00001 Verfahren zur Herstellung von Stahlkuqeln
00002
00003 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her-
00004 Stellung von Stahlkugeln zur Verwendung insbesondere
00005 als Schrotkugeln, durch Umformen eines Rohlings in
00006 einem Flach- oder Rundbackenrollwerkzeug. 00007
00008 Aus Umweltgründen wird vermehrt dazu übergegangen, das
00009 klassische Bleischrot durch Eisenschrot zu ersetzen.
00010 Ausgangsmaterial ist ein kohlenstoffarmer Stahl. Sol-
00011 ches Weicheisenschrot verursacht keinen übermäßigen
00012 Abrieb im Lauf der Feuerwaffe, dem sogenannten Schrotge-
00013 wehr (vergl . DE-OS 24 53 881). Ein gewisses Problem
00014 ist das geringere spezifische Gewicht. Wismut als
00015 Legierungsbeigabe erbrächte zwar ein höheres spezifi-
00016 sches Gewicht, ist aber teuer. 00017
00018 Durch die DE-PS 202 032 ist ein Verfahren zur Herstel-
00019 lung von Kugeln bekannt, wobei Rohlinge von einem Me-
00020 tallstab abgelängt werden. Das geschieht über Keil-
00021 scheibenmesser, welche die beiderseitigen Enden bereits
00022 zu Kegelköpfen formen. Unter Ausübung einer axialen
00023 Stauchbewegung durch halbkugelige Kavitäten aufweisende
00024 Hohlstempel kommt es zu der Kugelform durch äquatoria-
00025 les Ausbauchen des Schaftes des Rohlings. Anschließend
00026 wird die Kugel geschliffen und poliert. Eine derartige
00027 Herstellungsweise ist äußerst fertigungsaufwendig. 00028
00029 Durch die DE-PS 336 151 existiert der Vorschlag, eine
00030 auf Schmiedetemperatur gebrachte Stange als Rohling in
00031 einem einander gegenüberliegende Prägerinnen aufweisen-
00032 den Rundbackenrollwerkzeug zu formen. Durch Entgratung
00033 im Rundbackenrollwerkzeug wird aufgabengemäß eine ge-
00034 brauchsfertige Kugel erstrebt. Hierzu ist ausgangssei-
00035 tig der dortigen, sich zu diesem Ende hin verjüngenden
00036 Prägerinne ein Fertigmachgesenk vorgesehen. Zur Begün-
00037 stigung der Mitnahme des Rohlings wird in die Prägerin-
00038 ne Sand eingebracht. Anschließend wird die entgratete
00039 Kugel einem Härtebehälter zugeführt. Die Restwärme
00040 läßt sich dabei als Härtetemperatur nutzen. 00041
00042 In Kenntnis dieser Vorgaben hat sich die Erfindung die
00043 Aufgabe gestellt, das Herstellen von Stahlkugeln zur
00044 Verwendung als Schrotkugeln wirtschaftlicher zu bewerk-
00045 stelligen. 00046
00047 Diese Aufgabe ist zunächst und im wesentlichen durch
00048 die Verfahrensschritte des Anspruchs 1 gelöst, wobei so
00049 vorgegangen wird, daß, ausgehend von einem stabförmigen
00050 Rohling, gleichzeitig aus dem stabförmigen Rohling eine
00051 Mehrzahl von Stahlkugeln hergestellt wird unter Abtren-
00052 nung von mindestens einem Stab-Zwischenstück zwischen
00053 zwei benachbarten Stahlkugeln. 00054
00055 Durch ein solches Verfahren lassen sich Stahlkugeln
00056 guter Qualität wirtschaftlich herstellen. Dabei behält
00057 der stabförmige Rohling bis zur Erreichung des erstreb-
00058 ten Rundungsgrades der Stahlkugeln seinen Zusammen-
00059 halt. Der Rohling selbst stellt dabei sozusagen das
00060 Rückgrat der sich mehr und mehr in Kugel und Abfall
00061 dividierenden Materialanhäufung. Die zwischen den
00062 Stahlkugeln stehenden Stab-Zwischenstücke fungieren bis
00063 zuletzt als die Ausrichtung des Rohlings bestimmende,
00064 koaxiale Brücken. Die Produktion fällt überraschend
00065 ausschußfrei aus. Dabei kann ebenso ein Flachbacken-
00066 rollwerkzeug wie ein Rundbackenrollwerkzeug zum Einsatz
00067 kommen. Bezüglich des Flachbackenrollwerkzeuges bedarf
00068 es nicht einmal einer Festbacke. Vielmehr können beide
00069 Backen gleichzeitig gegenläufig angetrieben werden.
00070 Weiter ist vorgesehen, daß sowohl das Stab-Zwischen-
00071 stück als auch die Stahlkugel im Zuge der Herstellung
00072 auf einen größeren Durchmesser als den des Stabquer-
00073 Schnitts des Rohlings entsprechend umgeformt werden.
00074 Das verdrängte Überschußmaterial wandert in die entspre-
00075 chend gegebenen Ausweichräume des Flach- oder Rundbak-
00076 kenrollwerkzeuges . Das kann bis hin zu einer restfrei-
00077 en Verteilung auf die jeweilige Struktur gehen. Die
00078 Verdrängung ist zufolge weitestgehender Gleichförmig-
00079 keit der formgebenden Backenstrukturen kräftemäßig
00080 äußerst ausgewogen. Vorteilhaft ist es, daß dieses
00081 unter Kaltumformung durchgeführt wird. Auch kann es
00082 vorteilhaft sein, daß die Umformung unter Anwendung
00083 induktiver Erwärmung des Rohlings durchgeführt wird.
00084 Man kommt dabei zu einem rascheren Umformverlauf als
00085 bei einem reinen Kalt-Umformen. Es lassen sich Produk-
00086 te bis hin zur Kugellager-Qualität erzielen. Der Auf-
00087 wärmgrad ist moderat (materialvergleichend mit PVC 130
00088 bis 150°C, dem sogenannten "Butterpunkt") . Der Gefüge-
00089 fluß läßt diese Herstellungsarten wegen der Kleinheit 00090 der Schrotkugeln problemlos zu. Eine diesbezüglich
00091 vorteilhafte Maßnahme besteht weiter darin, daß die
00092 Stab-Zwischenstücke in trapezförmigen Werkzeug-Quer-
00093 schnitten umgeformt werden. Die zunehmend wespentail-
00094 lenartige Einschnürung zwischen Stahlkugeln und den
00095 Stab-Zwischenstücken führt schließlich zu an den Polen
00096 der Stahlkugeln entstehenden Abrißstellen. Dabei wer-
00097 den aber etwa verbleibende kleine Stümpfe "verwischt"
00098 zufolge der dann erfolgten Freigabe vom Gesamtverbund
00099 des Rohlings. Die Kugel kann so in der Reststrecke aus
00100 der Polachse gehend verrollen. Bezüglich der Stahlku-
00101 gel ist zu beobachten, daß diese aus zwei sich im Zuge
00102 des Umform-Walzvorganges aufeinander zu bewegenden,
00103 etwa am Äquator gegeneinandertreffenden, im Querschnitt
00104 kugelabschnittförmig geformten KegelStumpfelementen
00105 bestehen. Das geschieht einhergehend mit einem Ausbau-
00106 chen der Stab-Zwischenzone zwischen den Polen, dies
00107 unter dem hier radial aufgebauten Stauchdruck. 00108
00109 Das Produkt betrifft sodann eine Stahlkugel, insbesonde-
00110 re Schrotkugel, hergestellt im Umformverfahren, mit im
00111 Schliffbild erkennbarem Faserverlauf hohen Umformgrades
00112 an den Polen. Endlich liegt eine Stahlkugel vor, die
00113 dadurch gekennzeichnet ist, daß eine von den Polen zum
00114 Äquator hin gerichtete Umformung im Schliffbild erkenn-
00115 bar ist. Sodann wird endlich noch vorgeschlagen, daß
00116 Prägerinnenränder zwischen den trapezförmigen Werkzeug-
00117 abschnitten der Stab-Zwischenstücke und den die Kugelge-
00118 stalt begründenden halbkreisförmigen Werkzeugquerschnit-
00119 ten im Kammbereich Querschlitze ausgebildet sind. 00120
00121 Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
00122 Herstellung von Stahlkugeln zur Verwendung insbesondere
00123 als Schrotkugeln, durch Umformen eines Rohlings in
00124 einem Flach- oder Rundbackenrollwerkzeug, dadurch ge-
00125 kennzeichnet, daß, ausgehend von einem stabförmigen
00126 Rohling, gleichzeitig aus dem stabförmigen Rohling eine
00127 Mehrzahl stab-zwischenstückfreier Stahlkugeln herge-
00128 stellt wird unter Trennen der Stahlkugeln an Abriß-
00129 Stielchen, die sich in der Endphase einer freien Verrol-
00130 lung der Kugeln in die sphärische Fläche derselben
00131 eindrücken. Hier liegt eine besonders wirtschaftliche
00132 Fertigung vor, indem weiter so verfahren wird, daß der
00133 stabförmige Rohling beim Umformen volumenmäßig in halb-
00134 kreisförmigen Werkzeugquerschnitten abfallfrei auf-
00135 geht. Das ist der Nietzugabe für den Schließkopf eines
00136 Niets vergleichbar, an dem so auch kein Abfall entsteht. 00137
00138 Verfahren und Gegenstand der Erfindung sind nachstehend
00139 anhand eines zeichnerisch veranschaulichten Ausführungs-
00140 beispieles näher erläutert. Es zeigt:
00141 Fig. 1 die Backen eines Flachbackenrollwerkzeuges mit
00142 stabförmigem Rohling in verschiedenen Rollform¬
00143 phasen, weitestgehend schematisiert,
00144
00145 Fig. 2 diese Backen in natürlicher Größe mit in einem
00146 Mund gehaltenem stabförmigen Rohling zu Beginn
00147 des Rollformens,
00148
00149 Fig. 3 einen Querschnitt durch den Mund des Flachbak-
00150 kenrollwerkzeuges unmittelbar vor Einleitung
00151 des Rollformens,
00152
00153 Fig. 4 einen schematisierten, vergrößerten Auszug aus
00154 Fig. 3,
00155
00156 Fig. 5 die eine Backe in Seitenansicht,
00157
00158 Fig. 6 die Unteransicht dieser Backe, wiederum den
00159 stabförmigen Rohling in den verschiedenen
00160 Bearbeitungsphasen zeigend,
00161
00162 Fig. 7
00163 10 den Rohling in isolierter Darstellung in den
00164 Rollformphasen gemäß Fig. 6, nur die im Backen¬
00165 bereich liegenden zeigend,
00166
00167 Fig. 11 die Backen eines Rundbackenrollwerkzeuges in
00168 Seitenansicht, weitestgehend schematisiert,
00169
00170 Fig. 12 den Schnitt gemäß Linie XII-XII in Fig. 11,
00171
00172 Fig. 13 einen Querschnitt wie Fig. 12, jedoch in natu¬
00173 ralistischer Darstellung des trapezförmigen
00174 Werkzeugquerschnitts und des halbkreisförmigen
00175 Werkzeugquerschnitts der Backen, und zwar im
00176 mundfernen, also engsten Endbereich des Rund-
00177 backenrollwerkzeuges gesehen, 00178
00179 Fig. 14 einen Querschnitt wie Fig. 3, ein Rollwerkzeug
00180 zeigend, welches die Herstellung einer abfall-
00181 freien Reihe an Stahlkugeln erlaubt und 00182
00183 Fig. 15 die Schlußphase der Umformung kurz vor dem
00184 Reißen der Abriß-Stielchen und dem flächenein-
00185 tretenden Verflachen der Stümpfe der Stielchen. 00186
00187 Das in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Flachbackenroll-
00188 Werkzeug 1 besitzt als formgebendes Herzstück im wesent-
00189 liehen horizontal ausgerichtete Backen 2 und 3. Die
00190 untere, mit 3 bezeichnete Backe verläuft leicht abschüs-
00191 sig nach rechts gehend. 00192
00193 Die Backen 2, 3 sind gegenläufig entlang einander beweg-
00194 bar. Die Antriebsmittel sind weggelassen. 00195
00196 Beide Backen 2, 3 belassen in Grundstellung einen nach
00197 außen leicht klaffenden Mund 4. Letzterer nimmt einen
00198 stabförmigen Rohling 5 auf. Der wird praktisch reib-
00199 schlüssig gehalten. 00200
00201 Ab Fig. 11 ist ein Rundbackenrollwerkzeug 6 darge-
00202 stellt. Die Fig. 14 und 15 sind diesbezüglich wahlwei-
00203 se. Letzteres umfaßt eine um eine horizontale Achse 7
00204 drehend angetriebene Walze 8 als bewegliche Backe 9 und
00205 eine umfangsfolgende, sektorale, feste Backe 10. Die
00206 ist in Bezug auf den Umfang der Walze 8 verstellbar.
00207 Auch hier ist ein Mund 11 berücksichtigt, erfüllend den
00208 oben angedeuteten Zweck. Die Umfassung ist fugenbelas-
00209 send und geht gut über einen Viertelkreis bis Drittel-
00210 kreis der kreisrunden Walze.
00211 Ausgehend vom Mund 4 bzw. 11 wird die spaltartige Fuge
00212 zwischen den Backen 2, 3 bzw. 9, 10 zunehmend enger,
00213 und zwar im Bereich eines Ausganges 12, die endgültige
00214 Form, d. h. Gestalt des Produktes bestimmend. 00215
00216 Bezüglich des Rohlings 5 handelt es sich um einen Eisen-
00217 stab, und zwar aus kohlenstoffarmem Stahl. Es liegt
00218 ein durchgehend gleicher, kreisrunder Querschnitt zu-
00219 gründe. 00220
00221 Mittels des Flachbackenrollwerkzeuges 1 bzw. des Rund-
00222 backenrollwerkzeuges 6 wird der Rohling 5 unter Durch-
00223 laufen des Raumes 13 der Fuge zwischen den Backen 2, 3
00224 bzw. 9, 10 plastisch verformt, und zwar schließlich zu
00225 Stahlkugeln 14. Die können als Schrotkugeln Verwendung 00226 finden. Die weitere Ausbildung der Schrotgewehrmu- 00227 nition soll hier nicht weiter erläutert werden.
00228
00229 Zwischen den einen hohen Rundungsgrad erhaltenden Stahl-
00230 kugeln 14 entstehen Brücken bzw. freiragende Stab-End-
00231 stücke 15. Die Stab-Zwischenstücke als Brücken zwi-
00232 sehen den zu bildenden Stahlkugeln 14 sind mit 16 be-
00233 zeichnet. 00234
00235 Die umformende Prägung geschieht radial gerichtet zu
00236 einer geraden Längsmittelachse x-x des Rohlings 5 mit
00237 einer zugleich überlagernd axial gerichteten Verdrän-
00238 gungskomponente . 00239
00240 Formgebend sind in Längsrichtung der Backen 2, 3 bzw.
00241 9, 10 verlaufende gestreckte oder im wesentlichen nach
00242 einer Kreisbogenlinie ausgerichtete Prägerinnen an den
00243 dem Raum 13 zugewandten Innenseiten der Backen 2, 3
00244 bzw. 9, 10 der Werkzeuge 1, 6. 00245
00246 Die die Stahlkugel 14 formenden Prägerinnen weisen
00247 backenanteilig je einen halbkreisförmigen Werkzeugquer-
00248 schnitt 17 auf. Die ergänzen sich im Bereich des Aus-
00249 ganges 12 querschnittsmäßig zur nahezu vollkommenen
00250 Negativform einer Kugel 14. 00251
00252 Die zwischen den Stahlkugeln 14 liegenden Abstandsberei-
00253 ehe nehmen den verdrängten Abfall auf. Hierzu sind
00254 gleichfalls in Form längsverlaufender bzw. nach einer
00255 Kreisbogenlinie ausgerichtete Prägerinnen realisiert.
00256 Die stellen gemäß zeichnerischer Darstellung trapezför-
00257 mige Werkzeugquerschnitte 18. Die Basis der geometri-
00258 sehen sowie Spiegelsymmetrischen Trapezgestalt er-
00259 streckt sich in der Mittelebene des Raumes 13. In
00260 diesen trapezförmigen Werkzeugquerschnitten 18 formt
00261 sich der Abfall zunehmend zu einem Doppelkegelkörper
00262 mit zylindrischem Mittelabschnitt. Zuvor entstehen Zwi-
00263 schenformen, wie sie sich aus Fig. 6 ergeben. 00264
00265 Verfahrensmäßig wird dazu so vorgegangen, daß, ausge-
00266 hend von dem stabförmigen Rohling 5, gleichzeitig aus
00267 dem stabförmigen Rohling 5 eine Mehrzahl von Stahlku-
00268 geln 14 hergestellt wird, und zwar unter Abtrennen von
00269 mindestens einem Stab-Zwischenstück 16 zwischen zwei
00270 benachbarten Stahlkugeln 14. Dabei werden sowohl das
00271 Stab-Zwischenstück 16, die beiden Stab-Endstücke 15 als
00272 auch die Stahlkugeln 14 im Zuge eines Arbeitsganges auf
00273 einen größeren Durchmesser D als den d des Stabquer-
00274 Schnitts des Rohlings 5 umgeformt. Der Durchmesser d
00275 des Rohlings 5 nimmt gut zwei Fünftel bis Hälfte des
00276 Durchmessers D der fertigen Stahlkugel 14 ein. Die
00277 Verformung des im Grunde zylindrischen Stababschnitts
00278 verdrängt von den Kopfenden her so viel Material in
00279 Richtung des Zentrums der zu bildenden Stahlkugeln 14,
00280 daß im Endeffekt eine vollständige Ausfüllung der Präge-
00281 rinne schon kurz vor dem Ausgang 12 erreicht ist. In
00282 den hier vorliegenden Größenordnungen von Stahlkugeln
00283 14 reicht die Anwendung der Kaltumformung völlig aus. 00284 Andererseits bleibt aber der Zusammenhalt des Grundkör-
00285 pers stabförmiger Rohling 5 auf der überwiegenden Länge
00286 der Rollformstrecke beibehalten. Zum Stabzerfall in
00287 Stahlkugeln 14 und Abfall kommt es erst in der Endphase
00288 des Arbeitsganges. Obwohl die Stahlkugeln 14 dann eine
00289 gewisse Selbständigkeit erhalten, also vom Grundkörper
00290 bzw. dem Stab-Zwischenstück 16 und den Stab-Endstücken
00291 15 gelöst sind, ist noch zu beobachten, daß die Stahlku-
00292 geln 14 an den durch die Längsmittelachse x-x definier-
00293 ten Polen Umform-Abrißstellen 19 aufweisen. Die werden
00294 zwar eingeebnet, da die wenn auch kurze Endphase die
00295 Wirkung einer Kugelmühle hat. 00296
00297 Zwischen Umform-Abrißstelle 19 und dem anschließenden
00298 Stab-Endstück 15 und Stab-Zwischenstück 16 entsteht ein
00299 querschnittsgeringes Stielchen 20. Das bleibt an den
00300 Abfallstücken hängen, also dem Stab-Endstück 15 bzw.
00301 dem Stab-Zwischenstück 16, da es nach dorthin quer-
00302 schnittsmäßig kontinuierlich vergrößert ausgebildet ist. 00303
00304 Wie den Fig. 7 und 8 entnehmbar, ergibt sich die Umfor-
00305 mung der Stahlkugeln 14 durch kontinuierliche Verdrän-
00306 gung des Materiales aus den Grenzzonen zwischen werden-
00307 der Stahlkugel 14 und dem Grat, also den Abfällen. So
00308 bestehen die Stahlkugeln 14 aus zwei sich im Zuge des
00309 Umform-Walzvorganges aufeinander zu bewegenden, etwa am
00310 Äquator 21 gegeneinandertreffenden, Kegelstumpfele en-
00311 ten 22. Das gilt gleichwohl auch bezüglich der Stab-
00312 Zwischenstücke 16. Die Bezugsziffern sind gleichlau-
00313 tend. Die KegelStumpfelemente 22 der Kugeln gehen
00314 sodann in kugelabschnittförmige Partien über. Es
00315 kommt schließlich zu kugelabschnittförmig geformten,
00316 kugelkalottartigen Strukturen, die sich umfangsmäßig
00317 zur Kugel schließen. Im Zuge der Axialdruckkomponente
00318 der Materialverdrängung ergibt sich aufgrund eines auch
00319 axial orientierten Staucheffekts zugleich im Mittelbe-
00320 reich ein Ausbauchen. Alles zusammen führt dann auf-
00321 grund der formbestimmenden, abdruckgleichen Wirkung der
00322 halbkreisförmigen Werkzeugquerschnitte 17 zur erstreb-
00323 ten Kugelform. Diese Formwerdung läßt sich auf der
00324 Linie y-y der Figurengruppe 7 bis 10 anschaulich verfol-
00325 gen. 00326
00327 Ein Schliffbild läßt desweiteren leicht den Faserver-
00328 lauf erkennen, der so auf die Machart eindeutig
00329 schließen läßt. Vor allem ist die von den Polen her
00330 zum Äquator 21 gehende Umformung fasermäßig sichtbar. 00331
00332 Die Umformwirkung wird im übrigen dadurch begünstigt,
00333 daß Prägerinnenränder 23 zwischen den trapezförmigen
00334 Werkzeugquerschnitten 18 der Stab-Zwischenstücke 16 und
00335 den die Kugelgestalt begründenden halbkreisförmigen
00336 Werkzeugquerschnitten 17 der Backen 2, 3 bzw. 9, 10 im
00337 Kammbereich Querschlitze 24 aufweisen. Die eine will-
00338 kommene Mitnah erauhung aufbringenden, die Beigabe von
00339 Sand oder dergleichen jedoch substituierenden Quer-
00340 schlitze 24 sind in Fig. 2 in Lupendarstellung wiederge-
00341 geben und so besser erkennbar. Die Querschlitze 24
00342 liegen in der dem Mund 4 bzw. 11 abgewandten Längenhälf-
00343 te der Backen 2, 3 bzw. der festen Backe 10. Das gilt
00344 somit für beide Werkzeuge, also das Flachbackenrollwerk-
00345 zeug 1 und das Rundbackenrollwerkzeug 6. Die besagten
00346 Prägerinnenränder 23 schaffen als exponierte Leisten
00347 die dargestellten wespentaillenartigen, rotationssymme-
00348 trischen Einziehungen zwischen der entstehenden Stahlku-
00349 gel 14 und der davon zunehmend weggeformten Abfallstruk-
00350 tur, der Stab-Zwischenstücke 16 und der Stab-Endstücke
00351 15 also. 00352
00353 Es können deutlich mehr als zwei halbkreisförmige Werk-
00354 zeugquerschnitte 17 parallelverlaufend in den Backen
00355 angeordnet sein. 00356
00357 Fig. 14 und 15 zeigt Umfor werkzeuge mit einer Rinnen-
00358 Struktur, die eine abfallfreie Herstellung erlauben.
00359 Es fallen hier also nicht die erläuterten Stab-Zwischen-
00360 stücke 16 an. Vielmehr findet nur ein Trennen der
00361 Stahlkugeln 14 an Abriß-Stielchen 20 statt. Die Kämme 00362 der Prägerinnenränder 23 treten gemäß Fig. 15 in der 00363 Endphase der RollVerformung in eine solche, nahezu 00364 schließend wirkende Nähe.
00365
00366 In der besagten Endphase findet ein freies Verrollen
00367 der Stahlkugeln 14 statt. Sie treten aus der Längsmit-
00368 telachse x-x des stabförmigen Rohlings 5 heraus. Ihre
00369 Stümpfe werden eingeebnet, d. h. sie drücken sich in
00370 die sphärische Fläche der Stahlkugeln 14 ein. Dies
00371 gilt auch bezüglich eventueller GratStückchen. Die
00372 induktive Erwärmung kann auch diesbezüglich förderlich
00373 sein. Wichtig ist aber auch hier, daß der stabförmige
00374 Rohling 5 beim Umformen volumenmäßig in halbkreisförmi-
00375 gen Werkzeugquerschnitten 17 abfallfrei aufgeht. 00376
00377 Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich.
00378 In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der
00379 Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori-
00380 tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt-
00381 lieh mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser
00382 Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit
00383 aufzunehmen. 00384