EP3807023B1

EP3807023B1 - Kaltwalzmaschine und verfahren zur erzeugung eines profils an einem werkstück

Info

Publication number: EP3807023B1
Application number: EP19729201.4A
Authority: EP
Inventors: Florian Beutel; Oskar Schmitt; Michael Maier; Alexander Metzger; Rafael Schweda
Original assignee: Osg Ex Cell O GmbH
Current assignee: Osg Ex Cell O GmbH
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: CN112351844B; DE102018113978B3; BR112020025379A2; EP3807023A1; ES2911667T3; WO2019238430A1; CN112351844A; US20210245232A1; US11407023B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kaltwalzmaschine sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines Profils an einem Werkstück unter Verwendung der Kaltwalzmaschine.
Eine Kaltwalzmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Erzeugung eines Profils mittels einer Kaltwalzmaschine sind zum Beispiel aus EP 1 286 794 B1 bekannt.
Beim Kaltwalzen wird zumindest ein Abschnitt eines Werkstücks umgeformt und dadurch ein Profil in dem Werkstück erzeugt, das sich in Umfangsrichtung um das Werkstück erstreckt. Das Profil kann beispielsweise eine Geradverzahnung sein. Das Profil kann zum Beispiel dazu verwendet werden, eine drehfeste Verbindung zwischen dem Werkstück, beispielsweise einer Welle, und einem anderen Bauteil, wie etwa einem Zahnrad, herzustellen. Diese drehfeste Verbindung muss den beim Betrieb auftretenden Belastungen standhalten können. Aus diesem Grund wird das Werkstück in der Regel gehärtet. Das Härten ist allerdings erst nach dem Erzeugen des Profils durch Kaltwalzen möglich. Dies führt bei einigen Werkstücken dazu, dass das beim Kaltwalzen erzeugte Profil nach dem Härten nicht die gewünschten Dimensionen aufweist. Insbesondere kann durch das Härten eine konische Verformung bzw. ein konischer Verzug des erzeugten Profils auftreten.
Es kann als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Kaltwalzmaschine und ein Verfahren zum Herstellen eines Profils zu schaffen, mittels der bzw. dem ein Profil erzeugt werden kann, das nach dem Härten den dimensionellen Anforderungen entspricht.
Diese Aufgabe wird durch eine Kaltwalzmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 14 gelöst.
Erfindungsgemäß hat die Kaltwalzmaschine ein Maschinengestell und zwei Werkzeugeinheiten. Jede Werkzeugeinheit ist am Maschinengestell angeordnet und vorzugsweise sind die beiden Werkzeugeinheiten gleich aufgebaut. Jede Werkzeugeinheit hat mindestens eine sich entlang einer Längsrichtung erstreckende Walzstange mit einem Walzstangenprofil. Die Walzstangenprofile der Walzstangen der unterschiedlichen Werkzeugeinheiten sind einander zugewandt. Jede Walzstange ist an einem Werkzeugschlitten befestigt. Der Werkzeugschlitten ist mittels einer Schlittenlagereinrichtung in Längsrichtung linear bewegbar gelagert. Eine Schlittenantriebseinrichtung ist dazu eingerichtet, den Werkzeugschlitten in der Längsrichtung zu bewegen.
Außerdem weist jede Werkzeugeinheit einen Schwenkträger auf. Der Schwenkträger ist mittels einer Schwenklagereinrichtung um eine Schwenkachse schwenkbar am Maschinengestell gelagert. Die Schwenkachse erstreckt sich in Längsrichtung. An dem Schwenkträger ist die Schlittenlagereinrichtung angeordnet, an der sich der Werkzeugschlitten abstützt, der wiederum die Walzstange trägt.
Mittels eines Schwenkantriebs der Werkzeugeinheit kann der Schwenkträger um die Schwenkachse geschwenkt werden. Gemeinsam mit dem Schwenkträger wird dabei auch die Walzstange um die Schwenkachse geschwenkt. Durch das Schwenken um die jeweilige Schwenkachse kann zwischen den Walzstangenprofilen der Walzstangen der beiden Werkzeugeinheiten ein Neigungswinkel in einer Ebene rechtwinklig zur Längsrichtung eingestellt werden. Ist der Betrag dieses Neigungswinkels ungleich null, wird ein Profil in dem Werkstück erzeugt, das eine Konizität entsprechend dem Neigungswinkel aufweist.
Der Neigungswinkel in der Kaltwalzmaschine kann derart eingestellt werden, dass er einen konischen Verzug durch das anschließende Härten des Werkstücks zumindest teilweise kompensiert, so dass das Werkstück nach dem Härten eine Konizität aufweist, die innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. Mit der Erfindung kann somit eine prozessbedingt entstehende Konizität des Profils kompensiert werden, um ein zylindrisches Profil zu erhalten. Eine Konozität kann durch das Härten entstehen und/oder z.B. wenn der axiale Materialfluss an den Profilenden nicht symmetrisch erfolgt und/oder durch unterschiedliche Prozesskräfte. Mit der Erfindung können auch definiert konische Profile erzeugt werden, unabhängig von der weiteren Bearbeitung des Werkstücks.
Es ist vorteilhaft, wenn die Kaltwalzmaschine eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Schwenkantriebe der Werkzeugeinheiten aufweist. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Schwenkträger jeweils um denselben Schwenkwinkelbetrag um die jeweilige Schwenkachse zu schwenken. Dadurch wird eine symmetrische Ausrichtung der beiden Werkzeugeinheiten relativ zu einer Bezugsebene erzeugt, die sich entlang der Längsachse des Werkstücks bei der Herstellung des Profils sowie parallel zur Längsrichtung erstreckt.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn jeder Schwenkantrieb einen ersten Keilkörper mit einer gegenüber einer Längsrichtung geneigten ersten Schrägfläche aufweist. An dieser ersten Schrägfläche kann sich der Schwenkträger der jeweiligen Werkzeugeinheit an einer Abstützstelle abstützen. Die Abstützstelle ist radial zur Schwenkachse mit Abstand angeordnet. Der erste Keilkörper ist in Längsrichtung bewegbar bzw. verschiebbar und insbesondere linear verschiebbar gelagert. Durch das Verschieben des ersten Keilkörpers verändert sich die Position der Abstützstelle entlang der ersten Schrägfläche, wodurch eine Schwenkbewegung des Schwenkträgers bewirkt wird. Durch das Umsetzen bzw. Überführen der Bewegung des Keilkörpers in Längsrichtung in eine Schwenkbewegung lässt sich eine sehr genaue Einstellung des Schwenkwinkels erreichen, insbesondere bei kleinen Keilwinkelbeträgen. Vorzugsweise ist der Keilwinkel der ersten Schrägfläche relativ zur Längsrichtung kleiner als 5 Grad oder kleiner als 3 Grad. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt der Keilwinkel der ersten Schrägfläche etwa 2 Grad.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Schwenkträger um einen Schwenkwinkel um die Schwenkachse bewegt werden, dessen Betrag maximal 2,0 Grad oder maximal 1,0 Grad und vorzugsweise maximal 0,2 Grad beträgt.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn jeder Schwenkantrieb einen zweiten Keilkörper mit einer gegenüber der Längsrichtung geneigten zweiten Schrägfläche aufweist. Der zweite Keilkörper ist am Schwenkträger angeordnet bzw. befestigt. Die zweite Schrägfläche liegt an der ersten Schrägfläche flächig an. Dadurch kann die Flächenlast verringert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Keilkörper auf einer drehbar gelagerten Welle angeordnet. Die Welle kann in Längsrichtung linear bewegbar am Maschinengestell gelagert sein. Beispielsweise kann der Schwenkantrieb einen Gewindetrieb aufweisen, mittels dem die Welle in Längsrichtung bewegt werden kann.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der Schwenkträger in einer Ebene rechtwinklig zur Längsrichtung eine L-förmige Gestalt aufweist.
Vorzugsweise ist an dem Schwenkträger ein Lagerkörper in einer Höhenrichtung bewegbar gelagert. Die Höhenrichtung ist rechtwinklig zur Längsrichtung und rechtwinkelig zur Querrichtung ausgerichtet. Der Werkzeugschlitten kann dabei bewegbar am Lagerkörper angeordnet sein. Die Schlittenantriebseinrichtung kann in Höhenrichtung gemeinsam mit dem Lagerkörper bewegbar am Schwenkträger gelagert sein. Dadurch entsteht eine Baugruppe aufweisend die Walzstange, den Werkzeugschlitten sowie die Schlittenantriebseinrichtung, die in Höhenrichtung bewegbar am Schwenkträger angeordnet ist. Der Schwenkträger und diese Baugruppe sind wiederum um die Schwenkachse schwenkbar gelagert.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn ein Einstellantrieb vorhanden ist, der den Lagerkörper in Höhenrichtung relativ zum Schwenkträger bewegt. Dadurch kann die Höheneinstellung mittels des Einstellantriebs erfolgen.
Der Einstellantrieb kann bei einem Ausführungsbeispiel einen dritten Keilkörper mit einer gegenüber der Längsrichtung geneigten dritten Schrägfläche aufweisen. Der dritte Keilkörper ist vorzugsweise bewegbar am Schwenkträger gelagert. An dem dritten Keilkörper bzw. der dritten Schrägfläche stützt sich der Lagerkörper mittelbar oder unmittelbar ab.
An dem Lagerkörper kann bei einem Ausführungsbeispiel ein vierter Keilkörper angeordnet bzw. befestigt sein. Der vierte Keilkörper hat eine gegenüber der Längsrichtung geneigte vierte Schrägfläche. Die vierte Schrägfläche kann flächig an der dritten Schrägfläche anliegen. Durch Verschieben des dritten und des vierten Keilkörpers relativ zueinander, insbesonder durch Verschieben des dritten Keilkörpers in Längsrichtung, kann der Lagerkörper in Höhenrichtung bewegt und vorzugsweise linear relativ zum Schwenkträger verschoben werden.
Die Schlittenantriebseinrichtung hat bei einer bevorzugten Ausführungsform der Kaltwalzmaschine ein antreibbares Ritzel. Das Ritzel kann mit einem Schlittenantriebsmotor antriebsverbunden sein. Das Ritzel steht in Eingriff mit einer Zahnstange. Die Zahnstange erstreckt sich in Längsrichtung und ist am Werkzeugschlitten angeordnet bzw. befestigt. Die Zahnstange bewegt sich bei der Drehung des Ritzels gemeinsam mit dem Werkzeugschlitten in Längsrichtung.
Irgendein Ausführungsbeispiel der vorstehend beschriebenen Kaltwalzmaschine kann zur Erzeugung eines Profils an einem zu profilierenden Abschnitt des Werkstücks verwendet werden.
Hierzu wird zunächst ein Neigungswinkel zwischen den Walzstangenprofilen in der Ebene rechtwinklig zur Längsrichtung eingestellt. Der zu profilierende Abschnitt des Werkstücks wird anschließend zwischen den Walzstangen bzw. den Walzstangenprofilen angeordnet. Die Walzstangen werden gegenläufig jeweils in Längsrichtung bewegt. Dabei greifen die Walzstangenprofile in den zu profilierenden Abschnitt des Werkstücks ein und formen diesen um, um das gewünschte Profil zu erzeugen. Das Werkstück dreht sich dabei um seine Längsachse und wälzt sich sozusagen auf den Walzstangenprofilen ab.
Anschließend kann zumindest der profilierte Abschnitt des Werkstücks gehärtet werden. Vorzugsweise wird unmittelbar nach der Profilherstellung und/oder nach dem Härten eine Konizität des erzeugten Profils gemessen und mit einem Toleranzbereich verglichen. Auch wenn das Profil direkt nach dem Kaltwalzen eine definierte Konizität aufweisen muss - definierte Konizität kann auch ein zylindrisches Profil, also eine Konizität gleich null sein - kann das erzeugte Profil ungehärtet gemessen und mit einem Toleranzbereich verglichen werden. Liegt die ermittelte Konizität unmittelbar nach der Profilherstellung und/oder nach dem Härten innerhalb des Toleranzbereiches, ist die Kaltwalzmaschine bzw. der Neigungswinkel korrekt eingestellt und es können weitere Werkstücke hergestellt werden. Ist die ermittelte Konizität außerhalb des Toleranzbereiches wird basierend auf der Abweichung eine Neigungswinkeländerung ermittelt und der Neigungswinkel um die ermittelte Neigungswinkeländerung verändert. In der Regel ist es ausreichend, nach dem Herstellen eines einzigen Werkstücks die Konizität zu ermitteln und daraus den erforderlichen Neigungswinkel zu bestimmen und einzustellen. Die weiteren gleichartigen Werkstücke können mit dieser Einstellung gefertigt werden, ohne dass es durch den Konizitätsverzug beim Härten zu einem erhöhten Ausschuss kommt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kaltwalzmaschine,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Kaltwalzmaschine in perspektivischer Darstellung,
Figur 3 die Kaltwalzmaschine aus Figur 2 in einem Schnittbild rechtwinklig zu einer Längsrichtung,
Figur 4 die Kaltwalzmaschine aus den Figuren 2 und 3 in einem Schnittbild rechtwinklig zu einer Querrichtung,
Figur 5 die Kaltwalzmaschine gemäß der Figuren 2-4 in einer Vorderansicht,
Figur 6 eine vergrößerte Darstellung eines Schwenkantriebs einer Werkzeugeinheit im Bereich VI in Figur 5 und
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Erzeugung eines Profils an einem Werkstück.

In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Kaltwalzmaschine 10 veranschaulicht. Die Kaltwalzmaschine 10 hat ein lediglich schematisch angedeutetes Maschinengestell 11, an dem eine erste Werkzeugeinheit 12 und eine zweite Werkzeugeinheit 13 angeordnet sind. Die beiden Werkzeugeinheiten 12, 13 sind beim Ausführungsbeispiel gleich aufgebaut und liegen sich bezüglich einer Längsachse A eines zu profilierenden Werkstücks 14 diametral gegenüber. Das Werkstück 14 hat zumindest einen zu profilierenden Abschnitt 15, der im Ausgangszustand im Querschnitt des Werkstücks 14 kreiszylindrisch ausgebildet ist. Der zu profilierende Abschnitt kann vor dem Einbringen des Profils zylindrisch oder konisch sein. An dem Umfang des zu profilierenden Abschnitts 15 wird mittels der Kaltwalzmaschine 10 ein Profil durch Kaltumformung erzeugt.
Jede Werkzeugeinheit 12, 13 hat eine Walzstange 19 mit einem Walzstangenprofil 20. Die Walzstangenprofile 20 der beiden Walzstangen 19 sind einander zugewandt. Die Walzstange 19 jeder Werkzeugeinheit 12, 13 ist an einem jeweiligen Werkzeugschlitten 21 lösbar befestigt. Der Werkzeugschlitten 21 ist in einer Längsrichtung L bewegbar an einem Lagerkörper 22 gelagert. Am Lagerkörper 22 kann hierfür wenigstens ein und beispielsgemäß zwei Gleitlagerelemente 23 mit jeweils einer Gleitlagerfläche vorhanden sein, an denen sich der Werkzeugschlitten 21 abstützt.
Die Längsrichtung L ist in Figur 1 rechtwinklig zur Zeichenebene orientiert. Rechtwinklig zur Längsrichtung L erstreckt sich eine Querrichtung Q, wobei die Längsachse A des Werkstücks 14 parallel zur Querrichtung Q ausgerichtet ist. Rechtwinklig zur Längsrichtung L und zur Querrichtung Q erstreckt sich eine Höhenrichtung H. In Höhenrichtung H haben die beiden Walzstangen 19 bzw. Walzstangenprofile 20 einen Profilabstand d, wobei der Profilabstand d beispielsgemäß den minimalen Abstand zwischen den beiden Walzstangen 19 in der Ebene der Längsachse A des Werkstücks 14 beschreibt.
Bei dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel bildet der Lagerkörper 22 mit den Gleitlagerelementen 23 beispielsgemäß eine Schlittenlagereinrichtung 24 für den Werkzeugschlitten 21. In Abwandlung hierzu könnte anstelle einer Gleitlagerung die Schlittenlagereinrichtung 24 auch eine Wälzlagerung für den Werkzeugschlitten 21 bereitstellen.
Mittels einer Schlittenantriebseinrichtung 25 ist der Werkzeugschlitten 21 in Längsrichtung L relativ zur Schlittenlagereinrichtung 24 und beispielsgemäß relativ zum Lagerkörper 22 bewegbar. Die Schlittenantriebseinrichtung 25 hat beim Ausführungsbeispiel einen Schlittenantriebsmotor 26, der mittels einer Steuereinrichtung 27 ansteuerbar ist. Der Schlittenantriebsmotor 26 ist mit einem Ritzel 28 antriebsverbunden. Beispielsweise kann das Ritzel 28 unmittelbar auf einer Antriebswelle des Schlittenantriebsmotors 26 drehfest angeordnet sein. Das Ritzel 28 steht mit einer Zahnstange 29 in Eingriff. Die Zahnstange 29 ist am Werkzeugschlitten 21 befestigt und erstreckt sich in Längsrichtung L. Beispielsgemäß ist sie auf der der Walzstange 19 entgegengesetzten Seite des Werkzeugschlittens 21 angeordnet. An dieser Seite stützt sich der Werkzeugschlitten 21 an der Schlittenlagereinrichtung 24 und beispielsgemäß den Gleitlagerelementen 23 ab.
Beim Antreiben des Schlittenantriebsmotors 26 dreht sich das Ritzel 28 und die Zahnstange 29 wird gemeinsam mit dem Werkzeugschlitten 21 in Längsrichtung L entlang der Schlittenlagereinrichtung 24 bewegt. Die Schlittenlagereinrichtung 24 kann zur Führung des Werkzeugschlittens 21 geeignete Mittel aufweisen.
Jede Werkzeugeinheit 12, 13 weist außerdem einen Schwenkträger 33 auf. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel hat der Schwenkträger 33 eine L-förmige Gestalt mit einem ersten Schenkel 34 und einem zweiten Schenkel 35, die in einem Eckbereich miteinander verbunden sind. An dem ersten Schenkel 34 ist die Schlittenlagereinrichtung 24 gemeinsam mit der Schlittenantriebseinrichtung 25 entlang des ersten Schenkels 34 bewegbar gelagert. Der erste Schenkel 34 erstreckt sich ausgehend vom Verbindungsbereich mit dem zweiten Schenkel 35 im Wesentlichen in Höhenrichtung H, kann jedoch abhängig von der Ausrichtung des Schwenkträgers 33 auch leicht geneigt zur Höhenrichtung H verlaufen, was nachfolgend noch erläutert werden wird. Der zweite Schenkel 35 erstreckt sich ausgehend vom Verbindungsbereich mit dem ersten Schenkel 34 im Wesentlichen in Querrichtung Q. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die beiden Schenkel 34, 35 rechtwinklig zueinander ausgerichtet.
Zwischen dem Schwenkträger 33 und der Schlittenlagereinrichtung 24 ist beim Ausführungsbeispiel ein Einstellantrieb 36 angeordnet, mittels dem die Schlittenlagereinrichtung 24 und die Schlittenantriebseinrichtung 25 gemeinsam entlang dem oder parallel zum ersten Schenkel 34 - im Wesentlichen in Höhenrichtung H - linear verschiebbar sind. Dadurch kann der Profilabstand d eingestellt werden.
Der Schwenkträger 33 ist mittels einer Schwenklagereinrichtung 37 schwenkbar am Maschinengestell 11 gelagert. Die Schwenklagereinrichtung 37 der ersten Werkzeugeinheit 12 definiert eine erste Schwenkachse S1 und die Schwenklagereinrichtung 37 der zweiten Werkzeugeinheit 13 definiert eine Schwenkachse S2. Die Schwenkachsen S1, S2 sind parallel zueinander ausgerichtet und erstrecken sich in Längsrichtung L. Beispielsgemäß verbindet die Schwenklagereinrichtung 37 das Maschinengestell 11 mit dem Schwenkträger 33 im Verbindungsbereich zwischen dem ersten Schenkel 34 und dem zweiten Schenkel 35 des Schwenkträgers 33.
Jede Werkzeugeinheit 12, 13 hat außerdem einen Schwenkantrieb 38, um die Schwenklage des jeweiligen Schwenkträgers 33 um die betreffende Schwenkachse S1, S2 einzustellen. Jeder Schwenkantrieb 38 hat einen durch die Steuereinrichtung 27 ansteuerbaren Schwenkantriebsmotor 39, der beispielsgemäß als Gewindetrieb 40 ausgeführt sein kann. Über den Schwenkantrieb 38 kann ein erster Keilkörper 41 in Längsrichtung L bewegt und beispielsgemäß linear verschoben werden. Der erste Keilkörper 41 hat eine erste Schrägfläche 42, die relativ zur Querrichtung Q geneigt ist. In Querrichtung Q verläuft die erste Schrägfläche 42 beispielsgemäß neigungsfrei. Der Schwenkträger 33 und beispielsgemäß der zweite Schenkel 35 stützt sich an einer Abstützstelle 43 an der ersten Schrägfläche 42 ab. Die Abstützstelle 43 ist in Querrichtung Q mit Abstand zur betreffenden Schwenkachse S1 bzw. S2 angeordnet. Zur flächigen Abstützung ist beim Ausführungsbeispiel ein zweiter Keilkörper 44 am Schwenkträger 33 und beispielsgemäß dem zweiten Schenkel 35 angeordnet. Der zweite Keilkörper 44 hat eine zweite Schrägfläche 45, die gegenüber der Längsrichtung L geneigt ist. Die zweite Schrägfläche 45 ist in Querrichtung Q beispielsgemäß neigungsfrei. Die Keilwinkel der ersten Schrägfläche 42 und der zweiten Schrägfläche 45 sind betragsmäßig gleich groß. Die zweite Schrägfläche 45 liegt flächig an der ersten Schrägfläche 42 an. Bei einer Verschiebung des ersten Keilkörpers 41 in Längsrichtung L mittels des Schwenkantriebs 28 gleiten die erste Schrägfläche 42 und die zweite Schrägfläche 45 relativ zueinander.
Durch Verschieben des ersten Keilkörpers 41 in Längsrichtung L verschiebt sich die Position der Abstützstelle 43 in Höhenrichtung H. Da der Schwenkträger 33 über die Schwenklagereinrichtung 37 schwenkbar gelagert ist, wird eine Schwenkbewegung um die betreffende Schwenkachse S1 bzw. S2 bewirkt.
Mittels des Schwenkantriebs 38 kann der Schwenkträger 33 um die jeweils betreffende Schwenkachse S1 bzw. S2 geschwenkt werden. Dabei wird auch die Schwenklagereinrichtung 24 sowie die Schlittenantriebseinrichtung 25 gemeinsam mit dem Schwenkträger 33 geschwenkt und geneigt, so dass sich zwischen den beiden Walzstangenprofilen 20 der beiden Walzstangen 19 in der durch die Höhenrichtung H und die Querrichtung Q aufgespannten Ebene ein Neigungswinkel α einstellt. Vorzugsweise steuert die Steuereinrichtung 27 dabei die Schwenkantriebe 38 der beiden Werkzeugeinheiten 12, 13 derart an, dass jeweils derselbe Schwenkwinkelbetrag um die erste Schwenkachse S1 bzw. die zweite Schwenkachse S2 eingestellt ist. Gegenüber einer rechtwinklig zur Höhenrichtung entlang der Längsachse A verlaufenden Bezugsebene sind daher die beiden Werkzeugeinheiten 12, 13 bzw. Walzstangen 19 symmetrisch ausgerichtet.
In den Figuren 2-6 ist eine konkrete Ausführungsform für die anhand des Blockschaltbildes nach Figur 1 erläuterte Kaltwalzmaschine 10 veranschaulicht. Insbesondere sind in diesen Figuren ein Ausführungsbeispiel für die Ausführung des Einstellantriebs 36 sowie des Schwenkantriebs 38 veranschaulicht.
Wie es insbesondere in den Figuren 4-6 veranschaulicht ist, weist jeder Schwenkantrieb 38 eine durch den Gewindetrieb 40, beispielsweise einen Kugelgewindetrieb, antreibbare Welle 50 auf. Die Welle 50 ist in Längsrichtung L mittels einer Lagerung 51 in Längsrichtung L verschiebbar am Maschinengestell 11 gelagert. Mit der Welle 50 ist der erste Keilkörper 41 in Längsrichtung L bewegungsgekoppelt angeordnet. Beispielsweise kann der erste Keilkörper 41 mittels Schrauben und/oder einer Passfeder mit der Welle 50 verbunden sein. Bei einer linearen Verschiebung der Welle 50 mittels des Gewindetriebs 40 wird eine Bewegung der Welle 50 in Längsrichtung L erzeugt, die den ersten Keilkörper 41 in Längsrichtung L mitbewegt. Durch die Abstützung des zweiten Keilkörpers 43 mit seiner zweiten Schrägfläche 45 auf der ersten Schrägfläche 42 des ersten Keilkörpers 41, wird dadurch eine Bewegung des zweiten Keilkörpers 43 in Höhenrichtung H veranlasst. Dabei wird die Welle 50 in der Lagerung 51 radial verdreht, um die Winkeländerung des Schwenkträgers 33 zur Querrichtung Q zu kompensieren. Durch die Höhenänderung wird auch eine Sehne in Bezug zu Neigungswinkel α verändert. Diese Längenänderung wird durch eine zulässige seitliche Verschiebung der Keilkörper 41 und 43 in Querrichtung Q relativ zueinander ermöglicht. Da der zweite Keilkörper 43 mit Abstand zur betreffenden Schwenkachse S1 bzw. S2 am Schwenkträger 33 angeordnet ist, wird der Schwenkträger 33 um die betreffende Schwenkachse S1 bzw. S2 geschwenkt.
Die Keilwinkel, die die erste Schrägfläche 42 und die zweite Schrägfläche 43 relativ zur Längsrichtung L einschließen, sind betragsmäßig gleich groß und beispielsgemäß kleiner als 3-5 Grad. Beim Ausführungsbeispiel betragen die Keilwinkel etwa 2 Grad. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel kann eine Hubbewegung des zweiten Keilkörpers 43 in Höhenrichtung H von maximal 1,5 mm ausgeführt werden.
Die Ausgestaltung des Schwenkantriebs 38 ist selbsthemmend, so dass eine in Höhenrichtung H auf den Schwenkträger 33 einwirkende Kraft keine Bewegung des ersten Keilkörpers 41 in Längsrichtung L veranlassen kann.
Wie es in Figur 6 zu erkennen ist, ist am zweiten Keilkörper 43 durch zwei Führungsleisten 52, die sich in Längsrichtung mit Abstand gegenüberliegen, eine Führungsaussparung 53 für den ersten Keilkörper 41 gebildet. Jede Führungsleiste 52 kann einen Randbereich des ersten Keilkörpers 41 zur Führung des ersten Keilkörpers 41 umgreifen. Eine zulässige Querverschiebung innerhalb der Führungsleisten 52 ist vorgesehen.
Der Einstellantrieb 36 weist einen Gewindetrieb 40 auf, der mittels eines Einstellantriebsmotor 54 angetrieben wird. Der Gewindetrieb kann als Kugelgewindetrieb ausgeführt sein. Der Einstellantrieb 36 ist in Längsrichtung L mit einem dritten Keilkörper 56 bewegungsgekoppelt, der eine gegenüber der Längsrichtung L geneigte dritte Schrägfläche 57 aufweist. Der dritte Keilkörper 56 ist in Längsrichtung L bewegbar, beispielsgemäß über ein Gleitlager, am Schwenkträger angeordnet und stützt sich beispielsgemäß am zweiten Schenkel 35 ab. Ein vierter Keilkörper 58 hat eine gegenüber der Längsrichtung L geneigte vierte Schrägfläche 59, die an der dritten Schrägfläche 57 anliegt. Die dritte und die vierte Schrägfläche 57, 59 sind in Querrichtung Q beispielsgemäß neigungsfrei.
Die Keilwinkel der dritten Schrägfläche 57 und der vierten Schrägfläche 59 relativ zur Längsrichtung L sind betragsmäßig gleich groß, so dass eine flächige Anlage zwischen der dritten Schrägfläche 57 und der vierten Schrägfläche 59 erreicht ist. Die Keilwinkel der dritten Schrägfläche 57 und der vierten Schrägfläche 59 haben beim Ausführungsbeispiel einen Betrag von mindestens 3 Grad und beispielsgemäß 5-9 Grad, vorzugsweise etwa 7 Grad. Bei einer Bewegung des dritten Keilkörpers 56 in Längsrichtung L gleiten die dritte Schrägfläche 57 und die vierte Schrägfläche 59 relativ zueinander, wodurch der vierte Keilkörper 58 parallel zum ersten Schenkel 34 des Schwenkträgers 33 und beispielsgemäß im Wesentlichen in Höhenrichtung H bewegt wird. Abhängig von der Schwenkstellung des Schwenkträgers 33 um die Schwenkachse S1 bzw. S2 ist die Bewegung parallel zum ersten Schenkel 34 nicht exakt, aber überwiegend in Höhenrichtung H orientiert. Zumindest hat sie eine Bewegungskomponente in Höhenrichtung, so dass sich der Profilabstand d einstellen lässt. Dass dabei gegebenenfalls zusätzlich eine geringfügige Bewegung der Walzstangen 19 in Querrichtung Q bewirkt wird, ist unerheblich. Diese geringfügige Bewegung kann über die Zustellung des Werkstücks in Querrichtung Q kompensiert werden.
Mittels des Einstellantriebs 36 und beispielsgemäß durch diese Bewegung des vierten Keilkörpers 58 kann der Profilabstand d zwischen den beiden Walzstangen 19 vor und/oder während der Erzeugung eines Profils in einem Werkstück 14 eingestellt bzw. variiert werden.
Mittels der vorstehend beschriebenen Kaltwalzmaschine 10 kann ein in Figur 7 veranschaulichtes Verfahren ausgeführt werden.
In einem ersten Verfahrensschritt V1 wird das Verfahren gestartet. Nach dem Start wird zunächst in einem zweiten Verfahrensschritt V2 ein Neigungswinkel α zwischen den beiden Walzstangen 19 eingestellt. Im einfachsten Fall kann der Neigungswinkel α zunächst 0 Grad sein, so dass die beiden Walzstangen 19 bzw. die zwei Walzstangenprofile 20 parallel zueinander ausgerichtet sind. Außerdem wird mittels des Einstellantriebs 36 der Profilabstand d eingestellt.
In einem dritten Verfahrensschritt V3 wird ein zu profilierendes Werkstück 14 so angeordnet, dass sich der zu profilierende Abschnitt 15 in Höhenrichtung H und in Querrichtung Q zwischen den beiden Walzstangen 19 befindet. Anschließend wird in einem vierten Verfahrensschritt V4 eine gegenläufige Bewegung der beiden Walzstangen 19 in Längsrichtung L mittels der jeweiligen Schlittenantriebseinrichtungen 25 durchgeführt. Dabei kann gleichzeitig eine Bewegung der Walzstangen 19 in Höhenrichtung H überlagert werden. Während der Bewegung der Walzstangen 19 in Längsrichtung L ist das jeweilige Walzstangenprofil 20 in Eingriff mit dem umzuformenden Abschnitt 15 des Werkstücks 14 und formt den Abschnitt 15 in seinem Umfangsbereich um, wodurch ein Profil am Werkstück 14 erzeugt wird.
Nach dem Herstellen des Profils im vierten Verfahrensschritt V4 wird in einem fünften Verfahrensschritt V5 das Werkstück 14 oder zumindest der mit dem Profil versehene Abschnitt 15 des Werkstücks 14 gehärtet. Beim Härten kann sich ein konischer Verzug des hergestellten Profils ergeben. Deshalb wird anschließend in einem sechsten Verfahrensschritt V6 die Konizität des erzeugten Profils ermittelt und mit einem vorgegebenen Toleranzbereich verglichen. Liegt die ermittelte Konizität des Profils nicht innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs (Verzweigung N aus dem sechsten Verfahrensschritt V6), wird in einem siebten Verfahrensschritt V7 der Neigungswinkel α basierend auf der ermittelten Konizität des Profils verändert, so dass beim nachfolgend hergestellten Profil die Konizität unter Berücksichtigung des Verzugs beim Härten im Toleranzbereich liegt. Nach der Korrektur im siebten Verfahrensschritt V7 wird das Verfahren beispielsgemäß im vierten Verfahrensschtitt V4 fortgesetzt mit dem erneuten Herstellen eines Profils und dem erneuten Messen (Verfahrensschtitt V6).
Anschließend können im weiteren Verfahrensverlauf, der hier durch den achten Verfahrensschritt V8 veranschaulicht ist, ein oder mehrere weitere Werkstücke in der Kaltwalzmaschine 10 unter dem eingestellten Neigungswinkel α profiliert und anschließend gehärtet werden. Nachdem die gewünschte Anzahl an Werkstücken 14 profiliert und gehärtet wurde, endet das Verfahren in einem neunten Verfahrensschritt V9.
Wenn sich im sechsten Verfahrensschritt V6 ergeben hat, dass bereits das erste profilierte Werkstück nach dem Härten eine Konizität des Profils aufweist, die innerhalb des Toleranzbereichs liegt (Verzweigung J aus dem sechsten Verfahrensschritt V6), dann wird die Veränderung des Neigungswinkel α im siebten Verfahrensschritt V7 übersprungen und das Verfahren direkt im achten Verfahrensschritt V8 fortgesetzt.
Die Erfindung betrifft eine Kaltwalzmaschine 10 und ein Verfahren zur Herstellung eines Profils an einem Werkstück 14. Die Kaltwalzmaschine 10 hat zwei vorzugsweise identisch aufgebaute Werkzeugeinheiten 12, 13. Jede Werkzeugeinheit 12, 13 hat mindestens eine sich in Längsrichtung L erstreckende Walzstange 19, einen Werkzeugschlitten 21, eine Schlittenantriebseinrichtung 25, einen Schwenkträger 33 und einen Schwenkantrieb 38. Am Werkzeugschlitten 21 ist mindestens eine Walzstange 19 befestigt und mittels der Schlittenantriebseinrichtung 25 in Längsrichtung L bewegbar. Der Schwenkträger 33 kann mittels des Schwenkantriebs 38 um eine Schwenkachse S1, S2 geschwenkt werden, die sich in Längsrichtung L erstreckt. An dem Schwenkträger 33 ist der Werkzeugschlitten 21 angeordnet. Dadurch kann zwischen den beiden Walzstangen 19 ein Neigungswinkel α eingestellt werden, der beispielsweise einen Betrag von 0 Grad bis zu 0,5 Grad oder bis zu 0,2 Grad aufweisen kann. Dadurch lassen sich konische Profile in dem Werkstück 14 erzeugen, oder prozessbedingt konische Profile kompensieren.

Bezugszeichenliste:

10: Kaltwalzmaschine
11: Maschinengestell
12: erste Werkzeugeinheit
13: zweite Werkzeugeinheit
14: Werkstück
15: zu profilierender Abschnitt des Werkstücks

19: Walzstange
20: Walzstangenprofil
21: Werkzeugschlitten
22: Lagerkörper
23: Gleitlagerelement
24: Schlittenlagereinrichtung
25: Schlittenantriebseinrichtung
26: Schlittenantriebsmotor
27: Steuereinrichtung
28: Ritzel
29: Zahnstange

33: Schwenkträger
34: erster Schenkel
35: zweiter Schenkel
36: Einstellantrieb
37: Schwenklagereinrichtung
38: Schwenkantrieb
39: Schwenkantriebsmotor
40: Kugelgewindetrieb
41: erster Keilkörper
42: erste Schrägfläche
43: Abstützstelle
44: zweiter Keilkörper
45: zweite Schrägfläche

50: Welle
51: Lagerung
52: Führungsleiste
53: Führungsaussparung
54: Einstellantriebsmotor
55: Gewindespindel
56: dritter Keilkörper
57: dritter Schrägfläche
58: vierter Keilkörper
59: vierte Schrägfläche

α: Neigungswinkel

A: Längsachse des Werkstücks
d: Profilabstand
H: Höhenrichtung
L: Längsrichtung
Q: Querrichtung
S1: erste Schwenkachse
S2: zweite Schwenkachse
V1: erster Verfahrensschritt
V2: zweiter Verfahrensschritt
V3: dritter Verfahrensschritt
V4: vierter Verfahrensschritt
V5: fünfter Verfahrensschritt
V6: sechster Verfahrensschritt
V7: siebter Verfahrensschritt
V8: achter Verfahrensschritt
V9: neunter Verfahrensschritt

Claims

Kaltwalzmaschine (10) aufweisend:
- ein Maschinengestell (11),

- zwei Werkzeugeinheiten (12, 13), wobei jede Werkzeugeinheit (12, 13) aufweist:

- mindestens eine sich entlang einer Längsrichtung (L) erstreckenden Walzstange (19), die ein Walzstangenprofil (20) aufweist,

- einen Werkzeugschlitten (21), der die mindestens eine Walzstange (19) trägt und der mittels einer Schlittenlagereinrichtung (24) in der Längsrichtung (L) linear bewegbar gelagert ist,

- eine Schlittenantriebseinrichtung (25), die dazu eingerichtet ist, den Werkzeugschlitten (21) in der Längsrichtung (L) zu bewegen,
gekennzeichnet durch:
- einen Schwenkträger (33), der mittels einer Schwenklagereinrichtung (37) um eine Schwenkachse (S1, S2) schwenkbar am Maschinengestell (11) gelagert ist und an dem die Schlittenlagereinrichtung (24) und der Werkzeugschlitten (21) mit der mindestens einen Walzstange (19) angeordnet ist, wobei sich die Schwenkachse (S1, S2) in Längsrichtung (L) erstreckt,

- einen Schwenkantrieb (38), der dazu eingerichtet ist, den Schwenkträger (33) mit dem Werkzeugschlitten (21) und der mindestens einen Walzstange (19) zu schwenken, so dass die Walzstangenprofile (20) der Walzstangen (19) in einer Ebene rechtwinklig zur Längsrichtung (L) einen Neigungswinkel (α) einschließen.
Kaltwalzmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (27) zur Ansteuerung der Schwenkantriebe (38) der Werkzeugeinheiten (12, 13) vorhanden und dazu eingerichtet ist, die Schwenkträger (33) jeweils um denselben Schwenkwinkelbetrag um die jeweilige Schwenkachse (S1, S2) zu schwenken.
Kaltwalzmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schwenkantrieb (38) einen ersten Keilkörper (41) aufweist, der eine gegenüber einer Längsrichtung (L) geneigte ersten Schrägfläche (42) hat und wobei sich der Schwenkträger (33) an einer Abstützstelle (43) an der ersten Schrägfläche (42) abstützt, die radial zur Schwenkachse (S1, S2) mit Abstand zur Schwenkachse (S1, S2) angeordnet ist, wobei der erste Keilkörper (41) in der Längsrichtung (L) bewegbar gelagert ist.
Kaltwalzmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schwenkantrieb (38) einen zweiten Keilkörper (43) mit einer gegenüber der Längsrichtung (L) geneigten zweiten Schrägfläche (45) aufweist, wobei der zweite Keilkörper (43) am Schwenkträger (33) angeordnet und wobei die zweite Schrägfläche (45) an der ersten Schrägfläche (42) anliegt.
Kaltwalzmaschine nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Keilkörper (41) an einer Welle (50) angeordnet ist, die in der Längsrichtung (L) linear bewegbar am Maschinengestell (11) drehbar gelagert ist.
Kaltwalzmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schwenkantrieb (38) einen Gewindetrieb (40) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Welle (50) in die Längsrichtung (L) zu bewegen.
Kaltwalzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass am Schwenkträger (33) ein Lagerkörper (22) in einer Höhenrichtung (H) rechtwinkelig zur Längsrichtung (L) bewegbar gelagert ist.
Kaltwalzmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugschlitten (21) am Lagerkörper (22) in Längsrichtung (L) bewegbar gelagert ist.
Kaltwalzmaschine nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schlittenantriebseinrichtung (25) in Höhenrichtung (H) gemeinsam mit dem Lagerkörper (22) bewegbar am Schwenkträger (33) gelagert ist.
Kaltwalzmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Einstellantrieb (36) vorhanden ist, der den Lagerkörper (22) in Höhenrichtung (H) relativ zum Schwenkträger (33) bewegt.
Kaltwalzmaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellantrieb (36) einen dritten Keilkörper (56) mit einer gegenüber der Längsrichtung (L) geneigten dritten Schrägfläche (57) aufweist, der in Längsrichtung (L) bewegbar am Schwenkträger (33) gelagert ist und an dem sich der Lagerkörper (22) abstützt.
Kaltwalzmaschine nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Keilkörper (58) mit einer gegenüber der Längsrichtung (L) geneigten vierten Schrägfläche (59) am Lagerkörper (22) angeordnet ist, wobei die die vierte Schrägfläche (59) an der dritten Schrägfläche (57) anliegt.
Kaltwalzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schlittenantriebseinrichtung (25) ein antreibbares Ritzel (28) und eine mit dem Ritzel (28) in Eingriff stehende Zahnstange (29) aufweist, wobei sich die Zahnstange (29) in Längsrichtung (L) erstreckt und am Werkzeugschlitten (21) angeordnet ist.
Verfahren zur Erzeugung eines Profils an einem Werkstück (14) unter Verwendung einer Kaltwalzmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten:
- Einstellen eines Neigungswinkels (α) zwischen den Walzstangen (19) in der Ebene rechtwinkelig zur Längsrichtung (L),

- Anordnen eines zu profilierenden Abschnitts (15) des Werkstücks (14) zwischen den Walzstangen (19),

- Bewegen der Walzstangen (19) gegenläufig zueinander in Längsrichtung (L), wobei die Walzstangenprofile (20) den zu profilierenden Abschnitt (15) des Werkstücks (14) umformen.
Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Profil versehende Abschnitt (15) des Werkstücks (14) gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, dass direkt nach dem Herstellen oder nach dem Härten eine Konizität des Profils ermittelt und mit einem Toleranzbereich verglichen wird, und dass der Neigungswinkel (α) verändert wird, wenn die ermittelte Konizität nicht innerhalb des Toleranzbereichs liegt.