EP2274119A1 - Vorrichtung und spanloses umformungsverfahren zum einbringen eines aussenprofils in ein werkstück - Google Patents

Vorrichtung und spanloses umformungsverfahren zum einbringen eines aussenprofils in ein werkstück

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Publication number
EP2274119A1
EP2274119A1 EP09732947A EP09732947A EP2274119A1 EP 2274119 A1 EP2274119 A1 EP 2274119A1 EP 09732947 A EP09732947 A EP 09732947A EP 09732947 A EP09732947 A EP 09732947A EP 2274119 A1 EP2274119 A1 EP 2274119A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
profiling tool
locking element
profile
tool
Prior art date
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Ceased
Application number
EP09732947A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd-Arno Behrens
Hagen Schmidt
Philip Silberkuhl
Dietmar Schnier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leibniz Universitaet Hannover
Original Assignee
Leibniz Universitaet Hannover
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leibniz Universitaet Hannover filed Critical Leibniz Universitaet Hannover
Publication of EP2274119A1 publication Critical patent/EP2274119A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H3/00—Making helical bodies or bodies having parts of helical shape
    • B21H3/02—Making helical bodies or bodies having parts of helical shape external screw-threads ; Making dies for thread rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H3/00—Making helical bodies or bodies having parts of helical shape
    • B21H3/02—Making helical bodies or bodies having parts of helical shape external screw-threads ; Making dies for thread rolling
    • B21H3/04—Making by means of profiled-rolls or die rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H7/00—Making articles not provided for in the preceding groups, e.g. agricultural tools, dinner forks, knives, spoons
    • B21H7/18—Making articles not provided for in the preceding groups, e.g. agricultural tools, dinner forks, knives, spoons grooved pins; Rolling grooves, e.g. oil grooves, in articles
    • B21H7/187—Rolling helical or rectilinear grooves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/53—Means to assemble or disassemble
    • Y10T29/53961—Means to assemble or disassemble with work-holder for assembly

Definitions

  • the invention relates to a device having at least one profiling tool having an outer profile for introducing an outer profile, in particular an outer thread, into a workpiece having a circular cross-sectional area by non-cutting shaping, in particular by rolling or rolling. Furthermore, the invention relates to a non-cutting deformation process for introducing an outer profile into a workpiece by means of such a device.
  • Rolling external profiles is understood to mean the non-cutting production of external profiles by cold forming, in which the profile is rolled into the surface of the corresponding blank.
  • the forming is based on the generation of compressive stresses by one or more on the workpiece imaging tools.
  • Thread rolling is mainly used in the industrial manufacture of screws and threaded spindles or bolts.
  • the rolling of an outer profile can be done with round tools in Einstech- or continuous process.
  • the pair of jaws When thread rolling with flat tools, the pair of jaws has the thread counter-profile with the pitch angle of the thread, with one jaw firmly and the other is movable. The workpiece is then rolled between the flat jaws.
  • the thread rolling with round tools can be done by piercing or continuous process.
  • the workpiece is held by a ruler during the piercing process and stretched between points in the continuous process.
  • the rollers In the piercing process, the rollers have a counter-profile with the same pitch angle as the rolled thread.
  • the axes of rotation of the workpiece and the tools must be parallel to each other. Each pair of rollers can only be used for a specific thread.
  • the profiling tools In the continuous process, the profiling tools have juxtaposed, gradual thread profiles. They are pivoted about the required pitch angle around the horizontal longitudinal axis. The use is possible to a limited extent even with smaller workpiece diameters.
  • DE 77 38 892 U 1 relates to a device for producing threads on workpieces, in particular pipes.
  • the device has a frame, whose mutually parallel longitudinal parts are formed like a slide rail, and a slidable on these longitudinal parts slide with attached motor.
  • the device has a clamping device for clamping the workpiece coaxially with the axis of the rolling head.
  • a plurality of elongated ribs are provided, each of which has a working profile at one edge, with which a blank of a fastening device is machined, wherein a thread is produced by rolling on the blank.
  • the ribs are arranged side by side and fixed to each other, wherein the working profile for forming a tool is arranged on the same side.
  • WO 01/68288 A1 discloses a thread rolling device which has two profiling tools with radial infeed. From DE 32 45 266 A1 a thread rolling approach with radial feed with two jaw members is known, which are each equipped with means for supporting a profiling tool at one end and a roller attached to the other end. The jaw members are pivotally mounted on the housing opposite each other.
  • thread pressing is already used for producing round threads in thinner sheets.
  • the thread is pressed by two profiled rollers in the workpiece.
  • Dies or cutting dies are generally used for hand cutting and low accuracy threads. With cutting dies, turning back is no longer necessary.
  • the die is used exclusively for cutting external threads and has three or more cutting edges inside. Between the cutting cavities are incorporated, which roll and dissipate the resulting chips. The cutting edges are serrated and geometrically represent the nut thread.
  • the workpiece For cutting an external thread, the workpiece must already have the nominal diameter of the desired thread.
  • the workpiece is fixed on one side with a non-rotatable attachment, the die is attached and rotated until the desired thread length is reached.
  • Hexagonal cutting tools are also known from the prior art in order to move the cutting iron in inaccessible places by means of a ring or wrench.
  • a disadvantage of such mobile deployable devices for thread cutting is on the one hand, that the threads can be introduced only beginning at a free end.
  • DE 699 13 633 T describes a shape of a pipe cutter, which is designed as a mobile mit Geneva hand device.
  • the pipe cutter is equipped with a cutting roller and two opposite, forming a locking element pressure rollers.
  • a threaded rod mounted in a threaded sleeve allows relative movement of the cutting roller relative to the pressure rollers by means of a handle. These are therefore machining operations.
  • the invention is based on the object to provide a much improved, mobile deployable device.
  • the device should in particular allow the introduction of outer profiles preferably external threads in such workpieces, which are held stationary at both ends.
  • the invention has the object to provide a suitable method for introducing such an outer profile method.
  • the first object is achieved with a device according to the features of claim 1.
  • the further embodiment of the invention can be found in the dependent claims.
  • the workpiece between the profiling tool and the locking element tangentially inserted and removed, wherein the profiling tool has a stepless profile and depending on a desired pitch angle of an outer profile to be introduced within a Kraft Wegebene relative to the longitudinal axis of the workpiece with an adjustable inclination angle can be positioned.
  • locking element and profiling tool in a power flow level so that no bending moments or tilting moments on the workpiece to be machined arise by a locking operation, which as a byproduct also profiling short, radially accessible workpieces allows.
  • this makes it possible for the first time to manually introduce an external thread into a workpiece whose ends are bordered or inaccessible or in which the external thread is to be introduced only into a specific section between the end regions.
  • the advantageous properties of chipless machining can be utilized by means of the device according to the invention, so that substantially improved properties of the external thread thus introduced can be realized.
  • the slope is realized by tilting the tool axis.
  • any length of thread can be rolled, the tool can be performed with only a few guide edges, so as to increase the pressure or to reduce the delivery force.
  • all essentially cold-workable materials including special hard materials, are suitable as workpiece material.
  • the profile is introduced without cutting after delivery with a predetermined feed force in the working position by turning the entire device around the workpiece longitudinal axis, wherein the profile geometry to be created by the profiling tool in terms of tread depth and profile shape is clearly predefined. Tilting or imprecise insertion of a profile is virtually impossible.
  • the geometry of the workpiece in this case only requires a substantially circular cross-sectional area, which may also be tubular or may consist of a solid material. An electrical power supply is not required, so that a variety of applications are given for example under water or in alpine areas.
  • a particularly practical embodiment of the invention is also achieved in that the locking element on its side facing the profiling tool an angle between 35 ° and 160 ° describes.
  • the locking element can be fixed, for example adjustable or replaceable on the device.
  • the locking element also proves to be particularly expedient if the locking element has a groove, so that the groove flanks symmetrically surround the workpiece.
  • the groove flanks preferably include an angle between 35 ° and 160 °, in particular between 80 ° and 140 °.
  • an embodiment of the present invention in which the locking element has at least one pressure roller opposite the profiling tool in order to minimize the friction occurring during rolling is particularly advantageous.
  • the pressure roller preferably has a cylindrical geometry without profiling; but also the execution of a pressure roller as a profiling tool is conceivable, so that therefore the locking element also has a profiling. This can intervene, for example, in the interstices of the previously introduced outer profile, so as to improve the transmission of power by means of the locking element.
  • the selection of materials takes into account the framework conditions that exclude both brittle and very soft materials.
  • the locking element consists at least in sections of a material with a reduced sliding friction, so that the manual operation of the device is connected with little effort, resulting in a reduction of torsional stresses in the interior of the workpiece.
  • the arresting element serving as an abutment can be coated, for example, with a vapor coating or made curable so as to achieve a reduction in wear or to be able to dispense with lubricant.
  • the locking element or the pressure roller consist at least in the region of a contact surface with the workpiece of a low-plastic material, wherein a contact surface of the locking element or the pressure roller can be designed as a replaceable wear part.
  • the profiling tool can have a counter-profile with a pitch angle to be introduced into the workpiece.
  • the profiling tool has a stepless profile and depending on a desired pitch angle of an outer profile to be introduced within a Kraft Wegebene relative to the longitudinal axis of the workpiece with an inclination positionable, so as to enable the use of other workpiece diameters.
  • the inclination angle is adjustable. In this way, even individual or non-standard exterior profiles can be realized.
  • the profiling tool is releasably, in particular interchangeably fixed by means of a holder to the device so as to be able to make an effortless replacement of the profiling tool as needed.
  • the tool is for this purpose connected in particular by means of a quick release with the holder.
  • the locking element can be arranged displaceably on the device by means of a guide rail so as to be able to realize the relative delivery of the profiling tool relative to the locking element with little effort.
  • the locking element is guided immovably in the rail, which at the same time has, for example, a recess designed as a receptacle for the stop.
  • the delivery could be done by means of an eccentric.
  • the profiling tool and the locking element could be made deliverable relative to each other by means of a particular electromotive actuator.
  • the locking element can be delivered by means of a threaded rod or spindle mounted in a threaded sleeve so as to achieve a further adjustment range for inserting and removing different workpieces while maintaining a very fine, stepless adjustment.
  • the shaping for initiating the rotational movement of the device about the workpiece longitudinal axis could be equipped with a polygonal recess for a commercially available tool, for example a torque wrench.
  • the device has at least one lever arm, which carries a handle for manual transmission of the rotational movement around the workpiece, so that the device can easily be rotated by the operator with little effort around the workpiece longitudinal axis.
  • the lever arm can be extended as needed, for example, be made telescopic.
  • the threaded rod has a handle carrying the end portion, so that the threaded rod at the same time forms the lever arm for the pivotal movement of the device.
  • the design effort for the preparation of the device can be further reduced.
  • the second-mentioned object to provide a method suitable for introducing such an external thread, is achieved according to the invention with a chipless forming method for introducing an external thread into a workpiece by means of the device, in which a rest position is initially set, in which a locking element relative to an opposing profiling tool is spaced, and the workpiece is introduced radially between the profiling tool and the locking element, then the profiling tool and the locking element are delivered relative to each other until the desired feed force is transmitted to the workpiece, and finally introduced the external thread by a rotational movement of the device about the workpiece longitudinal axis becomes.
  • the external thread can be introduced into a workpiece inaccessible at both ends.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention in a rest position in a perspective view.
  • FIG. 2 shows a pressure roller or profiling tool and a locking element of the device shown in FIG. 1 in a working position when an external thread is introduced into a workpiece;
  • FIG. 3 shows in an enlarged side view a locking element equipped with two pressure rollers for the device shown in FIG.
  • the inventive device for profile rolling or rolling certain device 1 for chipless introduction of an external thread in a workpiece 2 is shown below with reference to Figures 1 to 3 in more detail.
  • the device 1 is designed as a portable mobile hand-held device, so as to enable an on-site use, in particular for stationary workpieces 2.
  • a Profiltechnikstechnikmaschinees 3 having the profile opposite a deliverable in the direction of the profiling tool 3 locking element 4 by means of a threaded sleeve 5 mounted in a threaded rod 6 slidably disposed.
  • the locking element 4 consists of a low-wear material and has a groove 7, whose Groove base 8 parallel to the longitudinal axis 9 of the workpiece 2 extends.
  • the locking element 4 additionally has at least one pressure roller 10 lying opposite the profiling tool 3.
  • the workpiece 2 shown in FIG. 2 can be introduced from above between the profiling tool 3 and the locking element 4, so that the outer profile can be introduced into any position on the workpiece 2.
  • the threaded rod 6 has a handle 11 so as to introduce the outer profile in the desired shape by a rotational movement of the device 1.
  • the profiling tool 3 is fixed by means of a holder 12 releasably attached to the device 1.
  • a holder 12 releasably attached to the device 1.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein spanloses Umformungsverfahren zum Einbringen eines Außenprofils in ein Werkstück (2). Die Vorrichtung (1) ist als ein mobil mitführbares Handgerät ausgeführt, um so einen Einsatz vor Ort, insbesondere bei ortsfesten Werkstücken (2) zu ermöglichen. Dem Arretierungselement (4) ist dabei ein Profilierungswerkzeug (3) gegenüber angeordnet. Beide liegen innerhalb einer Kraftflussebene. Das Arretierungselement (4) besteht aus einem verschleißarmen Material und weist eine Nut auf, deren Nutengrund parallel zu der Längsachse (9) des Werkstücks (2) verläuft. In einer Ruheposition kann das Werkstück (2) zwischen dem Profilierungswerkzeug (3) und dem Arretierungselement (4) eingeführt werden. Zur manuellen Übertragung der Drehbewegung beim Einbringen des Außenprofils hat die Gewindestange (6) einen Handgriff (11), um so das Außenprofil durch eine entsprechende Drehbewegung der Vorrichtung (1) einzubringen. Auf diese Weise können Außenprofile an nahezu beliebigen Werkstücken (2) mit kreisförmiger Querschnittsfläche ohne eine Reduzierung der Dauerfestigkeit problemlos eingebracht werden.

Description

Vorrichtung und spanloses Umformungsverfahren zum Einbringen eines Außenprofils in ein Werkstück
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zumindest einem ein Außenprofil aufweisenden Profilierungswerkzeug zum Einbringen eines Außenprofils, insbesondere eines Außengewindes, in ein Werkstück mit kreisförmiger Querschnittsfläche durch spanlose Umformung, insbesondere durch Walzen bzw. Rollen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein spanloses Um- formungsverfahren zum Einbringen eines Außenprofils in ein Werkstück mittels einer solchen Vorrichtung.
Unter dem Rollen von Außenprofilen versteht man die spanlose Fertigung von Außenprofilen durch Kaltumformung, bei der das Profil in die Oberfläche des entsprechenden Rohteils ge- walzt wird.
Die Umformung beruht auf der Erzeugung von Druckspannungen durch ein oder mehrere sich auf dem Werkstück abbildende Werkzeuge.
Die Vorteile gegenüber der spanenden Herstellung liegen vor allem in der höheren Dauerfestigkeit durch den nicht unterbrochenen Faserverlauf und eine zugleich erzielbare Oberflächenverfestigung.
Die Korngrenzen werden dabei, anders als beim Schneiden, nicht unterbrochen; weiterhin ist die Kerbempfindlichkeit ebenso wie aufgrund der glatteren Oberfläche die Reibung reduziert. Das Gewindewalzen wird hauptsächlich bei der industriellen Herstellung von Schrauben und Gewindespindeln oder -bolzen angewandt. Das Walzen eines Außenprofils kann mit Rundwerkzeugen im Einstech- oder Durchlaufverfahren erfolgen.
Zur Herstellung großer Losgrößen bei der Fertigung von genormten Muttern und Schrauben werden in der Praxis Kaltumformverfahren eingesetzt.
Beim Gewindewalzen mit Flachwerkzeugen besitzt das Backenpaar das Gewindegegenprofil mit dem Steigungswinkel des Gewindes, wobei eine Backe fest und die andere beweglich ist. Das Werkstück wird dann zwischen den flachen Backen gewalzt.
Das Gewindewalzen mit Rundwerkzeugen kann durch Einstech- oder Durchlaufverfahren erfolgen. Das Werkstück wird beim Einstechverfahren mit einem Lineal gehalten und beim Durchlaufverfahren zwischen Spitzen gespannt. Beim Einstechverfahren weisen die Walzen ein Gegenprofil mit dem gleichen Steigungswinkel wie das gerollte Gewinde auf. Die Drehachsen des Werkstücks und der Werkzeuge müssen zueinander parallel stehen. Jedes Rollenpaar kann nur für ein ganz bestimmtes Gewinde verwendet werden.
Beim Durchlaufverfahren weisen die Profilierungswerkzeuge nebeneinander liegende, stei- gungslose Gewindeprofile auf. Sie werden um den benötigten Steigungswinkel um die horizontale Längsachse geschwenkt. Die Verwendung ist in beschränktem Maß auch bei kleineren Werkstückdurchmessern möglich.
Die DE 77 38 892 U 1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Gewinden auf Werkstücken, insbesondere Rohren. Die Vorrichtung hat ein Rahmengestell, deren zueinander parallele Längsteile gleitschienenförmig ausgebildet sind, und einen auf diesen Längsteilen verschiebbaren Schlitten mit daran befestigtem Motor. Weiterhin hat die Vorrichtung eine Spannvorrichtung zum Einspannen des Werkstücks koaxial zur Achse des Rollkopfs. Dabei sind mehrere längliche Rippen vorgesehen, die jeweils an einem Rand ein Arbeitsprofil auf- weisen, mit welchem ein Rohling einer Befestigungseinrichtung bearbeitet wird, wobei auf dem Rohling ein Gewinde durch Rollen hergestellt wird. Die Rippen sind nebeneinander angeordnet und zueinander festgelegt, wobei das Arbeitsprofil zur Ausbildung eines Werkzeugs auf der gleichen Seite angeordnet ist.
Ferner offenbart auch bereits die WO 01/68288 A1 eine Gewinderollvorrichtung, die zwei Profilierungswerkzeuge mit radialer Zustellung aufweist. Durch die DE 32 45 266 A1 ist ein Gewindewalzansatz mit Radialzustellung mit zwei Backenelementen bekannt, die jeweils mit Mitteln zur Lagerung eines Profilierungswerkzeugs an einem Ende sowie einer an dem anderen Ende befestigten Rolle ausgestattet sind. Die Backenelemente sind auf dem Gehäuse einander gegenüber schwenkbar gelagert.
Ferner wird auch bereits ein als Gewindedrücken bekanntes Verfahren zur Herstellung von Rundgewinden in dünneren Blechen verwendet. Das Gewinde wird dabei durch zwei profilierte Walzen in das Werkstück gedrückt.
Gemeinsam ist den vorgenannten Vorrichtungen, dass es sich dabei um Anlagen für den industriellen Einsatz handelt. Ein mobiler Einsatz vor Ort, insbesondere bei ortsfesten Einrichtungen, ist daher nicht möglich.
Femer ist der Einsatz solcher Vorrichtungen ohne eine elektrische Energieversorgung aus- geschlossen.
Sofern Gewinde vor Ort in Rohre oder Stangen, beispielsweise für Installations- oder Montagezwecke, eingebracht werden müssen, wird in der Praxis ausschließlich das Gewindeschneiden mittels Schneideisen oder Schneidkluppen eingesetzt.
Schneideisen oder Schneidkluppen werden im Allgemeinen zum Schneiden von Hand und bei Gewinden mit geringen Genauigkeitsanforderungen verwendet. Bei Schneidkluppen entfällt das Zurückdrehen. Das Schneideisen dient ausschließlich zum Schneiden von Außengewinden und weist innen drei oder mehr Schneiden auf. Zwischen den Schneiden sind Hohlräume eingearbeitet, welche die entstehenden Späne rollen und abführen. Die Schneiden sind gezahnt und stellen geometrisch das Muttergewinde dar.
Zum Schneiden eines Außengewindes muss das Werkstück bereits den Nenndurchmesser des gewünschten Gewindes haben. Das Werkstück wird mit der Seite einseitig drehfest fi- xiert, das Schneideisen angesetzt und so lange gedreht, bis die gewünschte Gewindelänge erreicht ist.
Aus dem Stand der Technik sind ferner auch sechseckige Schneideisen bekannt, um das Schneideisen an unzugänglichen Stellen mittels eines Ring- oder Maulschlüssels bewegen zu können. Nachteilig bei solchen mobil einsetzbaren Vorrichtungen zum Gewindeschneiden ist einerseits, dass die Gewinde lediglich beginnend an einem freien Ende eingebracht werden können.
An einem beidseitig eingefassten Werkstück kann also kein Gewinde eingebracht werden. Andererseits kommt es aufgrund der spanenden Bearbeitung beim Gewindeschneiden zu einer Reduzierung der Materialstärke und somit der Festigkeit.
Die DE 699 13 633 T beschreibt eine Form eines Rohrschneiders, der als ein mobil mitführ- bares Handgerät ausgeführt ist. Der Rohrschneider ist mit einer Schneidrolle sowie zwei gegenüberliegenden, ein Arretierungselement bildenden Andrückrollen ausgestattet. Eine in einer Gewindehülse gelagerte Gewindestange ermöglicht mittels eines Handgriffs eine relative Zustellung der Schneidrolle gegenüber den Andrückrollen. Hierbei handelt es sich folglich um spanende Bearbeitungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine wesentlich verbesserte, mobil einsetzbare Vorrichtung zu schaffen.
Die Vorrichtung soll dabei insbesondere das Einbringen von Außenprofilen vorzugsweise Außengewinden in solche Werkstücke ermöglichen, die an beiden Enden ortsfest gehalten sind.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zum Einbringen eines solchen Außenprofils geeignetes Verfahren zu schaffen.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist das Werkstück zwischen dem Profilierungswerkzeug und dem Arretierungselement tangential einführbar und entnehmbar, wobei das Profilierungswerkzeug ein steigungsloses Profil aufweist und in Abhängigkeit eines gewünschten Steigungswinkels eines einzubringenden Außenprofils innerhalb einer Kraftflussebene gegenüber der Längsachse des Werkstücks mit einem einstellbaren Neigungswinkel positionierbar ist. Hierbei liegen Arretierungselement und Profilierungswerkzeug in einer Kraftflussebene, sodass durch einen Arretierungsvorgang keine Biegemomente oder Kippmomente am zu bearbeitenden Werkstück entstehen, was als Nebenerscheinung auch die Profilierung kurzer, radial zugänglicher Werkstücke ermöglicht. Erfindungsgemäß wird es dadurch erstmals möglich, manuell ein Außengewinde in ein Werkstück einzubringen, dessen Enden eingefasst oder unzugänglich sind oder bei denen das Außengewinde lediglich in einen bestimmten Abschnitt zwischen den Endbereichen eingebracht werden soll. Zugleich können die vorteilhaf- ten Eigenschaften der spanlosen Bearbeitung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung genutzt werden, sodass sich wesentlich verbesserte Eigenschaften des so eingebrachten Außengewindes realisieren lassen. Die Steigung wird dabei durch ein Verkippen der Werkzeugachse realisiert. Dadurch können beliebig lange Gewinde gerollt werden, wobei das Werkzeug mit nur wenigen Führungsflanken ausgeführt werden kann, um so den Druck zu erhöhen bzw. die Zustellkraft zu verringern. Als Werkstückmaterial eignen sich grundsätzlich alle im Wesentlichen kaltumformbaren Werkstoffe, auch besondere harte Werkstoffe.
In überraschend einfacher Weise wird dabei nach erfolgter Zustellung mit einer vorbestimmten Zustellkraft in der Arbeitsposition durch Drehen der gesamten Vorrichtung um die Werk- Stücklängsachse das Profil spanlos eingebracht, wobei die zu schaffende Profilgeometrie durch das Profilierungswerkzeug im Hinblick auf die Profiltiefe sowie Profilform eindeutig vordefiniert ist. Ein Verkanten oder unpräzises Einbringen eines Profils ist praktisch unmöglich. Die Geometrie des Werkstücks erfordert dabei lediglich eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsfläche, die auch rohrförmig ausgeführt sein oder aus einem Vollmaterial bestehen kann. Eine elektrische Energieversorgung ist dabei nicht erforderlich, sodass vielfältige Einsatzmöglichkeiten beispielsweise unter Wasser oder in alpinen Gebieten gegeben sind.
Eine besonders praxisgerechte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass das Arretierungselement an seiner dem Profilierungswerkzeug zugewandten Seite einen Winkel zwischen 35° und 160° beschreibt. Hierdurch wird das Werkstück zuverlässig in der gewünschten Winkelstellung gehalten, wobei die negative Keilform innerhalb eines bestimmten Größenbereichs beliebige Außendurchmesser des Werkstücks arretieren kann. Außerdem kann das Arretierungselement beispielsweise einstellbar oder austauschbar an der Vorrichtung fixiert werden.
Das Arretierungselement erweist sich zudem als besonders zweckmäßig gestaltet, wenn das Arretierungselement eine Nut aufweist, sodass die Nutenflanken das Werkstück symmetrisch einfassen. Die Nutenflanken schließen dabei bevorzugt einen Winkel zwischen 35° und 160°, insbesondere zwischen 80° und 140° ein. Besonders vorteilhaft ist demgegenüber auch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher das Arretierungselement zumindest eine dem Profilierungswerkzeug gegenüberliegende Andrückrolle aufweist, um so die beim Rollen auftretende Reibung zu minimieren.
Die Andrückrolle weist dabei bevorzugt eine zylindrische Geometrie ohne eine Profilierung auf; genauso ist aber auch die Ausführung einer Andrückrolle als Profilierungswerkzeug denkbar, sodass also das Arretierungselement ebenfalls eine Profilierung aufweist. Diese kann beispielsweise in die Zwischenräume des zuvor eingebrachten Außenprofils eingreifen, um so die Kraftübertragung mittels des Arretierungselementes zu verbessern.
Die Materialauswahl erfolgt unter Beachtung der Rahmenbedingungen, die sowohl spröde als auch sehr weiche Materialien ausschließen.
Besonders sinnvoll ist es, wenn das Arretierungselement zumindest abschnittsweise aus einem Material mit einem verminderten Gleitreibungswiderstand besteht, sodass die manuelle Betätigung der Vorrichtung mit geringem Kraftaufwand verbunden ist, was eine Verminderung von Torsionsspannungen im Inneren des Werkstücks zur Folge hat.
Das als Gegenhalter dienende Arretierungselement kann sowohl beispielsweise mit einer Dampfbeschichtung beschichtet als auch härtbar ausgeführt sein, um so eine Verschleißreduktion zu erreichen oder auf Schmiermittel verzichten zu können.
Das Arretierungselement oder die Andrückrolle bestehen dabei zumindest in dem Bereich einer Kontaktfläche mit dem Werkstück aus einem verscheißarmen Werkstoff, wobei eine Kontaktfläche des Arretierungselements oder die Andrückrolle als ein austauschbares Verschleißteil ausgeführt sein kann.
Grundsätzlich kann das Profilierungswerkzeug ein Gegenprofil mit einem in das Werkstück einzubringenden Steigungswinkel aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn das Profilierungswerkzeug ein steigungsloses Profil aufweist und in Abhängigkeit eines gewünschten Steigungswinkels eines einzubringenden Außenprofils innerhalb einer Kraftflussebene gegenüber der Längsachse des Werkstückes mit einem Neigungswinkel positionierbar ist, um so die Verwendung auch bei anderen Werkstückdurchmessern zu ermöglichen.
Zur Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse, insbesondere der gewünschten Profilsteigung eines einzubringenden Profils, ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Neigungswinkel einstellbar ist. Auf diese Weise lassen sich selbst individuelle oder nicht normgerechte Außenprofile realisieren.
Außerdem ist es empfehlenswert, wenn das Profilierungswerkzeug mittels einer Halterung lösbar, insbesondere austauschbar an der Vorrichtung fixiert ist, um so bedarfsweise einen mühelosen Austausch des Profilierungswerkzeugs vornehmen zu können. Das Werkzeug ist hierzu insbesondere mittels eines Schnellverschlusses mit der Halterung verbunden.
In einfacher Weise kann dabei das Arretierungselement mittels einer Führungsschiene ver- schiebbar an der Vorrichtung angeordnet sein, um so die relative Zustellung des Profilierungswerkzeugs relativ zu dem Arretierungselement mit geringem Aufwand zu realisieren. Bevorzugt ist das Arretierungselement unverschiebbar in der Schiene geführt, die zugleich eine beispielsweise als Ausnehmung ausgeführte Aufnahme für den Anschlag aufweist. Auch könnte die Zustellung mittels eines Exzenters erfolgen.
Selbstverständlich könnten das Profilierungswerkzeug und das Arretierungselement relativ zueinander mittels eines insbesondere elektromotorischen Stellgliedes zustellbar ausgeführt sein. Besonders praxisnah ist es demgegenüber jedoch, wenn das Arretierungselement mittels einer in einer Gewindehülse gelagerten Gewindestange oder -spindel zustellbar ist, um so einen weiteren Verstellbereich zum Einführen und Entnehmen verschiedener Werkstücke bei einer zugleich sehr feinen, stufenlosen Einstellmöglichkeit zu erreichen.
Die Ausformung zur Einleitung der Drehbewegung der Vorrichtung um die Werkstücklängsachse könnte für ein handelsübliches Werkzeug, beispielsweise einen Drehmomentschlüs- sei, mit einer eckigen Ausnehmung ausgestattet sein.
Besonders einfach ist es hingegen, wenn die Vorrichtung zumindest einen zur manuellen Übertragung der Drehbewegung um das Werkstück bestimmten, einen Handgriff tragenden Hebelarm aufweist, sodass die Vorrichtung von dem Bediener problemlos mit geringem Kraftaufwand um die Werkstücklängsachse gedreht werden kann. Dabei erleichtern beispielsweise zwei gegenüberliegende Hebelarme die Handhabung der Vorrichtung. Selbstverständlich kann der Hebelarm bedarfsweise verlängerbar, beispielsweise teleskopierbar ausgeführt sein.
Dabei ist es von Vorteil, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Gewindestange einen den Handgriff tragenden Endabschnitt aufweist, sodass die Gewindestange zugleich den Hebelarm für die Schwenkbewegung der Vorrichtung bildet. Der konstruktive Aufwand zur Herstellung der Vorrichtung kann dadurch weiter verringert werden.
Die zweitgenannte Aufgabe, ein zum Einbringen eines solchen Außengewindes geeignetes Verfahren zu schaffen, wird erfindungsgemäß mit einem spanlosen Umformungsverfahren zum Einbringen eines Außengewindes in ein Werkstück mittels der Vorrichtung gelöst, bei dem zunächst eine Ruheposition eingestellt wird, in welcher ein Arretierungselement relativ zu einem gegenüberliegenden Profilierungswerkzeug beabstandet ist, und das Werkstück radial zwischen dem Profilierungswerkzeug und dem Arretierungselement eingeführt wird, anschließend das Profilierungswerkzeug und das Arretierungselement relativ zueinander zugestellt werden, bis die gewünschte Zustellkraft auf das Werkstück übertragen wird, und schließlich das Außengewinde durch eine Drehbewegung der Vorrichtung um die Werkstücklängsachse eingebracht wird. Auf diese Weise kann das Außengewinde in ein an beiden Enden unzugängliches Werkstück eingebracht werden.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ruheposition in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 2 eine Andrückrolle oder Profilierungswerkzeug und ein Arretierungselement der in der Figur 1 gezeigten Vorrichtung in einer Arbeitsposition beim Einbringen eines Außengewindes in ein Werkstück;
Fig. 3 in einer vergrößerten Seitenansicht ein mit zwei Andrückrollen ausgestattetes Arretierungselement für die in der Figur 1 gezeigte Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße, zum Profilwalzen bzw. -rollen bestimmte Vorrichtung 1 zum spanlosen Einbringen eines Außengewindes in ein Werkstück 2 wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 näher dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist als ein mobil mitführbares Handgerät ausgeführt, um so einen Einsatz vor Ort, insbesondere bei ortsfesten Werkstücken 2, zu ermöglichen. Einem das Profil aufweisenden Profilierungswerkzeug 3 gegenüberliegend ist ein in Richtung des Profilierungswerkzeugs 3 zustellbares Arretierungselement 4 mittels einer in einer Gewindehülse 5 gelagerten Gewindestange 6 verschiebbar angeordnet. Der Arretierungselement 4 besteht aus einem verschleißarmen Material und weist eine Nut 7 auf, deren Nutengrund 8 parallel zu der Längsachse 9 des Werkstücks 2 verläuft. Alternativ kann, wie in der Figur 3 in einer Arbeitsposition der Vorrichtung 1 gezeigt, das Arretierungselement 4 zusätzlich zumindest eine der Profilierungswerkzeug 3 gegenüberliegende Andrückrolle 10 aufweisen.
In der in der Figur 1 gezeigten Ruheposition ist das in der Figur 2 gezeigte Werkstück 2 zwischen dem Profilierungswerkzeug 3 und dem Arretierungselement 4 von oben einführbar, sodass das Außenprofil in eine beliebige Position an dem Werkstück 2 eingebracht werden kann. Zur manuellen Übertragung der Drehbewegung beim Einbringen des Außenprofils hat die Gewindestange 6 einen Handgriff 11, um so das Außenprofil in der gewünschten Form durch eine Drehbewegung der Vorrichtung 1 einzubringen.
Zur Anpassung an unterschiedliche Werkstückdurchmesser ist das Profilierungswerkzeug 3 mittels einer Halterung 12 lösbar an der Vorrichtung 1 fixiert. Hierdurch können Außenprofile an nahezu beliebigen Werkstücken 2 mit kreisförmiger Querschnittsfläche ohne eine Reduzierung der Dauerfestigkeit problemlos eingebracht werden.

Claims

^PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (1) mit zumindest einem Profilierungswerkzeug (3) zum Einbringen eines Außenprofils in ein Werkstück (2) durch spanlose Umformung, die als ein mobil mitführbares Handgerät ausgeführt ist, und wobei das Profilierungswerkzeug (3) in einer Kraftflussebene gegenüberliegend einem Arretierungselement (4) angeordnet ist, wobei das Profilierungswerkzeug (3) und das Arretierungselement (4) relativ zueinander zustellbar sind und zumindest eine Ruheposition einstellbar ist, in welcher ein Werkstück (2) zwischen dem Profilierungswerkzeug (3) und dem Arretierungselement (4) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) zwischen dem Profilierungswerkzeug (3) und dem Arretierungselement (4) tangential einführbar und entnehmbar ist und das Profilierungswerkzeug (3) ein steigungsloses Profil aufweist und in Abhängigkeit eines gewünschten Steigungswinkels eines einzubringenden Außenprofils innerhalb einer Kraftflussebene gegenüber der Längsachse des Werkstücks (2) mit einem einstellbaren Neigungswinkel positionierbar ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (4) an seiner dem Profilierungswerkzeug (3) zugewandten Seite einen Winkel zwischen 35° und 140 ° aufweist.
3. Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (4) mindestens eine Andrückrolle aufweist und mit dem Profilierungswerkzeug in einer Kraftflussebene liegt.
4. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (4) als zumindest ein weiteres Profilierungswerkzeug ausgeführt ist.
5. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (4) zumindest abschnittsweise aus einem Ma- ^
terial mit einem gegenüber dem Werkstück verminderten Gleitreibungswiderstand und einer geringeren Oberflächenhärte besteht.
6. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilierungswerkzeug (3) mittels einer Halterung (12) lösbar, insbesondere austauschbar an der Vorrichtung (1) fixiert ist.
7. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilierungswerkzeug (3) ein Gewindewalzwerkzeug ist.
8. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (4) mittels einer Führungsschiene verschiebbar an der Vorrichtung (1) angeordnet ist.
9. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (4) mittels einer in einer Gewindehülse (5) gelagerten Gewindestange (6) zustellbar ist.
10. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest einen zur manuellen Übertragung der Drehbewegung um das Werkstück (2) bestimmten, einen Handgriff (11) tragenden Hebelarm aufweist.
11. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindestange (6) einen als Handgriff (11) ausgeführten Endabschnitt aufweist.
12. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche an einem axial unzugänglichen Werkstück.
13. Spanloses Umformungsverfahren zum Einbringen eines Profils an einem Werkstück wobei zunächst eine Ruheposition eingestellt wird, in welcher ein Gegenhalter relativ zu einem gegenüberliegenden, sich in einer Kraftflussebene mit dem selbigen befindlichen Profilierungswerkzeug beabstandet ist, ein Werkstück radial zwischen Profilierungswerkzeug und einem Gegenhalter eingeführt wird, anschließend das Profilierungswerkzeug und der Gegenhalter, bis die gewünschte Zustellkraft auf das Werkstück übertragen wird, relativ zueinander zugestellt werden, und schließlich ein Profil durch eine relative Drehbewegung eingebracht wird, wobei das Profilierungswerkzeug ein steigungsloses Profil aufweist und in Ab- hängigkeit eines gewünschten Steigungswinkels eines einzubringenden Außenprofils innerhalb einer Kraftflussebene gegenüber der Längsachse des Werkstückes mit einem einstellbaren Neigungswinkel positioniert wird.
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