EP2473296B1

EP2473296B1 - Vorrichtung zur spanlosen bearbeitung langgestreckter werkstücke

Info

Publication number: EP2473296B1
Application number: EP10754657.4A
Authority: EP
Inventors: Heinz Gruber; Lutz SCHÜNEMANN; Thorsten BÄCK; Nino Gruber
Original assignee: Dywidag Systems International GmbH Austria
Current assignee: Dywidag Systems International GmbH Austria
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: EP2473296A1; WO2011022747A1; CA2772658C; DE102009038813A1; DE102009038813B4; PL2473296T3; CA2772658A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur spanlosen Bearbeitung langgestreckter Werkstücke zur Herstellung eines gewindeartigen Außenprofils mittels wenigstens einer, zumindest zwei, jeweils um Achsen drehbare Formwalzen aufweisenden Formwalzenanordnung, wobei die Formwalzenanordnung das zu bearbeitende Werkstück umgibt, wobei eine Zustellbewegung zwischen den Formwalzen und dem Werkstück in dessen Umfangsrichtung sowie axial zu diesem eingerichtet ist, und wobei die Formwalzen während eines vollständigen Umlaufs um das Werkstück nacheinander mit diesem in einen Umformeingriff gelangen
Die im Wesentlichen kontinuierliche Herstellung von Gebirgsankern, Bohrstangen und sonstigen vergleichbaren Produkten ausgehend von stab- oder rohrförmigen Grundkörpern durch spanlose Bearbeitung in einem Walzprozess ist beispielsweise in dem Dokument DE 43 13 918 A beschrieben. Das in dieser Vorrichtung eingesetzte Formwerkzeug besteht aus einem Walzkopf, in dem drei, im Umfangsbereich profilierte Formwalzen gelagert sind, deren Achsen sich unter einem Winkel zur Achse des außenseitig gewindeartig umzuformenden Grundkörpers, gleichförmig um diesen verteilt angeordnet, erstrecken. Zur Durchführung des Umformprozesses wird der Walzkopf um seine sich koaxial zu der Achse des Grundkörpers erstreckende Achse angetrieben, so dass sich aus der Winkelanstellung der Formwalzen der axiale Vorschub des um seine Achse unverdrehbar gehaltenen Grundkörpers ergibt.
In dem Dokument DE 101 19 569 A1 , welches dir Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, ist eine vergleichbare Vorrichtung beschrieben, bei welcher ein Walzkopf zum Einsatz kommt, der - in Durchlaufrichtung gesehen - mehrere Anordnungen bestehend jeweils aus wenigstens drei Formwalzen aufweist, deren Profilierungen sich unterscheiden und welche an den in dieser Richtung fortschreitenden Umformprozess angepasst sind. Jede der Formwalzen weist ein ringartiges, steigungsloses Außenprofil auf, wobei durch eine Winkelanstellung gegenüber der Achse des unverdrehbar gehaltenen Werkstücks ein axialer Vorschub nach Maßgabe der Drehung des Walzkopfes um dessen sich koaxial zu der Werkstücksachse erstreckende zentrale Achse gegeben ist.
In dem Dokument DE 10 2007 029 548 B3 ist ein zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung bestimmter Walzkopf, insbesondere die Lagerung der Formwalzen beschrieben. Der Walzkopf besteht aus einer, um eine zentrale Achse drehbar gelagerte, mit einem Antrieb in Verbindung stehende Anordnung mehrerer axial voneinander beabstandeter Lagerscheiben, zwischen denen sich jeweils eine Anordnung Formwalzen befindet. Die Formwalzen sind um ihre jeweiligen Achsen frei drehbar gelagert, welche unter einem Winkel zur Längsachse des zu bearbeitenden stangen- oder rohrförmigen Werkstücks angestellt sind. Das Werkstück erstreckt sich koaxial zu der zentralen Achse des Walzkopfes durch zentrale Öffnungen der Lagerscheiben hindurch und ist an seinen beiden Enden unverdrehbar eingespannt. Die Profile der aufeinanderfolgenden Formwalzenanordnungen unterscheiden sich geringfügig womit dem Umstand Rechnung getragen wird, dass die Formwalzen nacheinander in Eingriff mit dem Werkstück gelangen. Zur Lagerung der Formwalzen dienen Achsbolzen, deren Enden in den Lagerscheiben fest angeordnet sind. Auf dem Achsbolzen ist die Formwalze über ein zentrales Radiallager sowie unter Zwischenanordnung von Distanzringen über Axiallager an den Lagerscheiben abgestützt. Die beiderseitigen Distanzringe weisen unterschiedliche axiale Abmessungen auf, so dass bei unveränderten axialem Einbaumaß durch bloßes Vertauschen der eingangs- und ausgangsseitigen Distanzringe die Position der Formwalze auf dem Achsbolzen veränderbar angelegt ist, so dass bei einem einseitig auftretenden Verschleiß des Achsbolzens der verschlissene Bereich in eine weniger hoch beanspruchte Zone gelangt, so dass eine verbesserte werkstoffliche Ausnutzung des Achsbolzens gegeben ist.
In dem Dokument DE 1 214 637 B ist ein Gewinderollkopf mit frei drehbaren Gewinderollen beschrieben, von denen jede Rolle in sich geschlossene Ringprofile trägt und entsprechend der Steigung des zu walzenden Gewindes gegenüber der Mittelachse des Rollkopfs um den Steigungswinkel geneigt ist.
Um bei diesen bekannten Walzköpfen sicherzustellen, dass bei jeder Formwalzenanordnung ein Umformgriff mit dem Werkstück derart eingerichtet ist, dass die Formwalzen in Umdrehungsrichtung des Walzkopfes gesehen nacheinander in Eingriff gelangen, werden unterschiedliche Formwalzen eingesetzt, bei denen diesem Umstand Rechnung getragen worden ist. Diese Formwalzen sind jedoch einem nicht unbeträchtlichen Verschleiß ausgesetzt, so dass der Betreiber dieser Vorrichtungen eine entsprechende Anzahl unterschiedlicher Formwalzen in Bereitschaft halten muss. Entsprechend der Anzahl der Formwalzen einer Formwalzenanordnung sowie der Anzahl der Formwalzenanordnungen einer solchen Vorrichtung erhöht sich somit der erforderliche Lagerbestand an Formwalzen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art mit einfachen Mitteln einerseits in Hinblick auf einen rationelleren Betrieb derselben auszugestalten und andererseits die Vorrichtung an die unterschiedlichsten zu bearbeitenden Wandstärken und Durchmesser der Werkstücke und auszubildenden Gewinde bzw. Oberflächenprofilierungen anpassbar auszugestalten.
Zur Lösung dieser Aufgaben ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass in Durchlaufrichtung des Werkstücks wenigstens zwei axial aufeinanderfolgende Formwalzenanordnungen vorgesehen sind, dass wenigstens die Formwalzen einer Formwalzenanordnung untereinander gleich beschaffen sind, dass zur Darstellung von in Richtung des Umlaufs um das Werkstück aufeinanderfolgenden Umformeingriffen mit dem Werkstück die axiale Position einer jeden Formwalze innerhalb eines axialen Einbaumaßes unterschiedlich eingerichtet ist, und dass in jeder Formwalzenanordnung wenigstens drei Formwalzen angeordnet sind und dass die Formwalzen einer Formwalzenanordnung zu jenen der benachbarten Formwalzenanordnung in radialer Richtung um einen der Anzahl der Formwalzen entsprechenden Teiler eines Vollkreises versetzt angeordnet sind. Dadurch, dass wenigstens zwei axial aufeinanderfolgende Formwalzenanordnungen vorgesehen sind gelingt es einerseits Werkstücke unterschiedlichen Werkstückdurchmessers und/oder unterschiedlicher Wandstärke zu bearbeiten, indem beispielsweise mit dem ersten Satz von Formwalzen eine Wandstärken- und/oder Durchmesserverringerung ausgebildet wird und mit dem zweiten Satz von Formwalzen ein gewindeartiges Außenprofil ausgebildet wird. Indem weiterhin in Abkehr von dem bekannten Stand der Technik zur Darstellung von in Richtung des Umlaufs um das Werkstück aufeinanderfolgenden Umformeingriffen mit dem Werkstück die axiale Position einer jeden Formwalze innerhalb eines axialen Einbaumaßes unterschiedlich eingerichtet ist, sind aufeinanderfolgende Umformeingriffe von in Umlaufrichtung aufeinanderfolgenden Formwalzen durch variierung der axialen Position des Formprofils darstellbar. Dies bedeutet auch, dass zum Betrieb der Formwalzenanordnung mit lediglich einem Formprofil das Auslangen gefunden werden kann, welches in unterschiedlichen axialen Positionen fixierbar ist, so dass sich eine beträchtliche Verringerung an voneinander verschiedenen Formprofilen bzw. damit versehenen Formwalzen ergibt.
Indem weiterhin in jeder Formwalzenanordnung wenigstens drei Formwalzen angeordnet sind, gelingt eine rasche und exakte Oberflächenbearbeitung bzw. Formbearbeitung des zu bearbeitenden Werkstücks und indem weiterhin die Formwalzen von einander benachbarten Formwalzenanordnungen um einen der Anzahl der Formwalzen entsprechenden Teiler eines Vollkreises versetzt angeordnet sind, gelingt eine besonders gleichmäßige Bearbeitung der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks, wobei zusätzlich aufgrund des permanenten Eingriffs der Formwalzen in das zu bearbeitende Werkstück auch Oberflächen- bzw. Gefügeveränderungen des zu bearbeitenden Werkstücks durch eine Wärmebehandlung erzielbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Formwalzenanordnung aus einem um seine zentrale, sich während der Bearbeitung koaxial zu dem Werkstück erstreckende Achse drehend antreibbaren Walzkopf besteht, in dem die Formwalzen auf Achsbolzen frei drehbar gelagert sind. Indem die einzelnen Formwalzen um ihre jeweilige Achse frei drehbar gelagert sind, wobei der Walzkopf als Baueinheit um seine Achse drehend antreibbar ist, gelingt es die Ausbildung des gewindeartigen Außenprofils besser zu steuern und somit präziser auszubilden und gleichzeitig die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Alternativ kann, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht im Rahmen einer Formwalzenanordnung auch jede Formwalze um ihre Achse unmittelbar antreibbar sein bzw. die Formwalzen der Formwalzenanordnung drehend antreibbar gelagert sein.
Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Achsen der Formwalzen gegenüber einer Längsachse des Werkstücks bzw. der zentralen Achse der Formwalzenanordnung unter einem Winkel angestellt sind, kann einerseits der Vorschub des Werkstücks durch die Vorrichtung beliebig bestimmt werden und andererseits ergibt sich in Verbindung mit beispielsweise einem steigungslosen rillenartigen Formprofil sich aus diesem Winkel das Steigungsmaß der gewindeartigen, in die Außenseite des Werkstücks einzubringenden Verformung. In gleicher Weise ergibt sich beispielsweise bei Anwendung einer profillosen Formwalze das Ausmaß der Materialverjüngung bzw. Kalibrierung des eingebrachten Werkstücks. Durch eine derartige Ausbildung ist es bevorzugt möglich Rohre bzw. Stangen unterschiedlichen Durchmessers auf ein und derselben Vorrichtung zu Profilieren, zu Verjüngen und/oder zu Kalibrieren. Eine weitere Verbesserung bzw. Präzisierung ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichbar, dass der Anstellwinkel in Abhängigkeit von den Abmessungen des Werkstücks und/oder dem Material des Werkstücks einstellbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist als eine konstruktive Konkretisierung der axialen Einstellbarkeit eines Formprofils einer Formwalze die Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsbolzen der Formwalzen in dem Walzkopf um ihre jeweilige Achse unverdrehbar fixiert sind. Zu diesem Zweck befindet sich beiderseits des Formprofils jeweils wenigstens eine Justierscheibe, deren beide axiale Längen sich mit der Länge des Formprofils zu dem genannten Einbaumaß komplettieren. Beide Justierscheiben werden somit nach Maßgabe der einzustellenden axialen Position des Formprofils im Allgemeinen eine unterschiedliche axiale Abmessung aufweisen. Dies bedeutet, dass gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik neben einer oder wenigen Standardform(en) eines Formprofils lediglich Justierscheiben unterschiedlicher Abmessungen in Bereitschaft gehalten werden müssen, um verschlissene Teile im Bedarfsfall auszutauschen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung einer Formwalze, insbesondere deren Lagerung innerhalb des Walzkopfes, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein festes Einbaumaß der Formwalzen durch Justierscheiben beiderseits eines Formprofils der Formwalze dargestellt ist. Hierbei ist der die Formwalze tragende Achsbolzen unverdrehbar in dem Walzkopf aufgenommen, wobei zur Darstellung von das genannte Einbaumaß dokumentierenden Bezugs- bzw. Anlageflächen Bauelemente heranzogen werden, die ohnehin vorhanden sind, beispielsweise solche Bauelemente, die zur Festlegung des Achsbolzens innerhalb des Walzkopfes dienen, wobei bevorzugt das Formprofil jeder Formwalze in einen mittleren Bereich radial auf dem Achsbolzen und an beiden stirnseitigen Endbereichen axial gelagert ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass das Einbaumaß durch den axialen Abstand der Bezugsflächen von zur Fixierung des Achsbolzens in dem Walzkopf benutzten Bauelementen dargestellt ist und dass über die Justierscheibe eine axiale Abstützung des Formprofils an den genannten Bauelementen eingerichtet ist. Indem sämtliche zur Lagerung des Formprofils bestimmte Funktionselemente in dessen Struktur einbezogen sind, gelingt die Darstellung reproduzierbarer Verhältnisse, so dass als Anlagefläche für die Justierscheiben stets die einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Formprofils nutzbar sind, wodurch der Verschleiß der Vorrichtung deutlich herabgesetzt werden kann und gleichzeitig die Präzision der Bearbeitung erhöht werden kann.
Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht, wenigstens drei in Durchlaufrichtung eines Werkstücks axial aufeinanderfolgende Formwalzenanordnungen vorgesehen sind, gelingt es die gesamte Umformarbeit stufenweise aufzubringen. Entsprechend der in Durchlaufrichtung des Werkstücks fortschreitenden Umformung ist es gemäß der Erfindung möglich, dass sich entweder die radialen Abmessungen der in den Formwalzenanordnungen eingesetzten Formwalzen, nicht hingegen deren Profilformen unterscheiden oder dass sich sowohl die radialen Abmessungen der in den Formwalzenanordnungen eingesetzten Formwalzen als auch den Oberflächen bzw. Oberflächenstrukturierungen unterscheiden.
Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die Formwalzen einer Formwalzenanordnung zu jener der benachbarten Formwalzenanordnungen Formprofile mit voneinander verschiedenen Profilierungen aufweisen, gelingt es mit ein und derselben Anordnung beispielsweise ein zu bearbeitendes Werkstück in einer ersten Stufe grob zu bearbeiten und in einer zweiten Stufe fein zu bearbeiten bzw. nachzubearbeiten. Eine derartige Vorrichtung ist selbstverständlich beliebig erweiterbar, so dass auch eine Mehrzahl von Bearbeitungsschritten ausgeführt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Abwandlung der Erfindung ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass die Formwalzen einer Formwalzenanordnung zu jenen der benachbarten Formwalzenanordnung einen voneinander verschiedenen Durchmesser aufweisen. Mit einer derartigen Vorrichtung gelingt es beispielsweise bei einem zu bearbeitenden Werkstück in einer erster Stufe, die Wandstärke bzw. den Durchmesser des Werkstücks zu verringern, in einer zweiten Stufe grob eine gewindeartige Profilierung aufzubringen und in einer dritten Stufe diese endzubearbeiten. Auch ist es mit einer derartigen Vorrichtung beispielsweise möglich, in einer ersten Stufe das zu bearbeitenden Werkstück lediglich zu kalibrieren, in einer zweiten Stufe eine Vorprofilierung eines Gewindes auszubilden und in einer dritten Stufe dieses Gewinde korrekt auszubilden bzw. nachzubearbeiten.
Durch eine derartige Ausbildung gelingen insbesondere eine Erhöhung des Durchsatzes und eine Anpassbarkeit von ein und derselben Vorrichtung an unterschiedlichste Werkstückquerschnitte bzw. -durchmesser, ohne dass eine Vielzahl von voreinander verschiedenen Formwalzen vorrätig gehalten werden muss.
Indem, wie dies in einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass ein Einlaufbereich in die Formwalzenanordnung für das Werkstück als einstellbarer Konus ausgebildet ist, kann ein und derselbe Walzenkopf für unterschiedlichste Materialquerschnitte eingesetzt werden und überdies wird mit einer derartigen Ausbildung ein schneller und zuverlässiger Eintrag des Werkstücks in die Formwalzenanordnung gewährleistet bei gleichzeitiger Bearbeitung des Endbereichs des Werkstücks, beispielsweise durch Durchmesser- bzw. Wandstärkenverringerung desselben.
Indem, wie dies einer weiteren bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Ausbildung der Erfindung entspricht, die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die Formwalzen jeder Formwalzenanordnung auf beliebig wählbaren, voneinander verschiedenen Teilkreisen anordenbar sind, gelingt es, die Anzahl der vorrätig zu haltenden Formwalzen weiter zu verringern, da teilweise abgenützte Formwalzen beispielsweise auf einem kleineren Teilkreis angeordnet werden können und anschließend bis ihrer endgültigen Abnützung weiterverwendet werden können.
Es kann ein verfahren zur spanlosen Bearbeitung langgestreckter Werkstücke mit einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, mit welchem Verfahren gleichzeitig mit der Ausbildung eines gewindeartigen Außenprofils auch eine Oberflächenvergütung des zu bearbeitenden Werkstücks erzielt wird.
Hierzu werden in Durchlaufrichtung des Werkstücks wenigstens zwei axial aufeinanderfolgende Formwalzenanordnungen mit dem Werkstück in Eingriff gebracht und zur Darstellung von in Richtung des Umlaufs um das Werkstück aufeinanderfolgenden Umformeingriffen mit dem Werkstück wird die axiale Position einer jeden Formwalze innerhalb eines axialen Einbaumaßes unterschiedlich eingerichtet. Indem in Durchlaufrichtung des Werkstücks wenigstens zwei aufeinanderfolgende Formwalzanordnungen mit dem Werkstück in Eingriff gebracht werden, gelingt es während der Bearbeitung des Werkstücks, eine nicht unbeträchtliche Temperaturentwicklung, insbesondere in den aufeinanderfolgenden Umformeingriffen mit dem Werkstück zu erzielen, so dass gleichzeitig mit der Oberflächenbearbeitung bzw. Durchmesserveränderung bzw. Wandstärkenveränderung des Werkstücks eine Warmverformung des bearbeiteten Endbereichs des langgestreckten Werkstücks erzielt wird, wodurch der Endbereich im Vergleich mit dem restlichen, langgestreckten Werkstück einer Härtungsbehandlung durch Gefügeänderung des Materials unterworfen wird, und somit die Standzeit der mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Vorrichtungen erhöht wird. Weiters kann bei einer derartigen Verfahrensführung mit Werkstücken geringer Wandstärke das Auslangen gefunden werden, so dass auch die erforderliche Rohmaterialmenge herabgesetzt werden kann.
Indem, wie dies einer Weiterbildung des Verfahrens entspricht, das Verfahren so geführt wird, dass die Formwalzenanordnung von einem um seine zentrale, sich während der Bearbeitung koaxial zu dem Werkstück erstreckende Achse drehenden Walzkopf zu einer Drehbewegung angetrieben wird, wobei die Formwalzen auf Achsbolzen frei drehbar in der Formwalzenanordnung gelagert werden, wird der Verschleiß der Formwalzen in der Formwalzenanordnung minimiert, wodurch einerseits die Lagerhaltung an Formwalzen deutlich herabgesetzt wird und andererseits eine rasche Anpassbarkeit des Verfahrens an die unterschiedlichsten Materialien, Materialbedingungen und Bearbeitungszeiten einfach und zuverlässig ermöglicht wird.
Indem bei dem Verfahren so vorgegangen wird, dass die Formwalzen einer Formwalzenanordnung zu jenen der benachbarten Formwalzenanordnung Formprofile mit voneinander verschiedenen Profilierungen eingesetzt werden oder dass die Formwalzen einer Formwalzenanordnung zu jenen der benachbarten Formwalzenanordnung mit einem voneinander verschiedenem Durchmesser eingesetzt werden, gelingt es, das Verfahren gemäß der Erfindung, zur Kalibrierung eines Werkstücks bzw. zur Bearbeitung von Werkstücken unterschiedlichsten Durchmessers bzw. von unterschiedlichen Wandstärken heranzuziehen, ohne dass die Formwalzen ausgetauscht oder übermäßig beansprucht und vorzeitig angenutzt werden. Gleichzeitig kann mit einem derartigen Verfahren eine Gefügeänderung des Materialgefüges in dem bearbeiteten Endbereich des Werkstücks erzielt werden, wodurch auch die Standzeit der bearbeiteten Werkstücke weiter erhöht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung darstellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Walzkopfes;
Fig. 2 einer Ansicht einer Formwalze als Teil des Walzkopfes gemäß Fig. 1 in vergrößerter Teildarstellung;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung einer einzelnen Formwalze des Walzkopfes gemäß Fig. 1;
Fig. 4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Walzkopfs mit zwei Formwalzen;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Stirnfläche des Walzkopfs gemäß Figur 4; und
Fig. 6 eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Walzkopfs, in welchem drei Formwalzen vorgesehen sind.

Mit 1, 2, 3, 4 sind in Fig. 1 vier untereinander gleiche kreisförmige, sich parallel und gleichachsig zueinander erstreckende Lagerscheiben bezeichnet, die durch Distanzstücke 5 nach Maßgabe gleichförmiger Abstände zueinander in ihrer gezeigten Montageposition gehalten sind. Die Distanzstücke 5 sind über den Umfang der Lagerscheiben 5 gleichförmig verteilt und können mit diesen verschraubt sein.
Der so konzipierte Walzkopf 6 ist zur Lagerung in einem zeichnerisch nicht dargestellten Maschinengestell bestimmt und in diesem um seine Achse 7 drehend antreibbar. Sämtliche Lagerscheiben 1 bis 4 sind in einem zentralen Bereich mit zueinander fluchtenden, sich koaxial zur Achse 7 erstreckenden kreisförmigen Ausnehmungen versehen, durch welche hindurch im betrieblichen Einsatz des Walzkopfes 6 sich das im Umfangsbereich zwecks Herstellung einer gewindeartigen Verformung zu bearbeitende zeichnerisch nicht dargestellte langgestreckte stab- bzw. rohrförmige Werkstück erstreckt. Dieses koaxial zur der Achse 7 gehaltene Werkstück ist in an sich bekannter Weise während der Bearbeitung mittels des Walzkopfes 6 um seine Achse unverdrehbar, in Richtung seiner Achse beispielsweise durch einen hydraulischen Schlitten jedoch beweglich gelagert.
Der gezeigte Walzkopf 6 ist durch drei, in Durchlaufrichtung 6 des Werkstücks aufeinanderfolgende Formwalzenanordnungen 9, 10, 11 gekennzeichnet, deren jede drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete Formwalzen 12, 13, 14 aufweist, von denen aus Gründen der zeichnerischen Einfachheit in Fig. 1 nur eine gezeigt ist.
Die Formwalzen 12, 13, 14, nämlich deren ringzylinderartige Formprofile 12'', 13", 14'' sind um ihre jeweiligen Achsen 12', 13', 14' frei drehbar gelagert, welche Achsen unter einem Winkel zur der Achse 7 des Walzkopfes 6 angestellt sind. Durch diese Winkelanstellung ist in Verbindung mit der Drehbewegung des Walzkopfes 6 sowie der unverdrehbaren aber in Achsrichtung verschiebbaren Aufnahme des Werkstücks das Steigungsmaß der gewindeartigen Verformung sowie der auf dieses während der Bearbeitung einwirkende axiale Vorschub darstellbar.
Die Formwalzen 12, 13, 14 einer jeden Formwalzenanordnung 9, 10, 11 unterscheiden sich hinsichtlich der Positionierung auf ihren jeweiligen Achsen, wobei diese Positionierung in Abhängigkeit von der Umdrehungsrichtung des Walzkopfes 6 dahingehend eingerichtet ist, dass die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Formwalzen 12, 13, 14 einer Formwalzenanordnung 9, 10, 11 nacheinander in einen Eingriff mit dem Werkstück gelangen.
Die Formwalzen 12, 13, 14 der aufeinanderfolgenden Formwalzenanordnungen 9, 10, 11 unterscheiden sich in ihren radialen Abmessungen dahingehend dass diese entsprechend dem in der Durchlaufrichtung 8 fortschreitenden Umformung zunehmen.
Fig. 1 zeigt lediglich beispielhaft drei Formwalzenanordnungen. Praktisch kann ein Walzkopf auch durch zwei oder mehr als drei in einer Durchlaufrichtung aufeinanderfolgende Formwalzenanordnungen gebildet werden.
Zur Erläuterung der Lagerung der einzelnen Formwalzen einer Formwalzenanordnung wird im Folgenden ergänzend auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen, in denen gleiche Funktionselemente in gleicher Weise bezeichnet sind.
Die Fig. 2 und 3 zeigen das Formprofil 12'' der Formwalze 12 als ringzylindrischen, außenseitig ein Profil in der Form einer Anordnung von steigungslosen Ringen aufweisenden Grundkörper, der stirnseitig beidseitig mit untereinander gleich bemessenen Eindrehungen 15 versehen ist. Dieses Ringprofil ist zur Herstellung eines zumindest angenäherten Rundgewindes auf dem Werkstück bestimmt und nur als Beispiel anzusehen. Andere gewindeartige Verformungen können bei entsprechendem Profil der Formwalze gleichermaßen hergestellt werden.
Mit 16 ist ein Radiallager, z.B. ein Zylinderrollenlager bzw. ein System von Passstiften bezeichnet, über welches das Formprofil 12'' radial auf einem Achsbolzen 17 abgestützt ist.
Mit 18 sind Distanzscheiben bezeichnet, über welche das Formprofil 12'' beidseitig an einem Axiallager 19 abgestützt ist, wobei jeweils eine Distanzscheibe 18 und ein Axiallager 19 eine Eindrehung 15 axial bündig ausfüllen.
Mit 20, 21 sind Muffen bezeichnet, die zum unverdrehbaren Einsetzen in Bohrungen 22, 23 zweier einander axial gegenüberliegender Lagerscheiben 1, 2 bestimmt sind, welche Bohrungen sich in Richtung der Achse 13' der Formwalze 12 in deren eingebautem Zustand erstrecken. In diesen Muffen 20, 21 sind die untereinander gleich bemessenen Endabschnitte 24, 25 des Achsbolzens 17 einsteckbar und unverdrehbar festlegbar. Diese Unverdrehbarkeit kann beispielsweise formschlüssig über Feder-Nut-Eingriffe dargestellt werden.
Mit 26, 27 sind schließlich zwei Justierscheiben bezeichnet, über welche die beiden Axiallager 19 an den zugekehrten Stirnflächen der Muffen 20, 21 axial abgestützt sind. Das zwischen den einander zugekehrten Stirnseiten der Muffen 20, 21 bestehende axiale Einbaumaß 28 ist identisch für alle drei Einbaupositionen der Formwalzenanordnung 9. Es ist vorzugsweise auch identisch für alle Einbaupositionen des Walzkopfes 6.
Erfindungsgemäß sind nunmehr die Justierscheiben 26, 27 beiderseits einer Formwalze 12 mit der Maßgabe gewählt, dass bei Wahrung des Einbaumaßes 28 die axialen Positionen der Formprofile 12'', 13'', 14'', der Formwalzen 12, 13, 14 der Formwalzenanordnung 9, 10, 11 auf den jeweiligen Achsenbolzen 17 unterschiedlich angelegt sind, und zwar mit dem Ziel, während eines Bearbeitungsdurchgangs die in Umdrehungsrichtung des Walzkopfes 6 in einer Formwalzenanordnung 9, 10, 11 aufeinanderfolgenden Formprofile 12", 13'', 14'' nacheinander in einen Eingriff mit dem Werkstück zu bringen. Dies setzt lediglich voraus, dass entsprechende Paarungen bzw. Kombinationen von Justierscheiben 26, 27 in Bereitschaft gehalten werden, die in Verbindung mit den axialen Abmessungen der Formwalze zur Darstellung des Einbaumaßes 28 geeignet sind.
Für alle Einbaupositionen zumindest einer Formwalzenanordnung 9 können somit gleiche Formwalzen eingesetzt werden, nämlich unabhängig von deren konkreter Einbaulage.
In der Darstellung gemäß Fig. 4, in welcher die Bezugszeichen der vorhergehenden Figuren beibehalten sind, sind drei Lagerscheiben 1, 2 und 3 dargestellt, welche durch Distanzstücke 5 miteinander verbunden und in gleichmäßigen Abständen gehalten sind. In einem derartig ausgebildeten Walzkopf 6 wird ein zu bearbeitendes Werkstück entlang der Achse 7 zugeführt und die in der Formwalzenanordnung 9 angeordneten Formwalzen 11, wobei in Fig. 4 drei Stück davon vorgesehen sind, und welche ein Formprofil 12'' an ihrer Oberfläche ausgebildet aufweisen, in Eingriff mit dem entlang der Achse 7 zugeführten Werkstück gebracht. Diese führen einen ersten, groben Profilierungsschritt bzw. ersten groben Schritt zur Ausbildung einer gewindeartigen Oberfläche durch. Bei Weiterführung des Werkstücks in Richtung der Achse 7 gelangt das vorbearbeitete Werkstück in die zweite Walzenanordnung 10, in welcher eine Endbearbeitung bzw. Nachbearbeitung des gewindeartigen Oberflächenprofils des Werkstücks durchgeführt wird.
Mit einer derartigen Anordnung ist es insbesondere bei Lagerung der Formwalzen 12, wie dies in den vorhergehenden Figuren beschrieben wurde, möglich, ein Werkstück nicht nur spanlos zu bearbeiten, insbesondere eine gewindeartige Struktur aufzubringen, sondern auch gleichzeitig möglich, den bearbeiteten Endbereich des Werkstücks einer Warmvergütung zu unterziehen aufgrund der während des Bearbeitungsvorgangs entstehenden hohen Temperatur, so dass ein einer derartigen Bearbeitung unterzogenes Werkstück gleichzeitig in seinem Endbereich vergütet wird und somit eine höhere Standzeit bzw. Lebensdauer als herkömmliche Werkstücke aufweist.
Es ist selbstverständlich, dass die Profilierung der Walzen 11 hiebei jeweils gleich ausgebildet sein kann oder aber in den einzelnen Formwalzenanordnungen 9, 10 jeweils voneinander verschieden ausgebildet sein können, wobei insbesondere aufgrund der Tatsache, dass bei einer geringen Abnützung der Oberflächenkontur einer der Formwalzen 12 diesen unmittelbar in einer Vorrichtung mit einem kleineren Teilkreis eingebaut und weiterverwendet werden kann, der Lagerbestand der Formwalzen extrem niedrig gehalten werden kann.
Es ist hierbei sowohl möglich, Formwalzen 12 mit entsprechenden groben bzw. feinen Profilen zu verwenden als auch Formwalzen, welche eine glatte Oberfläche aufweisen, mit welchen beispielsweise eine Durchmesserveränderung, Wandstärkenverringerung oder dgl. eines zu bearbeitenden Werkstücks vor dem Aufbringen eines Gewindes erzielt wird.
In Fig. 5 ist die Vorrichtung von Fig. 4 in Richtung der Achse 7 gesehen dargestellt, wobei in dieser Figur mit A, B und C die jeweiligen Axiallager 19 der Formwalzen 12 dargestellt sind. Die Lagerungen für die Distanzstücke 5 sind hiebei ebenfalls schematisch angedeutet. Gleichzeitig ist in Fig. 5 ersichtlich, dass die Formwalzen 12 der ersten Formwalzenanordnung 9 zu jenen der zweiten Formwalzenanordnung 10 um einen der Anzahl der Formwalzen 12 entsprechenden Teiler eines Vollkreises versetzt angeordnet sind, wodurch eine insbesondere gleichmäßige und rasche Bearbeitung sowie ein beschleunigter Durchsatz des zu bearbeitenden Werkstücks durch den Walzkopf 6 erzielbar ist.
Die Darstellung gemäß Fig. 6 entspricht im Wesentlichen jener von Fig. 4, so dass betreffend die Beschreibung der ersten beiden Formwalzenanordnungen 9, 10 dieser Figur auf Fig. 4 verwiesen wird.
Die Formwalzenanordnung 11 ist hierbei so ausgebildet, dass statt der einzelnen Formwalzen 12 lediglich deren Achsbolzen 17 dargestellt sind, so dass die Vorrichtung gemäß Fig. 6 beispielsweise durch Vorsehen von weiteren Formwalzen 12 auf den Achsbolzen 17 der Formwalzenanordnung 11 für den Einsatz in einem dritten Bearbeitungsschritt für spanlos zu bearbeitende, langgestreckte Werkstücke adaptiert werden kann.
Zusätzlich ist in Fig. 6 schematisch ein Antrieb 29 für den Walzkopf 6 angedeutet.
Es erübrigt sich festzuhalten, dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beliebig erweiterbar ist und dass auch mehr als drei Formwalzenanordnungen je nach auszuführenden Bearbeitungsschritten vorgesehen sein können.
Im Verschleißfall können ferner nach Maßgabe der absoluten Abmessungen die Formprofile einer Formwalzenanordnung mit denjenigen einer in Durchlaufrichtung vorgeordneten Formwalzenanordnung ausgetauscht werden, um eine verbesserte werkstoffliche Ausnutzung zu erreichen. Von Vorteil ist in diesem Fall die einfache axiale Einstellbarkeit des Formprofils auf dem jeweils tragenden Achsbolzen.

Claims

Vorrichtung zur spanlosen Bearbeitung langgestreckter Werkstücke zur Herstellung eines gewindeartigen Außenprofils mittels wenigstens einer, zumindest zwei, jeweils um Achsen (12', 13', 14') drehbare Formwalzen (12, 13, 14) aufweisenden Formwalzenanordnung (9, 10, 11), wobei die Formwalzenanordnung (9, 10, 11) das zu bearbeitende Werkstück umgibt, wobei eine Zustellbewegung zwischen den Formwalzen (12, 13, 14) und dem Werkstück in dessen Umfangsrichtung sowie axial zu diesem eingerichtet ist, und wobei die Formwalzen (12, 13, 14) während eines vollständigen Umlaufs um das Werkstück nacheinander mit diesem in einen Umformeingriff gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass in Durchlaufrichtung (8) des Werkstücks wenigstens zwei axial aufeinanderfolgende Formwalzenanordnungen (9, 10, 11) vorgesehen sind, dass wenigstens die Formwalzen (12, 13, 14) einer Formwalzenanordnung (9, 10, 11) untereinander gleich beschaffen sind, dass zur Darstellung von in Richtung des Umlaufs um das Werkstück aufeinanderfolgenden Umformeingriffen mit dem Werkstück die axiale Position einer jeden Formwalze (12, 13, 14) innerhalb eines axialen Einbaumaßes (28) unterschiedlich eingerichtet ist, und dass in jeder Formwalzenanordnung (9, 10, 11) wenigstens drei Formwalzen (12, 13, 14) angeordnet sind und dass die Formwalzen (12, 13, 14) einer Formwalzenanordnung (9, 10, 11) zu jenen der benachbarten Formwalzenanordnung (9, 10, 11) in radialer Richtung um einen der Anzahl der Formwalzen entsprechenden Teiler eines Vollkreises versetzt angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwalzenanordnung (9, 10, 11) aus einem um seine zentrale, sich während der Bearbeitung koaxial zu dem Werkstück erstreckende Achse (7) drehend antreibbaren Walzkopf (6) besteht, in dem die Formwalzen (12, 13, 14) auf Achsbolzen (17) frei drehbar gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwalzen (12, 13, 14) der Formwalzenanordnung (9, 10, 11) drehend antreibbar gelagert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (12', 13', 14') der Formwalzen (12, 13, 14) gegenüber einer Längsachse des Werkstücks bzw. der zentralen Achse (7) der Formwalzenanordnung (9, 10, 11) unter einem Winkel angestellt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel der Formwalzen (12, 13, 14) in Abhängigkeit von den Abmessungen des Werkstücks und/oder dem Material des Werkstücks einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Achsbolzen (17) in dem Walzkopf (6) um ihre jeweilige Achse (12', 13', 14') unverdrehbar fixiert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein festes Einbaumaß (28) der Formwalzen (12, 13, 14) durch Justierscheiben (26, 27) beiderseits eines Formprofils (12'', 13'', 14'') der Formwalze (12, 13, 14) dargestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formprofil (12'', 13'', 14'') jeder Formwalze (12, 13, 14) in einen mittleren Bereich radial auf dem Achsbolzen (17) und an beiden stirnseitigen Endbereichen axial gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Einbaumaß (28) durch den axialen Abstand der Bezugsflächen von zur Fixierung des Achsbolzens (17) in dem Walzkopf (6) benutzten Bauelementen dargestellt ist und dass über die Justierscheibe (26, 27) eine axiale Abstützung des Formprofils an den genannten Bauelementen eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch wenigstens drei, in Durchlaufrichtung (8) eines Werkstücks axial aufeinanderfolgende Formwalzenanordnungen (9, 10, 11).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwalzen (12, 13, 14) einer Formwalzenanordnung (9, 10, 11) zu jenen der benachbarten Formwalzenanordnung (9, 10, 11) Formprofile (12'', 13'', 14'') mit voneinander verschiedenen Profilierungen aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwalzen (12, 13, 14) einer Formwalzenanordnung (9, 10, 11) zu jenen der benachbarten Formwalzenanordnung (9, 10, 11) einen voneinander verschiedenen Durchmesser aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlaufbereich in die Formwalzenanordnung (9, 10, 11) für das Werkstück als einstellbarer Konus ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwalzen (12, 13, 14) jeder Formwalzenanordnung (9, 10, 11) auf beliebig wählbaren, voneinander verschiedenen Teilkreisen anordenbar sind.