 befindet sich der Werkstückträger 3, auf dem das Werkstück 7 aufliegt. Bei dem Werkstück 7 kann es sich bspw. um eine Motorwelle handeln.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
Zum Aufschrumpfen oder Aufpressen von Rotorpaketen auf die Motorwelle 7 soll diese profiliert werden, damit die Rotorpakete drehfest verankert werden. Hierzu wird die Motorwelle 7 auf den Werkstückträger 3 aufgelegt.
Nunmehr werden zwei sich gegenüberliegende Nuten 6.1 und 6.2 der Walzrollen 1 und 2 auf die Motorwelle 7 ausgerichtet, wobei hierzu die Walzrolle 1 um die Achse 5 und die Walzrolle 2 um die Achse 9 gedreht wird. Dies ist ohne weiteres möglich, da normalerweise auf den Achsen 5 und 9 Gewindewalzrollen festgelegt sind. Das Ausrichten kann über die vorhandene Einstellvorrichtung mechanisch oder elektronisch erfolgen.
Die Achsen 5 und 9 werden nun stillgelegt und in dieser Position festgelegt. Die beiden Walzrollen 1 und 2 werden relativ gegeneinander bewegt, so dass sie nach einem kurzen Weg die Motorwelle 7, wie in Figur 2 gezeigt, zwischen sich aufnehmen, wobei die Motorwelle 7 in die jeweilige Nut 6.1 bzw. 6.2 eintaucht. Bei einem weiteren Bewegen der Walzrollen 1 und 2 gegeneinander kerben sich Nutkanten 10 in das Werkstück 7 ein, so dass vier etwa achsparallel verlaufende Kerben 11.1 bis 11.4 (siehe Figur 3) entstehen. Gleichzeitig findet eine Aufwölbung 12.1 bis 12.4 vor der jeweiligen Nutkante 10 statt. Die Kerben 11.1 bis 11.4 und die Aufwölbungen 12.1 bis 12.4 bilden sehr geeignete Profile zum Festlegen von Rotorpakten auf Motorwellen.
In Figur 4 ist angedeutet, dass eine Kerbe in dem Werkstück 7 auch durch einen Zahn 14 erzeugt werden kann, der von einer Walzrolle 15 abragt. Eine gegenüberliegende Walzrolle 16 besitzt in diesem Fall eine Mulde 17, mit der das Werkstück 7 abgestützt werden kann.
In Figur 5 ist schematisch eine Seitenansicht einer bekannten Gewindewalzmaschine dargestellt, wobei auch hier auf die EP 0 310 898 A1 verwiesen wird. Auf einem Maschinentisch 20 befindet sich zwischen zwei Walzrollen 21 und 22 das zu verformende Werkstück 23. Dieses liegt auf einem Werkstückträger 24 auf.
Jede Walzrolle 21 und 22 sitzt auf einer Rollspindel 25 bzw. 26, die von einem Walzspindelgehäuse 27 bzw, 28 gehalten wird. Das Walzspindelgehäuse 27 sitzt an einer feststehenden Platte 29, während das Walzspindelgehäuse 28 an einer an Führungssäulen 30 und 31 entlang verfahrbaren, bewegbaren Platte 32 zugeordnet ist. Auf der Rückseite dieser bewegbaren Platte 32 ist noch ein Hydraulikzylinder 33 erkennbar. Die Zustellung der bewegbaren Platte 32 erfolgt über eine Spindel 34, welche eine stationäre Platte 35 durchsetzt und von einem Handrad 36 betätigt wird.
Die Walzrollen 21 und 22 werden relativ zueinander bewegt, wobei die Grundeinstellung über die Spindel 34 und die Feineinstellung bzw. das Nachdrücken über den Hydraulikzylinder 33 erfolgt. Dabei drehen die Walzrollen 21 und 22 gleichsinnig, erfassen das Werkstück 23, versetzen dies ebenfalls in Rotation und versehen es mit den gewünschten Profilen.
Gemäss Figur 6 wird nun nach der vorliegenden Erfindung folgender Ersatz vorgenommen:
Walzrolle 21, Rollspindel 24 und Walzspindelgehäuse 27 werden durch eine Werkstückaufnahme 37 zum Fixieren eines Werkstückes 23 ersetzt. Auf der anderen Seite wird die Walzrolle 22, die Rollspindel 26 und das Walzspindelgehäuse 28 durch eine Aufnahme 38 zum Fixieren einer Matrize 39 ersetzt, welche ein entsprechendes Profil zum Verformen des Werkstückes 23 aufweist.
Der Antrieb der Gewindewalzmaschine wird abgeschaltet bzw. ausser Eingriff gebracht. Das Werkstück 23, das mit dem Profil versehen werden soll, sitzt fest in der Werkstückaufnahme 37 fixiert, vorzugsweise hydraulisch gespannt. Die Aufnahme 38 mit der Matrize 39 wird über den Hydraulikzylinder 33 auf das Werkstück 23 zu bewegt und drückt damit das gewünschte Profil in das Werkstück 23. Die Bewegung kann konventionell durch einen Hydraulikzylinder oder über einen CNC-Hydraulikzylinder (CNC-gesteuerte Einrichtung) ausgeführt werden.
Auf diese Art und Weise wird eine bekannte Gewindewalzmaschine in eine Presse umgerüstet.

Bezugszeichenliste

1	Walzrolle	34	Spindel	67
2	Walzrolle	35	stationäre Platte	68
3	Werkstückträger	36	Handrad	69
4	Mantel	37	Werkstückaufnahme	70
5	Achse	38	Aufnahme	71
6	Nut	39	Matrize	72
7	WerkstücklMotorwelle	40		73
8		41		74
9	Achse	42		75
10	Nutkante	43		76
11	Kerben	44		77
12	Aufwölbung	45		78
13		46		79
14	Zahn	47
15	Walzrolle	48
16	Walzrolle	49
17	Mulde	50		b	Breite von 6
18		51
19		52
20	Maschinentisch	53
21	Walzrolle	54
22	Walzrolle	55
23	Werkstück	56
24	Werkstückträger	57
25	Rollspindel	58
26	Rollspindel	59
27	Walzspindelgehäuse	60
28	Walzspindelgehäuse	61
29	Platte	62
30	Führungssäule	63
31	Führungssäule	64
32	bewegbare Platte	65
33	Hydraulikzylinder	66

Claims

Verfahren zum Verformen eines Werkstücks (7) mittels zumindest einer Walzrolle (1, 2, 15, 16), in oder auf deren Mantel (4) zumindest ein formgebendes Mittel (6, 14) ausgeformt wird, wobei die Walzrolle (1, 2, 15, 16) mit dem formgebenden Mittel (6, 14) auf das Werkstück (7) ausgerichtet, festgelegt und sodann gegen das Werkstück (7) gefahren und dieses verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Walzrollen (1, 2 bzw. 15, 16) auf das Werkstück (7) ausgerichtet, festgelegt und sodann gegen das Werkstück (7) gefahren werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Walzrolle (16) als eine Werkstückaufnahme ausgebildet und die andere Walzrolle (15) mit dem formgebenden Mittel (14) versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzrolle (15) mit zumindest einer Erhöhung (14) als formgebendes Mittel versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzrolle (1, 2) mit zumindest einer Vertiefung (6, 6.1,.6.2) als formgebendes Mittel versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Walzrollen (1, 2) mit jeweils einer gegeneinander ausgerichteten, achsparallelen Nut (6.1, 6.2) relativ gegeneinander bewegt werden, wobei die beiden Nuten (6.1, 6.2) das Werkstück (7) zwischen sich aufnehmen, während sich die Nutkanten (10) in das Werkstück (7) einkerben.
Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks (7) mittels zumindest einer auf das Werkstück (7) hin verfahrbaren Walzrolle (1, 2, 15, 16), dadurch gekennzeichnet, dass in den oder auf dem Mantel (4) der Walzrolle (1, 2, 15, 16) zumindest ein formgebendes Mittel (6,14) ausgeformt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das formgebende Mittel eine Erhöhung (14) oder eine Vertiefung (6, 6.1, 6.2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von unterschiedlichen formgebenden Mittel (6, 6.1, 6.2, 14) in oder auf der Walzrolle (1, 2, 15) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei Walzrollen (1, 2 bzw. 15, 16) gegenüberliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Walzrolle (16) als Werkstückträger oder-halter ausgebildet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer Walzrolle (1, 2, 15, 16) an deren Achse (5, 9) zumindest eine weitere Walzrolle zugeordnet ist, welche ebenfalls zumindest ein formgebendes Mittel (6, 6.1, 6.2, 14) und/oder einen Werkstückträger oder -halter (17) aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Mantel (4) der Walzrolle (1, 2) eine Mehrzahl von achsparallelen Nuten (6) eingeformt sind, welche eine unterschiedliche Nutbreite (b) aufweisen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzrolle (1, 2) zumindest eine weitere Walzrolle auf derselben Achse (5, 9) zugeordnet ist, welche zumindest eine Nut (6) mit einer anderen Nutbreite (b) als diejenige der ersten Walzrolle (1, 2) aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzrolle (1, 2) zumindest eine weitere drehbare Rolle zur Erzeugung einer gewünschten Profilierung auf dem Werkstück zugeordnet ist.
Verwendung einer Gewindewalzmaschine zum Verformen von einem Werkstück (23) mit Werkzeugen (38, 39), welche die Walzrollen (21, 22) ersetzen.
Verwendung einer Gewindewalzmaschine zum Einbringen von achsparallelen Kerben (11.1 bis 11.4) in ein Werkstück (7), bspw. in eine Motorwelle (7).