[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltpressen eines konischen
Aussengewindes an einem Ende eines praktisch zylindrischen Werkstücks und vorzugsweise
eines Armierungsstahls, mit einem Presswerkzeug, das mehrere Pressbacken enthält,
die um eine Längsachse angeordnet und mindestens radial zu dieser verschiebbar sind
und deren radial innere Flächen einzelnen Segmenten eines Mutterstücks für das zu
pressende Gewinde entsprechen, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
[0002] Konische Gewinde ermöglichen, mit einer oder nur wenigen Umdrehungen eine Vielzahl
von Gewindegängen in Eingriff zu bringen. Sie eignen sich darum insbesondere für Befestigungsgewinde,
wenn der Gewindebolzen und/oder das Mutterstück beim Anziehen nur mit grossem Aufwand
gedreht werden können oder nur wenig in axialer Richtung verschoben werden sollen.
[0003] Eine bekannte Verwendung konischer Gewinde ist die mechanische Verbindung der stumpf
aneinanderstossenden Enden von Armierungsstählen für Beton. Dabei werden die mit konischen
Aussengewinden versehenen Enden der Armierungsstähle mit einem Mutterstück, das zwei
gegenläufige, konische Gewinde aufweist, miteinander verschraubt.
[0004] Zum Herstellen konischer Aussengewinde sind mehrere unterschiedliche Verfahren bekannt.
Bei Werkstücken aus Werkstoffen mit relativ geringer Zähigkeit und Härte, beispielsweise
Holzschrauben aus Aluminium, kann das konische Aussengewinde mittels radial verschiebbarer
Pressbacken direkt in ein zylindrisches Halbfabrikat eingepresst werden.
[0005] Werkstücke aus Werkstoffen mit relativ grosser Zähigkeit und Härte, beispielsweise
Armierungsstahl, werden üblicherweise zuerst konisch angeformt, und danach wird in
die konische Fläche das Gewinde eingeschnitten, wozu relativ komplizierte Vorrichtungen
mit zwei einander gegenüberliegender Strehlern verwendet werden.
[0006] Weil beim Schneiden eines Gewindes der Faserverlauf im Werkstück unterbrochen und
damit dessen Festigkeit verringert und durch die Kerbwirkung im Bereich des Gewindeinnenkerns
der tragfähige Querschnitt des Gewindes verkleinert wird, ist auch schon versucht
worden, stark belastbare konische Gewinde zu walzen. Beim Walzen von Gewinden werden
nicht nur die genannten Nachteile des Gewindeschneidens vermieden, sondern die durch
den Walzendruck erreichte Oberflächenbefestigung ermöglicht die Herstellung höher
belastbarer und verschleissfesterer Gewinde. Vorrichtung zum Walzen konischer Gewinde
in relativ harte und zähe Werkstoffe erfordern einen hohen konstruktiven Aufwand,
weshalb trotz der erwähnten Vorteile bisher solche Vorrichtungen nicht gebräuchlich
sind.
[0007] Aus der EP-Patentanmeldung 85 80 810 610 (0 187 623) ist ein Verfahren zum Herstellen
eines konischen Aussengewindes an einem Werkstück aus einem zähen und harten Werkstoff
be kannt, bei dem das Gewinde in ein konisch vorgeformtes Ende eines Werkstücks kalt
eingepresst wird. Das zur Ausführung dieses Verfahrens verwendete Presswerkzeug weist
Pressbacken auf, die im konischen Innenraum einer Führungshülse in axialer Richtung
verschoben und dabei in radialer Richtung zusammengepresst oder auseinandergezogen
werden. Dieses Verfahren ermöglicht Gewinde herzustellen, die die oben beschriebenen
Vorteile der spanlosen Verformung aufweisen, und die relativ leichte, robuste und
einfach zu bedienende Vorrichtung benötigt zum Betrieb nur solche Energiequellen,
die auf jeder Baustelle vorhanden sind. Der einzige Nachteil dieses Verfahrens bzw.
der Vorrichtung ist, dass der Teil des Werkstücks, in den das konische Gewinde eingepresst
werden soll, vorgängig konisch angeformt werden muss.
[0008] Der vorliegenden Erfindung lag darum die Aufgabe zugrunde, das vorerwähnte Verfahren
und die zu dessen Ausführung verwendete Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass
konische Gewinde auch in Werkstücke aus einem relativ harten und zähen Werkstoff
eingepresst werden können, ohne dass das praktisch zylindrische Werkstück vorgängig
konisch angeformt werden muss.
[0009] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art
gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
(1) das Presswerkzeug durch Auseinanderziehen der Pressbacken in radialer Richtung
geöffnet wird,
(2) das Presswerkzeug und das zu dessen Längsachse ausgerichtete Werkstück relativ
zueinander verschoben werden, bis die Pressbacken das Werkstück in der Längsrichtung
um einen vorgegebenen Betrag umfassen,
(3) die Pressbacken in radialer Richtung zusammen- und in das Werkstück hineingepresst
werden, bis deren parallel zur Längsachse verlaufenden seitlichen Ränder der Innenflächen
aneinanderliegen,
(4) die Pressbacken wieder auseinandergezogen und das Presswerkzeug und das Werkstück
relativ zueinander um die Längsachse gedreht werden, wobei die Drehung einem Teil
des dem Querschnitt jedes Pressbackens entsprechenden Kreissektors entspricht,
(5) zum Einpressen eines möglichen Grats der Verfahrensschritt (3) wiederholt und
(6) nach dem Auseinanderziehen der Pressbacken in radialer Richtung das Presswerkzeug
in seine Ausgangsstellung zurückgedreht und
(7) das Werkstück aus dem Presswerkzeug entnommen wird.
[0010] Das erfindungsgemässe Verfahren hat den Vorteil, dass in ein praktisch zylindrisches
Werkstück aus einem harten und zähen Werkstoff ohne vorgängiges Anformen einer konischen
Fläche ein konisches Gewinde kalt eingepresst werden kann, dass zur Ausführung dieses
Verfahrens nur eine Vorrichtung erforderlich ist und dass das Kaltpressen einem Kaltschmiedevorgang
entspricht, der eine Kornverfeinerung im Werkstoff und damit eine Erhöhung von dessen
Festigkeit bewirkt.
[0011] Zum Herstellen relativ langer konischer Gewinde werden vorzugsweise nach dem Verfahrensschritt
(6) die Verfahrensschritte (2), (3), (4), (5) und (6) mindestens einmal wiederholt
und abschliessend der Verfahrensschritt (7) ausgeführt.
[0012] Eine zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeig nete Vorrichtung enthält
ein Presswerkzeug mit einer Führungshülse, in deren konischen Innenraum mehrere Pressbacken
längs Mantellinien des Innenraums verschiebbar gelagert sind, sowie einen Druckstempel,
der zum Verschieben der Pressbacken in der Längsrichtung des Innenraums vorgesehen
ist, und ist gekennzeichnet durch eine Halteeinrichtung, um das Werkstück in der Längsachse
des konischen Innenraums der Führungshülse zu halten, und eine Vorschubeinrichtung,
um die Halteeinrichtung und/oder das Presswerkzeug relativ zueinander längs der Achse
des konischen Innenraums um einen voreinstellbaren Vorschubweg zu verschieben, sowie
durch eine Dreheinrichtung, um die Halteeinrichtung und/oder das Presswerkzeug relatiy
zueinander um die Achse des konischen Innenraums um einen voreinstellbaren Winkel
zu drehen.
[0013] Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Vorrichtung ist der Vorschubeinrichtung
ein Ausgleichszylinder zugeordnet, der eine von der axialen Komponente der Verschiebung
der Pressbacken und vom Fliessen des Materials während des Pressvorgangs bewirkte
Längenänderung des Werkstücks ausgleicht.
[0014] Nachfolgend werden das erfindungsgemässe Verfahren und eine zu dessen Ausführung
geeignete Vorrichtung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens,
Fig. 2 den Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Presswerkzeugs der Vorrichtung
gemäss der Fig. 1,
Fig. 3 den Querschnitt durch das Presswerkzeug längs der Linie A-A in Fig. 2 und
Fig. 4 ebenfalls in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der
Verschiebeeinrichtung und des Ausgleichszylinders.
[0015] Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Vorrichtung enthält ein nicht gezeigtes Maschinenbett,
an dem eine Dreheinrichtung 11 und eine Vorschubeinrichtung 12 mit einstellbarem Abstand
voneinander befestigbar sind. An der Dreheinrichtung sind auf der der Vorschubeinrichtung
zugewandten Seite ein Presswerkzeug 13 und auf der abgewandten Seite eine Presse
14 gehaltert. An der Vorschubeinrichtung 12 ist eine Halteeinrichtung 16 angeordnet.
Diese Halteeinrichtung ist zum Halten eines stabförmigen Werkstücks 91 vorgesehen
und dazu in der Art eines hydraulisch betätigbaren Mehrbackenfutters ausgebildet.
[0016] Die Drehachse der Dreheinrichtung 11, die Symmetrieachse des Presswerkzeugs 13, sowie
die Symmetrieachse der Halteeinrichtung 16 liegen ineinander, so dass bei geeignetem
Abstand zwischen Presswerkzeug und Halteeinrichtung das Presswerkzeug um ein in
der Halteeinrichtung gehaltenes stabförmiges Werkstück gedreht werden kann.
[0017] Die Dreheinrichtung 11 und die Presse 14 sowie die Vorschubeinrichtung 12 und die
Halteeinrichtung 16 werden hydraulisch betätigt und sind über Hydraulikleitungen
21, 22, 23 bzw. 24 mit einer Hydraulikanlage 17 verbunden. Die Hydrau likanlage enthält
eine nicht gezeigte Hydraulikpumpe, die beim Betrieb der Vorrichtung einen konstanten
Druck des Hydraulikfluids erzeugt. In jeder Hydraulikleitung ist mindestens ein
elektrisch steuerbares Ventil 26, 27, 28 bzw. 29 angeordnet, das über eine elektrische
Leitung 31, 32, 33 bzw. 34 mit einer elektronischen Steuerschaltung 36 verbunden
ist. Die Hydraulikleitungen 21 und 24 sind zwischen den Ventilen 27 bzw. 29 paarweise
ausgeführt, was ermöglicht, die Drehrichtung der Dreheinrichtung 11 umzukehren und
die Halteeinrichtung 16 zu schliessen und zu öffnen. Die Leitung 23 zur Vorschubeinrichtung
besteht aus mehreren (nicht gezeigten) parallel zueinander verlaufenden Leitungen,
von denen jede ein Ventil enthält, das unabhängig von den anderen Ventilen ansteuerbar
ist, was mit Hilfe der Fig. 4 noch ausführlich beschrieben werden wird. Die elektronische
Steuerschaltung 36 ist für verschiedene Verwendungen der Vorrichtung programmierbar.
Weiter ist ein Steuerpult 37 vorgesehen, mit einem Tastenfeld zum Ein- und Ausschalten
der Vorrichtung sowie zum Einstellen der Steuerschaltung auf ein ausgewähltes Programm.
[0018] Die Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt ein Presswerkzeug 13 sowie eine zu dessen
Betätigung vorgesehene Presse 14. Die Presse 14 enthält einen Hydraulikzylinder 41,
in dem ein Kolben 42 in axialer Richtung verschiebbar eingepasst ist. Der Zylinderboden
43 weist eine Bohrung 44 auf, die für den Anschluss der Hydraulikleitung 22 vorgesehen
ist. An der der Arbeitsfläche des Kolbens 42 abgewandten Fläche ist eine Kolbenstange
46 angeformt, deren freies Ende durch die zentrale Oeffnung eines ringförmigen Zylinderdeckels
47 aus dem Zylinder herausragt. Am freien Ende der Kolbenstange ist ein Druckstempel
48 befestigt, dessen Durchmesser grösser als der Durchmesser der Kolbenstange ist.
Um den im Zylinder liegende Teil der Kolbenstange ist eine Druckfeder 49 gelegt,
deren Enden an der rückwärtigen Fläche des Kolbens bzw. an der Innenfläche des Zylinderdeckels
anliegen.
[0019] Das Presswerkzeug 13 enthält eine Führungshülse 51, die im Bereich des Zylinderdeckels
47 an der hydraulischen Presse 14 befestigt ist. Die Führungshülse weist einen konischen
Innenraum 52 auf, dessen grösster Durchmesser oder Grundkreis dem Druckstempel 48
benachbart ist und dessen kleinster Durchmesser oder Deckkreis eine Oeffnung 53 in
der der Presse 14 abgewandten Deckfläche des Presswerkzeuges bildet. In die Wand des
konischen Innenraums 52 sind vier um 90° versetzte und im Querschnitt T-förmige Nuten
56, 57, 58, 59 eingearbeitet (Fig. 3). Die Nuten verlaufen parallel zu den Mantellinien
des konischen Innenraums und sind darum gegenüber der Längsachse 61 des Presswerkzeugs
um einen Winkel α geneigt.
[0020] In den konischen Innenraum sind vier in der Seitenansicht trapezförmige Gewindepressbacken
62, 63, 64, 66 angeordnet. Die Pressbacken weisen einen T-förmigen Querschnitt auf
mit einem zweiarmigen Führungsbalken und einem davon abragenden Pressstempel. Jeder
Pressbacken ist mit seinem Führungsbalken in einer zugeordneten Nut in der Führungshülse
in der Längsrichtung des Presswerkzeugs verschiebbar gelagert und mittels einer Schraube
67, 68 mit dem Druckstempel 48 verbunden. Die Schraubenköpfe sind im Druckstempel
in radialen Schlitzen 69, 71 geführt, um die jeder Verschiebung der Pressbacken in
axialer Richtung überlagerte Verschiebung in radialer Richtung nicht zu blockieren.
Die der Mitte des konischen Innenraums 52 zugewandten Innenflächen der Press backen
sind gegenüber der Längsachse 61 um einen Winkel β geneigt. Die Neigungsrichtung dieses
Winkels β ist der Neigungsrichtung des Winkels α entgegengesetzt, und der Winkel
β ist kleiner als der Winkel α. Die Innenflächen der Pressbacken sind im Querschnitt
kreisbogenförmig und weisen ein Oberflächenprofil auf, das einem entsprechenden Teil
eines Mutterstücks für das zu pressende konische Aussengewinde entspricht.
[0021] Die Fig. 4 zeigt eine Vorschubeinrichtung 12, der eine Längenausgleichseinrichtung
71 zugeordnet ist. Die Vorschubeinrichtung enthält ein Gehäuse 72, in das mehrere
und im gezeigten Ausführungsbeispiel drei in Serie geschaltete Kolben-Zylinder-Anordnungen
eingebaut sind. Die erste Kolben-Zylinder-Anordnung besteht aus einem im Gehäuse
fest eingebauten ersten Zylinder 73, an den Druckfluidleitungen 123′ und 123˝ angeschlossen
sind. An der Kolbenstange 76 des im ersten Zylinder gleitenden Kolbens 74 ist ein
im zweiten Gehäuse 72 verschiebbarer Zylinder 77 befestigt. An diesen zweiten Zylinder
sind die Druckfluidleitungen 223′ und 223˝ angeschlossen. An der Kolbenstange 79 des
im zweiten Zylinder gleitenden Kolbens 78 ist ein dritter Zylinder 81 befestigt,
an den Druckfluidleitungen 323′ und 323˝ angeschlossen sind. Der im dritten Zylinder
gleitende Kolben 82 ist mittels einer Kolbenstange 83 mit einem Kolben 84 der Längenausgleichseinrichtung
71 starr verbunden.
[0022] Der Hub der Kolben in den drei Kolben-Zylinder-Anordnungen ist unterschiedlich lang,
was ermöglicht, durch Verschieben eines, zweier oder auch aller drei Kolben den Kolben
84 in der Längenausgleichseinrichtung um vorgegebene Gesamtlängen zu verschieben.
Der Arbeitsraum 86 der Längenausgleichsein richtung ist über die Leitung 23A mit
der Hydraulikanlage 17 verbunden und wird zu Beginn jedes Arbeitszyklus mit dem Druckfluid
gefüllt, so dass bei jeder Verschiebung des Kolbens 84 (in der Fig. 4 nach rechts)
der Zylinder 87, der wie die Zylinder der Verschiebeeinrichtung im Gehäuse 72 gleitend
angeordnet ist, nach rechts verschoben wird. Der Zylinder 87 ist mit der Halteeinrichtung
16 für das Werkstück direkt oder indirekt mechanisch verbunden, so dass die Halteeinrichtung
16 entsprechend der Verschiebung des Zylinders 87 ebenfalls verschoben wird.
[0023] An den Zylinder 87 der Längenausgleichseinrichtung 71 bzw. an die mit diesem Zylinder
verbundene Druckfluidleitung 23A ist eine weitere Druckfluidleitung 23B angeschlossen.
Diese Leitung enthält ein Ueberdruckventil 88, das öffnet, sobald der Druck im Arbeitsraum
86 einen vorgegebenen Wert übersteigt, wie nachfolgend noch erläutert werden wird.
[0024] Bei der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Kaltpressen eines konischen
Gewindes in ein stabförmiges, praktisch zylindrisches Werkstück wird zuerst am Steuerpult
37 die "EIN"- Taste gedrückt, die dann die elektronische Steuerschaltung 36 und die
Hydraulikanlage 17 aktiviert. Die Steuerschaltung stellt das Ventil 27 in eine erste
Stellung, in der Hydraulikfluid in den Zylinder 41 der Presse 14 einströmt und den
Kolben 42 gegen die Kraft der Feder 49 (in der Fig. 2 nach rechts) verschiebt. Dadurch
werden auch die Pressbacken 62, 63, 64 und 65 in axialer Richtung verschoben und infolge
der Neigung der Führungsnuten 56, 57, 58, 59 gegenüber der Längsachse des Presswerkzeugs
zugleich in radialer Richtung zusammengefahren, bis ihre Seitenflächen aneinanderliegen.
Gleichzeitig wird auch das Ventil 29 in eine erste Stellung verstellt, in der das
einströmende Hydraulikfluid die Haltebacken der Halteeinrichtung 16 in radialer Richtung
auseinanderzieht. Dann kann das stabförmige Werkstück 91 in der Richtung des Pfeils
92 zwischen die geöffneten Haltebacken bis zum Anschlag an die zusammengefahrenen
Pressbacken eingeführt werden.
[0025] Vor dem Beginn des eigentlichen Arbeitszyklus werden mit Hilfe des Tastenfelds am
Steuerpult 27 die für den Zyklus wichtigen Kenndaten des Werkstücks in die elektronische
Steuerschaltung eingegeben, insbesondere der Durchmesser des Werkstücks, oder der
Nenndurchmesser und die Länge des zu pressenden konischen Gewindes und mindestens
eine das Material des Werkstücks betreffende Kenngrösse. Die eingegebenen Kennwerte
bestimmen dann, welches von mehreren in der Steuerschaltung gespeicherten Arbeitsprogrammen
auszuführen ist.
[0026] Der Arbeitszyklus beginnt, sobald am Steuerpult die "START"- Taste gedrückt ist.
Beim ersten Arbeitsschritt wird das Ventil 29 in eine zweite Stellung umgesteuert,
in der die Haltebacken zusammenfahren, bis das Werkstück festgeklemmt ist. Beim zweiten
Arbeitsschritt wird das Ventil 27 in seine zweite Stellung gesteuert, in der der Zylinder
41 der Presse belüftet wird und die Feder 49 den Kolben 42 mitsamt den Pressbacken
62, 63, 64, 66 in die in Fig. 2 gezeigte Ruhestellung zurückzieht. Beim darauffolgenden
dritten Arbeitsschritt wird das Ventil 28 in eine erste Stellung gesteuert, in der
das durchströmende Hydraulikfluid die Vorschubeinrichtung 12 und damit auch die Halteeinrichtung
16 und das von dieser gehaltene Werkstück 91 um eine vorgegebene Strecke in Richtung
des Presswerkzeugs 13 bzw. zwischen die Pressbacken verschiebt. Beim letzten vierten
Arbeitsschritt wird das Ventil 27 wieder in seine erste Stellung gesteuert, in der
die Pressbacken in axialer Richtung verschoben und zugleich zusammen- und in das Werkstück
eingepresst werden, bis ihre Seitenflächen aneinanderliegen.
[0027] Beim Einpressen der Pressbacken in das Werkstück erzeugt die axiale Komponente von
deren Verschiebung einen auf die Halteeinrichtung wirkenden Druck. Dieser Druck wird
noch verstärkt, wenn das Material des Werkstücks beim Einpressen der Pressbacken
in Richtung des grösseren Werkstückdurchmessers fliesst. Wenn dieser Druck einen vorgegebenen
Wert übersteigt, dann öffnet das Ueberdruckventil 88 und ermöglicht eine rückwärts
gerichtete Verschiebung des Zylinders 87 mitsamt der daran befestigten Halteeinrichtung,
bis der Druck des Werkstücks auf einen tolerierbaren Wert abgesunken ist.
[0028] Im nachfolgenden fünften Arbeitsschritt wird das Ventil 27 in die zweite Stellung
gesteuert, wodurch die Pressbacken wieder in radialer Richtung auseinandergezogen
werden. Beim nächsten sechsten Arbeitsschritt wird das Ventil 26 in die erste Stellung
gesteuert, so dass die Dreheinrichtung 11 und mit ihr die Presse 14 und das Presswerkzeug
um 45° nach links gedreht werden. Beim siebten Arbeitsschritt wird das Ventil 27 wieder
in die erste Stellung gesteuert, wobei die Pressbacken des Presswerkzeugs erneut in
radialer Richtung zusammengefahren werden und der Grat, der sich beim Pressen des
konischen Gewindes im Bereich der seitlichen Ränder der Pressbacken gebildet hat,
ausgepresst wird. Im achten Arbeitsschritt werden durch Ansteuern der Ventile 27
und 26 zuerst die Pressbacken wieder auseinandergezogen und danach das Presswerkzeug
um 45° nach rechts in seine Ausgangsstellung gedreht. Das Werkstück mit einem kalt
eingepressten ko nischen Gewinde kann dann aus der Vorrichtung entnommen werden.
[0029] Werkstücke mit grossem Durchmesser und/oder aus einem relativ zähen Material bzw.
konische Gewinde mit mehr als beispielsweise fünf Gängen werden vorteilhafterweise
in mehreren Arbeitszyklen gepresst. Beim zweiten und jedem darauf folgenden Arbeitszyklus
bleiben nach dem oben beschriebenen vierten Arbeitsschritt die Pressbacken in der
Pressstellung, während in einem ersten Zwischenarbeitsschritt das Ventil 24 in die
erste Stellung gesteuert und dadurch die Haltebacken der Halteeinrichtung 16 auseinandergefahren
werden. In einem zweiten Zwischenarbeitsschritt wird das Ventil 28 in die zweite Stellung
gesteuert und dadurch die Vorschubeinrichtung 12 in ihre Ausgangsstellung zurückgefahren.
Anschliessend wird jeder oben beschriebene erste, zweite, dritte und vierte Arbeitsschritt
wiederholt, d.h. die Haltebacken werden zusammengefahren, die Pressbacken in die
Ruhestellung zurückgezogen, das Werkstück durch Verschieben der Vorschubeinrichtung
um eine vorgegebene Länge tiefer in das Presswerkzeug eingeführt und die Pressbacken
wieder zusammengepresst.
[0030] Den Abschluss eines Arbeitszyklus bilden immer die oben beschriebenen Arbeitsschritte
sechs und sieben, mit denen der beim Pressen des konischen Gewindes unvermeidliche
Grat in das Werkstück eingepresst wird.
[0031] Beim Pressen eines Gewindes in mehreren Arbeitszyklen, wird das Werkstück für jeden
Arbeitszyklus tiefer in das Presswerkzeug hineingeschoben. Dabei werden die vorgängig
gepressten Gewindegänge nachgepresst und neue Gewindegänge eingepresst. Um die mit
zunehmender Anzahl Arbeitszyklen zunehmende, gesamthafte Verformung des Werkstücks
im Bereich des Gewindes zu begrenzen, kann es vorteilhaft sein, den Vorschub des Werkstücks
in das Presswerkzeug bei jedem nachfolgenden Arbeitszyklus etwas kürzer als beim
vorgängigen Arbeitszyklus einzustellen.
[0032] Bei der praktischen Erprobung der erfindungsgemässen Vorrichtung wurden konische
Gewinde in Armierungsstähle eingepresst. Jeder Armierungsstahl hatte einen Durchmesser
von 40 mm. Das konische Gewinde hatte einen Konus von 6°, eine Steigung von 4 mm und
einen Flankenwinkel von 90°, entsprechend einer Gangtiefe von 2 mm oder der halben
Steigung Das verwendete Presswerkzeug enthielt vier Pressbacken, von denen jeder
in axialer Richtung gesehen einen Querschnitt aufwies, der einem Viertelkreis entsprach.
Der Druck der Presse betrug in axialer Richtung bis 650 bar, womit ein Pressdruck
der Pressbacken in radialer Richtung von bis 850 t erreicht wurde.
[0033] Zum Kaltpressen eines konischen Gewindes mit 15 Gängen wurden fünf Arbeitszyklen
ausgeführt, wobei der Vorschub des Armierungsstahls in das Presswerkzeug beim ersten
Zyklus der (axialen) Länge von fünf Gewindegängen und beim zweiten bis fünften Zyklus
der Länge von vier, drei, zwei bzw. einem Gewindegang entsprach. Die gesamte Bearbeitungszeit
betrug etwa 90 sec. Das fertig gepresste konische Gewinde zeigte weder Ausbrüche
noch einen Grat.
[0034] Es versteht sich, dass die beschriebene Vorrichtung und deren Einrichtungen auf
vielerlei Weise abgeändert und an spezielle Arbeitsbedingungen angepasst werden können.
Bei spielsweise kann anstelle einer Presse, die hydraulisch in die Arbeitsstellung
und mittels einer Feder in die Ruhestellung verschoben wird, eine Presse verwendet
werden, die in beiden Richtungen hydraulisch verschoben wird. Weiter kann eine Vorschubeinrichtung
mit nur einem Zylinder verwendet werden, deren Vorschub durch die Menge des eingeleiteten
Hydraulikfluids gesteuert wird. Bei einer Vorschubeinrichtung mit nur einem Zylinder
kann auch das Ueberdruckventil 88 an diesen Zylinder angeschlossen und dafür auf die
Längsausgleichseinrichtung verzichtet werden.
[0035] Die Vorrichtung kann aus handelsüblichen Bauelementen und -Gruppen zusammengebaut
werden, und es wird angenommen, dass auch die elektronische Steuerung und Hydraulikanlage
zum Steuern bzw. Betätigen der einzelnen Einrichtungen jedem Fachmann bekannt sind,
weshalb auf eine detaillierte Beschreibung dieser Einrichtungen verzichtet wird.
1. Verfahren zum Kaltpressen eines konischen Aussengewindes an einem Ende eines praktisch
zylindrischen Werkstücks und vorzugsweise eines Armierungsstahls,
mit einem Presswerkzeug, das mehrere Pressbacken aufweist, die um eine Längsachse
angeordnet und mindestens radial zu dieser verschiebbar sind,
und deren radial innere Flächen einzelnen Segmenten eines Mutterstücks für das zu
pressende Gewinde entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass
(1) das Presswerkzeug durch Auseinanderziehen der Pressbacken in radialer Richtung
geöffnet wird,
(2) das Presswerkzeug und das zu dessen Längsachse ausgerichtete Werkstück relativ
zueinander verschoben werden, bis die Pressbacken das Werkstück in der Längsrichtung
um einen vorgegebenen Betrag umfassen,
(3) die Pressbacken in radialer Richtung zusammen- und in das Werkstück hineingepresst
werden, bis deren parallel zur Längsachse verlaufenden seitlichen Ränder der Innenflächen
aneinanderliegen,
(4) die Pressbacken wieder auseinandergezogen und das Presswerkzeug und das Werkstück
relativ zueinander um die Längsachse gedreht werden, wobei die Drehung einem Teil
des dem Querschnitt jedes Pressbackens entsprechenden Kreissektors entspricht,
(5) zum Einpressen eines möglichen Grats der Verfahrensschritt (3) wiederholt und
(6) nach dem Auseinanderziehen der Pressbacken in radialer Richtung das Presswerkzeug
in seine Ausgangsstellung zurückgedreht und
(7) das Werkstück aus dem Presswerkzeug entnommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste relative Verschiebung
von Presswerkzeug und Werkstück einer Länge entspricht, bei der mindestens der erste
Gewindegang mit vollem Profil ausgepresst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für ein konisches Gewinde
mit einem Konus von 6° das Presswerkzeug und das Werkstück in axialer Richtung um
die fünffache Steigung des konischen Gewindes relativ zueinander verschoben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auseinanderziehen
der Pressbacken und dem Zurückdrehen des Presswerkzeugs in seine Ausgangsstellung
im Verfahrensschritt (6) die Verfahrensschritte (2), (3), (4), (5) und (6) mindestens
einmal wiederholt werden und abschliessend der Verfahrensschritt (7) ausgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Wiederholung des
Verfahrensschrittes (2) der Betrag der Verschiebung der Steigung des konischen Gewindes
oder eines ganzzahligen Vielfachen davon entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der relativen
Verschiebung von Presswerkzeug und Werkstück mit zunehmender Wiederholung der Verfahrensschritte
(2), (3), (4), (5) und (6) kleiner wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Presswerkzeug mit
vier Pressbacken in den Arbeitsschritten (4) und (6) das Presswerkzeug und das Werkstück
um 45° relativ zueinander um die Längsachse gedreht werden.
8. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Presswerkzeug
(13) mit einer Führungshülse (51), in deren konischem Innenraum mehrere Pressbacken
(62, 63, 64, 66) längs Mantellinien des Innenraums verschiebbar gelagert sind, sowie
mit einem Druckstempel (48), der zum Verschieben der Pressbacken in der Längsrichtung
des Innenraums vorgesehen ist, gekennzeichnet durch
eine Halteeinrichtung (16), um das Werkstück (91) in der Längsachse (61) des konischen
Innenraums der Führungshülse zu halten,
und eine Vorschubeinrichtung (12), um die Halteeinrichtung und/oder das Presswerkzeug
relativ zueinander längs der Achse des konischen Innenraums um einen voreinstellbaren
Vorschubweg zu verschieben,
sowie durch eine Dreheinrichtung (11), um die Halteeinrichtung und/oder das Presswerkzeug
relativ zueinander um die Achse des konischen Innenraums um einen voreinstellbaren
Winkel zu drehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtung
(12) mit einer Einrichtung (71) zum Ausgleich einer von der axialen Komponente der
Verschiebung der Pressbacken und vom Fliessen des Materials des Werkstücks bewirkten
Verschiebung des Werkstücks zusammenwirkt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtung
(12) mehrere Sektionen (73, 74; 77, 88; 81, 82) aufweist, die unabhängig voneinander
ansteuerbar sind und von denen jede für eine andere Vorschubstrecke vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydraulikanlage
(17) vorgesehen ist, die mit mindestens einigen der Einrichtungen (11, 12, 13, 14,
16) verbunden ist, um deren Bewegung zu bewirken.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass weiter eine elektronische
Steuerschaltung (36) vorgesehen ist, die in Uebereinstimmung mit eingegebenen Programmen
die Ventile (26, 27, 28, 29) in den Hydraulikleitungen (21, 22, 23, 24) steuert.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein elektronisches Steuerpult
(37) mit einem Tastenfeld zum manuellen Eingeben der für das zu pressende konische
Gewinde erforderlichen Kenndaten.