[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schäften mit mindestens
einer Endverdickung, insbesondere Ventilen von Kolbenmaschinen, durch Warmstauchen
von abgelängten Rundstäben sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
[0002] Verfahren der eingangs beschriebenen Art sind bereits bekannt geworden durch ein
Prospekt der Maschinenfabrik Hasenclever GmbH, 4000 Düsseldorf 1, Witzelstraße 55
mit der Nr. B M - 56 - D 3/72 - 3000- K. sowie durch "Stauchen und Pressen" 2. Auflage,
Biligmann/Feldmann, Hanser-Verlag, Seiten 150, 151; 194-200). Bei solchen Einrichtungen
wird z.B. ein Werkstückrohling zur Herstellung von Ventilen im umzuformenden Bereich
in einer Elektrostauchanlage durch eine elektrische Widerstandserwärmung erwärmt und
dabei gestaucht, so daß eine sogen. Stauchbirne entsteht. Das solcherart erhitzte
und gestauchte Werkstück wird dann der Elektrostauchmaschine entnommen und in eine
Fertigschmiedepresse eingelegt, die den Ventilkopf mit dem Ventilteller formt. Da
die Fertigschmiedepresse wesentlich schneller arbeitet als die Elektrostauchmaschine,
ist es zur Auslastung der Fertigschmiedepresse notwendig, entsprechend der Leistung
der Fertigschmiedepresse mehrere Elektrostauchmaschinen vorzusehen, die die Fertigschmiedepresse
beliefern. Dies geschieht dadurch, daß zwischen den einzelnen Elektrostauchmaschinen
und der einzelnen Schmiedepresse ein Bedienungsmann steht, der den Elektrostauchmaschinen
der Werkstücke entnimmt und in die Fertigschmiedepresse einlegt. Es sind jedoch, wie
dem genannten Prospekt zu entnehmen ist, hierzu auch sehr aufwendige Automaten entwickelt
worden, bei denen in der Elektrostauchmaschine eine entsprechende Anzahl von Staucheinheiten
auf einem Karusell angeordnet sind und sich drehen. Hierbei drehen sie sich an der
Schmiedepresse vorbei und es wird während der Karuselldrehung elektrisch vorgestaucht.
[0003] Beim Vorbeifahren an der Schmiedepresse wird das fertig vorgestauchte Werkstück automatisch
in das Schmiedewerkzeug eingelegt und dort fertiggeschmiedet (siehe Seite 12 des ganannten
Prospektes). Das Werkstück, das die Fertigschmiedepresse verläßt, ist lediglich ein
Rohling. Es muß nun gerichtet, mindestens oberflächengehärtet und nachfolgend auf
Fertigmaß des Schaftes geschliffen werden. Dies ist sehr ungünstig, weil der bereits
angeschmiedete Ventilteller ein Rundschleifen gegen Anschlag erzwingt und damit ein
wesentlich wirtschaftlicheres spitzenloses Rundschleifen im Durchlaufverfahren verhindert.
Darüber hinaus werden die Ventilschäfte in aller Regel nur oberflächengehärtet, so
daß sie vorher eingesetzt und nitriert werden müssen. Auch dieser Arbeitsvorgang wird
durch die bereits angeschmiedeten Ventilteller behindert und könnte an glatten, unverformten
Rundstäben wesentlich wirtschaftlicher durchgeführt werden.
Aber auch das Warmstauchen selbst ist nicht ganz befriedigend, weil die elektrische
Widerstandserwärmung zu einer inhomogenen Wärmeverteilung und Temperaturverteilung
im erwärmten Bereich führt. Dies ist auch ohne weiteres einsichtig, denn mit der sich
verändernden Abmessung des Kopfes ändert sich auch dessen Widerstand. Zwar sind Automatiken
vorgesehen, die den fließenden Strom konstant halten, jedoch ist durch die automatische
Konstanthaltung des fließenden Stromes keineswegs eine gleichmäßige Wärme- und Temperaturverteilung
gewährleistet. Insbesondere tritt an der Kontaktfläche der Werkstückstirn mit der
entsprechenden Gegenfläche der Warmstauchmaschine eine unerwünschte Temperaturveränderung
am Werkstück auf. Da die Temperaturverteilung nicht zuverlässig beherrscht wird, kann
auch die unerwünschte Zunderbildung am Werkstück nicht befriedigend verhindert werden.
[0004] Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung damit die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung der genannten Werkstücke vorzuschlagen, mit
dem eine bessere Beherrschung des Umformvorganges erreicht wird, das auch vollautomatisch
betrieben werden kann und das eine wirtschaftlichere Herstellung solcher Werkstücke
ermöglicht.
[0005] Die Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch
gelöst, daß die Stäbe im Durchmesser mindestens angenähert auf Fertigmaß des Schaftes
bearbeitet und nachfolgend in einer das umzuformende End umfassenden Wärmezone induktiv
erwärmt, sowie am umzuformenden End in mehreren aufeinander folgenden Teilschritten
gestaucht werden. Hierzu wird jeder Schaft in die Schaftführung einer Fertigformmatrize
eingesetzt und axial positioniert. Die induktive Wärmebehandlung und die nachfolgend
in mehreren Teilschritten durchgeführte Stauchung erlaubt es, den Schaft bereits vor
der Erwärmung und Umformung, also am noch unverformten Rohling, fertig zu bearbeiten,
das heißt, die Oberflächenhärtung oder die Härtung allgemein durchzuführen im Schaftbereich
und den Schaft auf Fertigdurchmesser zu schleifen und zu finishen. Zur Oberflächenhärtung
werden die noch unverformten Stäbe beispielsweise zur Durchführung der notwendigen
Nitrierung in üblicher Weise eingesetzt. Hierbei ist wegen des Fehlens beispielsweise
der Ventilteller eine wesentlich größere Werkstückdichte im Einsatzraum und damit
höhere Wirtschaftlichkeit möglich. Nach ausreichendem Einsetzen können die Werkstücke
dann oberflächengehärtet und anschließend geschliffen werden. Da jetzt immer noch
unverformte Stäbe vorliegen, kann das Schleifen der Werkstücke auf das gewünschte
Durchmessermaß-dies kann auch bereits das Fertigmaß sein- auf spitzenlosen Schleifmaschinen
im Durchlaufverfahren erfolgen. Es ist damit wesentlich wirtschaftlicher als die
herkömmliche Vorgehensweise. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
sogar anzustreben, die Werkstücke vor der Umformung nicht nur angenähert auf Fertigmaß,
sondern vollständig auf Fertigmaß zu bearbeiten. Der fertige Schaft wird durch die
nachfolgende induktive Erwärmung nicht gefährdet, weil die Wärme- und Temperaturverteilung
mit einer induktiven Erwärmung sehr präzise beherrschbar ist. Die mehreren aufeinander
folgenden Stauchschritte erlauben eine Umformung immer im Idealtemperaturbereich
und ermöglichen außerdem ein sehr schnelles Takten und damit eine Produktionserhöhung.
Wegen der über die induktive Erwärmung exakt beherrschbaren Erwärmung kann Zunderbildung
vollständig verhindert werden. Hierdurch werden die notwendigen Bearbeitungswerkzeuge
geschont.
[0006] Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach durchführbar durch einen in einer Tragplattform
(65) in Taktschritten um eine Drehachse drehantreibbar gelagerten Drehtisch mit im
Umfangsrichtung im Taktabstand zueinander angeordneten Fertigformmatrizen mit je einer
Schaftführung, sowie mit mindestens einer mindestens einer Arbeitsstation zugeordneten
Umformeinrichtung, wobei an mindestens einer Arbeitsstation eine induktive Heizeinrichtung
vorgesehen ist und wobei mindestens eine Arbeitsstation, der mindestens eine Umformeinrichtung
zugeordnet ist, mindestens eine Ausstoßeinrichtung für die Werkstücke aufweist. Der
in Taktschritten drehantreibbar gelagerte Drehtisch weist also im Umfangrichtung
im Taktabstand zueinander angeordnete Fertigformmatrizen auf, die je mit einer Scahftführung
ausgerüstet sind. In diese Schaftführung können die fertig bearbeiteten, stangenförmigen
Werkstücke eingesetzt werden. Sie sind damit gleichzeitig sehr sorgfältig und genau
relative zur Fertigformmatrize justiert. Die genaue Justage der umzuformenden Stange
relativ zur Fertigormmatrize ist besonders wichtig, um Kopffehler des Werkstückes
und damit Ausschußproduktion zu verhindern. Die Längsachsen von umzuformendem Stab,
Schaftführung und Fertigformmatrize müssen möglichst genau, z.B. mit einer Achsenabweichung
von 0,05 mm, übereinander liegen. Diese Genauigkeit muß mindestens während des Stauchvorganges
erreicht und vorhanden sein. Da der Drehtisch Fertigormmatrizen im Taktabstand aufweist,
kann außerhalb der Anlaufphase der Maschine mit jedem Taktschritt ein fertiges Werkstück
erzeugt werden. Hierzu wird an der letzten Taktstation, die auch gleichzeitig die
erste ist, das fertige Werkstück entnommen und es kann an dieser Taktstation gleichzeitig
ein neuer, auf Länge und Druchmesser z.B. fertig bearbeiteter Stab eingeschoben werden.
Hierbei kann der einzuschiebende Stabe gleichzeitig das fertige Werkstück ausstoßen.
Der neu eingeschobene Stab taktet nun mit der taktweisen Drehung des Drehtisches durch
die verschiedenen Heiz- und Umformstationen und wird hierbei in der notwendigen Weise
induktiv aufgeheizt und in mehreren aufeinander folgenden Stufen immer weiter umgeformt
bis zum fertigen Werkstück. Hierzu sind am Drehtisch in Umfangsrichtung im Taktabstand
zueinander die erwähnten Fertigformmatrizen vorgesehen. Hierdurch wird erreicht,
daß bei jedem Takt an der letzten Umformstation, an der die fertige Kopfform des Werstückes
hergestellt wird, in jedem Fall immer auch eine Fertigformmatrize zur Verfügung steht.
Die Ausstoßeinrichtungen sorgen hierbei dafür, daß an den Heizstationen das Werkstück
jeweils in der richtigen Längspositionierung angeordnet ist, um eine Aufheizung zu
ermöglichen. Mindestens die Austoßeinrichtung, die der ersten Döpperstation zugeordnet
ist, dient auch gleichzeitig in einer zurückgeozgenen Lage als Gegenhalteeinrichtung
für das Werkstück zur Durchführung der ersten Kopfumformung. Nach dieser ersten Kopfumformung
hält sich das Werkstück mit dem umgeformten Teil selbst in der richtigen axialen Lage
zur Fertigformmatrize. Falls die erste Umformung hierfür zu gering ist, können auch
nahfolgende Ausstoßeinrichtungen als Gegenhalteeinrichtungen arbeiten.
[0007] Mit den Ausgestaltungen nach den Unteransprüchen 2 bis 8 und 10 bis 33 sollen weitere
vorteilhafte Wirkungen erreicht werden. So soll mit den augestaltenden Maßnahmen sichergestellt
werden, daß bei jedem Umformvorgang des Werkstück mindestens im umzuformenden Bereich
die erwünschte Temperatur- und Wärmeverteilung aufweist. Es soll weiter die Möglichkeit
geschaffen werden, nicht nur den gesamten umzuformenden Bereich gleichmäßig im notwendigen
Umfang zu erwärmen, sondern vielmehr eine beliebige, mindestens für den vorzunehmenden
Umformschritt zweckmäßige, unterschiedliche Temperaturverteilung zu erreichen.
Auch soll erreicht werden, daß eine Entnahme des Werkstückes und eine Umsetzung des
Werkstückes nach irgendeinem Erwärmungs- oder Umformvorgang vermieden werden kann.
Weiterhin soll erreicht werden, daß die an sich bei einem Stauchvorgang üblichen und
bekannten Stauchkräfte möglichst reduziert werden, wodurch ein leichterer Maschinenaufbau
erreichbar ist.
[0008] Weiterhin soll mit den ausgestaltenden Maßnahmen eine bessere Zugänglichkeit des
zur erwärmenden Werkstückbereiches erreicht werden, um die gewünschte Wärmezufuhr
und Wärmeverteilung zu erleichtern.
[0009] Es soll weiter erreicht werden, daß die gesamte Einrichtung trotz der schnellen Arbeitsgeschwindigkeit
und der durch den Umformvorgang entstehenden hohen Kräfte einen einfachen aber starren
Aufbau aufweist und dennoch schnell und präzise arbeiten kann. Auch soll die Zeitspanne
zwischen Aufheizvorgang und Umformvorgang minimiert werden können.
[0010] Da eine solche Einrichtung im hydraulischen Bereich mit Höchstdrücken arbeitet, sollen
Schlauchleitungen und gewundene Rohrleitungen vermeidbar sein, um eine unerwünschte
Elastizität der Hydraulik zu vermeiden.
Darüber hinaus soll auch eine leichte Umrüstung auf andere Werkstückabmessungen ermöglicht
werden.
[0011] Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel
zeigen, näher erläutert werden.
[0012] Es zeigen:
Figur 1 schematischer Aufbau der Maschine mit den wesentlichen Steuerelementen in
abgewickelter Form
Figur 2 Hydraulikschaltplan
Figur 3 Schnitt B- B nach Figur 4
Figur 4 Ansicht in Richtung des Pfeils D nach Figur 3 und des Pfeils E nach Figur
5
Figur 5 Schnitt A - A nach Figur 4
Figur 6 Ausschnittvergrößerung des Bereichs eines Werkzeuges mit eingesetztem Werkstück
in Aufheizstellung
[0013] Eine erfindungsgemäße Maschine besteht im wesentlichen aus einem Maschinenbett 87,
das im Ausführungsbeispiel gleichzeitig als Hydraulikbehälter ausgebildet ist. Das
als Hydraulikbehälter ausgebildete Maschinenbett 87 ist von zwei Abdeckplatten 88
bzw. 88ʹ abgedeckt. Senkrecht zur Abdeckplatte 88ʹ ist ein Tragplattform 65 angeordnet.
Senkrecht zur Abdeckplatt 88 ist ein Tragplattform 66 angeordnet. Die Tragplattformen
65 und 66 sind über Zuganker 67, 68, 69 und 70 miteinander verbunden und werden durch
diese Zuganker parallel zueinander im Abstand 64 gehalten. Oberhalb der Tragplattformen
65 und 66 und auf diesen aufliegend, kann ein Elektroschaltschrank 89 vorgesehen sein.
[0014] Die Tragplattform 65 kann aus zwei parallel zueinander angeordneten Platten 90 und
91 bestehen, die von einem Steg 92 auf Abstand zueinander gehalten werden. Zentral
in der Tragplattform 65 ist ein Drehtisch 29 über eine Welle 93 um die Drehachse 72
drehantreibbar gelagert. Über den Drehantrieb HM 1 kann der Drehtisch 29 taktweise
gedreht werden. Hierzu ist ein übliches Rollensterngetriebe 94 und eine zusätzliche,
nicht näher bezeichnete Indizierung für den Drehtisch 29 vorgesehen.
[0015] Der Drehtisch 29 ist lösbar auf der Welle 93 befestigt und weist, konzentrisch zur
Drehachse 72 angeordnet, auf einem möblichst großen Durchmesser Im Takabstand zueinander
angeordnete Fertigformmatrizen 28 auf, die in gleichmäßiger Verteilung einen geschlossenen
Kreis und damit die Arbeitsstationen 1 bis 24 bilden. Hierbei kann, wie aus Figur
6 ersichtlich, die Fertigformmatrize 28 von einer Ausgleichsbuchse 95 umgeben sein
und in diese eingesetzt sein. Auf diese Art und Weise können Fertigformmatrizen 28
mit unterschiedlichen Abmessungen in den Drehtisch 29 dadurch eingesetzt werden, daß
die Fertigformmatrize 28 zusammen mit einer angepaßten Ausgleichsbuchse 59 verwendet
wird. Die entsprechende Bohrung im Drehtisch 29 kann dann immer gleich bleiben. Um
einen kompletten Werkzeugsatz zu wechseln kann entweder der ganze Drehtisch (29) ausgetauscht
werden oder ein in Figur 3 ange deuteter Wechselring 117, der einen kompletten Werkzeugsatz
trägt und lösbar am Drehtisch 29 befestig ist und daher gegen einen anderen Wechselring
117 ausgetauscht werden kann, der vorher mit den anderen Werkzeugen ausgerüstet wurde.
Ausglecihsbüchse 95 und Fertigformmatrize 28 stützen sich ab an einer Schaftführung
31, die mit einem nicht näher bezeichneten Kragen in der entsprechenden Bohrung des
Drehtisches 29 zur Anlage kommt und auf der Rückseite des Drehtisches 29 etwas übersteht,
so wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Innerhalb der Schaftführung 31 ist auswechselbar
die eigentliche Schaftführungsbüchse 96 eingesetzt. Der ganze Aufbau kann in Position
gehalten werden von einem Haltering 97, der auf der Vorderseite des Drehtischs 29
befestigt ist. Der ganze Aufbau kann hierbei von Kühlwasserkanälen 98 umflossen sein,
die bei Bedarf für die notwendige Kühlung sorgen.
[0016] Die der Tragplattform 65 in paralleler Anordnung gegenüberliegende Tragplattform
66 kann ganz ähnlich wie diese strukturiert sein. Auch die Tragplattform 66 besteht
aus zwei parallel zueinander angeordneten Platten 99 und 100, die durch einen Steg
101 auf Abstand zueinander gehalten werden. Die so aufgebaute Tragplattform 66 kann
im Mittelbereich eine Öffnung 102 aufweisen.
[0017] Die Tragplattform 65 trägt in einer rundgeführten Anordnung induktive Heizeinrichtungen
37 bis 43 sowie Döpperstationen 49 bis 53. Hierbei tragen die induktiven Heizeinrichtungen
jeweils in unterschiedlichen Gruppen zusammengefaßt Hochfrequenzschwingkreise SK mit
den Spulen 78 bzw. 79. Die Spulen 78 weisen hierbei mehrere Windungen auf, während
die Spulen 79 nur eine Windung aufweisen. Die jeweiligen Hochfrequenzspulen sind den
Arbeitsstationen des Drehtisches 29 exakt gegenüberliegend angeordnet. Hierbei trägt
die induktive Heizeinrichtung 37 Schwingkreise SK mit je einer Spule, während die
nachgeordneten induktiven Heizeinrichtungen 38, 39 und 40 jeweils drei Schwingkreise
mit je einer Spule tragen. Die induktiven Heizeinrichtungen 41 und 42 tragen jeweils
zwei Schwingkreise SK mit je einer Spule und die induktive Heizeinrichtung 43 trägt
nur einen Schwingkreis SK mit einer Spule. Die genannten induktiven Heizeinrichtungen
weisen je einen Verfahrantrieb 80 - 86 auf, mit dem die beschriebenen Gruppen der
Schwingkreise SK mit den Hochfrequenzspulen axial verfahren werden können. Für den
notwendigen Antrieb sorgen hierbei die Motore SM 1 bis SM 7.
[0018] Zwischen der induktiven Heizenrichtung 39 und 40 ist in der Tragplattform 66, einer
entsprechenden Arbeitsstation gegenüberliegend, die Döpperstation 49 angeordnet. Eine
weitere Döpperstation 50 bzw. 51 bzw. 52 bzw. 53 ist den induktiven Heizeinrichtungen
40 bzw. 41 bzw. 42 bzw. 43 nachfolgend in der Tragplattform 66 jeweils einer entsprechenden
Arbeitsstation gegenüberliegend angeordnet. Hierbei weisen die genannten Döpperstationen
verfahrbare Kolbenstangen 73 bis 77 auf, die an ihrem dem Drehtisch 29 zugeordneten
Ende die Döpper 32 bis 36 tragen. Hierbei sind die Döpper 32-36 über einen Außenkegel
von dem entprechenden Innenkegel der Kolbenstangen 73-77 augenommen, so daß mindestens
der wesentliche Teil der Gravur jedes Döppers innerhalb der zugeordneten Kolbenstange
verläuft.
[0019] Die den Arbeitsstationen 1 bis 24 zugeordneten Fertigformmatrizen 28 weisen untereinander
ebenso wie die Hochfrequenzspulen 78 bzw. 79 den Taktabstand 30 auf. Dieser Taktabstand
30 liegt auch vor zwischen der Achse einer Hochfrequenzspule und der Achse eines benachbarten
Döppers.
[0020] In den Döppern 49 bis 53 gegenüberliegender Anordnung sind in der Tragplattform 65
die Ausstoßeinrichtungen 44 bis 48 angeordnet. Hierbei sind die genannten Ausstoßeinrichtungen
ausgebildet als Hydraulikzylinder, bei denen als Ausstoßer die Kolbenstangen 59 bis
63 eingesetzt werden. Im Ausführungsbeispiel sind die Ausstoßeinrichtungen 44 und
45 mit einer von außen leicht einzustellenden Hubeinstellung 103 ausgerüstet, während
die Ausstoßeinrichtung 46, 47 und 48 lediglich eine innere, wenn auch austauschbare,
Hubbegrenzung 104 aufweisen. Den Hydraulikzylindern der Ausstoßenrichtungen wurde
die Bezeichnung AZ 1 bis AZ 5 gegeben. Die genannten Baueinheiten sind aus Gründen
der Übersicht in Figur 5 nicht mehr eingezeichnet. Im Ausführungsbeispiel arbeiten
die Ausstoßeinrichtungen 44 und 45 gleichzeitig als Gegenhalte einrichtung. Als Ausstoßeinrichtung
bringen sie das Werkstück 25 in die richtige Längsposition für eine Aufheizung und
als Gegenhalteeinrichtung halten sie das Werstück 25 in der richtigen Längsposition
für eine Umformung und erzeugen so die Gegenkraft zur Kraft der Döpper 32 und 33.
Nachdem ein Kopf angeformt ist, bedarf es dieser Abstützung nicht mehr.
Auf der Kolbenstangenseite der Ausstoßeinrichtungen 44 bis 48 weist die Tragplattform
65 zwei als Ringstücke ausgebildete und konzentrisch zueinander angeordnete Zwischenstücke
71 und 71ʹ auf, die einen konzentrisch verlaufenden Zwischenraum 105 zueinander aufweisen.
Diese Zwischenstücke 71 und 71ʹ dienen als axiales Gegenlager z.B. für die Schaftführung
31 und damit für die Fertigformmatrize 28 zur Aufnahme der Stauchkraft. In Ruhelage
besteht zwischen den Zwischenstücken 71 bzw. 71ʹ und der entsprechenden stirnseitigen
Gegenfläche der Schaftführung 31 ein sehr kleiner Spalt (nur in Figur 6 dargestellt),
der eine ungehinderte Drehbewegung des Drehtisches 29 ermöglicht. Damit die genannten
Teile zur gegenseitigen Anlage gebracht werden können, ist der Drehtisch 29 in seinem
Lagergehäuse 106 und in der Tragplattform 65 (das Lagerehäuse 106 ist an der Tragplattform
65 befestigt) um einen geringen Betrag gegen eine Federvorlast entsprechend axial
beweglich. Kommt nun beispielsweise in Figur 6 der Döpper 36 zur Fertigformung des
Stabs 25 in Bewegung und drückt diesen mit dem bereits vorgeformten Kopf in die Fertigormmatrize
28 hinein, so wird damit gleichzeitig der gesamte Drehtisch 29 axial belastet, so
daß sich die Fertigormmatrize 28 gegen die Schaftführung 31 und diese wiederum gegen
die entsprechenden Planflächen der Zwischenstücke 71 und 71ʹ legt. Hierduch wird die
vom Döpper 36 ausgeübte Kraft von der Tragplattform 65 aufgenommen, die ja über die
Zuganker 67 bis 70 mit der Tragplattform 66 verbunden ist, wobei ja die Tragplattform
66 die entsprechenden Döpperstationen trägt, so daß durch diese Konstruktion ein Kräftekurzschluß
hergestellt wird. Gleichzeitig hat dieser Aufbau den großen Vorteil, daß der lösbare
Drehtisch 29 ungehindert zwischen den Tragplattformen 65 und 66 entnommen und ausgetauscht
werden kann.
[0021] Die in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 1 versehene Arbeitsstation ist die Station,
in der das Werkstück ausgestoßen wird, wobei ebenfalls in dieser Station das neue
Werkstück als Stab 25 wieder eingeschoben wird. Die Arbeitsstation 1 ist in Figur
3 noch einmal mit dem Auswerfpfeil gekennzeichnet. Um Werkstücke zuzuführen ist hinter
der Station 1 und vorzugsweise an der Tragplattform 65 befestigt eine Zuführeinrichtung
107 mit einer zugeordneten Magazinvereinzelung vorgesehen, wobei die Zuführeinrichtung
107 in Figur 4 lediglich mit dem entsprechenden Zuführpfeil dargestellt ist. Eine
etwas ausführlichere Darstellung findet sich in Figur 1. Mit dieser Zuführeinrichtung
107 werden in Durchmesser und Länge z.B. fertig bearbeitete und mindestens über die
notwendige Länge gehärtete Stäbe 25 vereinzelt und dann, wenn eine Taktstation dem
Einstoßer gegenüberliegt, mit dem umzuformenden Ende voran von hinten in die Fertigormmatrize
28 hineingestoßen, wobei hierdurch gleichzeitg, wenn nötig, das dort befindliche,
soeben fertiggeformte Werkstück augestoßen wird.
[0022] Im Maschinenbett 87, das als Hydraulikbehälter ausgebildet ist, sind die wesentlichen
Schaltelemente und Antriebsmotoren der hydraulischen Steuerung, wie in Figur 2 dargestellt,
untergebracht. Hierbei kann der gesamte Arbeitsbereich der Maschine, der auf den Abdeckplatten
88 und 88ʹ aufgebaut ist, über das in Figur 2 schematisch angedeutete Hebesystem angehoben
werden, so daß das Innere des als Behälter ausgebildeten Maschinenbettes 87 und damit
die entsprechenden Antriebs- und Steuerelemente zugänglich werden. Die notwendigen
hydraulischen Verbindungsleitungen mindestens zu den Zylinder AZ1-5 und SZ1-5 sind
hierbei, von den Schaltelementen ausgehend, durch die Abdeckplatten 88, 88ʹ und durch
die Platten 90,91; 99,100 gebohrt, so daß Rohre und Schläuche fast vollständig vermieden
werden. Hierdurch wird ein sehr kompakter Aufbau erreicht. Da bei solchen Einrichtungen
in der Hydraulik mit Höchstdruck (z.B. 500 bar) gearbeitet werden muß, kann durch
diese Gestaltung der Verbindungsleitungen die unerwünschte Elastizität von Rohren
und Schläuchen vermieden werden. Dadurch daß die Zylinder AZ1-5 sowie SZ1-5 in ihren
zugeordneten Tragplattformen eingeschweißt sind, erhalten diese höhere Stabilität.
Gleichzeitig wird eine kompakte Hydraulikverbindung ermöglicht. Gleichzeitig erlaubt
diese Anordnung eine Fertigung der genannten Zylinder in einer Bohrwerksaufspannung
und damit einem Bohrwerksstich, so daß die Achsen der Zylinder mit hoher Genauigkeit
fluchten. Diese ist eine entscheidende Voraussetzung für ein präzises Arbeitsergebnis
der erfindungsgemäßen Maschine.
[0023] Arbeitsablauf und Steuerfunktionen sind hierbei wie nachfolgend beschrieben.
[0024] Der Rotor eines Unteröl-Drehstrommotors MO ist einerseits auf der Verstellpumpe HP
5 und andererseits auf einem Verteilergetriebe 108 so aufesetzt, daß der Rotor durch
Pumpe und Getriebe gelagert wird, wobei er durch entsprechende Verbindung diese beiden
Einheiten antriebt. Das Verteilergetriebe 108 treibt dann die Verstellpumpen HP 1
bis HP 4 und die Nullhubpumpen HP 01 und HP 02 an. Die Fördermenge der Verstellpumpen
HP 1 bis HP 5 werden durch die Proportionalmagnete Y 10, Y 20, Y 30, Y 40 und Y 50
beeinflußt. Der maximale Hydraulikdruck der Pumpensysteme HP 1 bis HP 5 wird außerhalb
des Ölbehälters 87 durch die Druckabschneidungsventile AHP 1 bis AHP 5 bestimmt. Wird
der an diesen Ventilen eingestellte Druck erreicht, so wird die Fördermenge der zugeordneten
Pumpe auf Null zurückgeführt.
[0025] Die Verstellpumpen HP 1 bis HP 5 erzeugen die Hydraulikpontentiale P 1 bis P 5. Die
Nullhubpumpen HP01 und HP02 erzeugen die Hydraulikpotentiale PO 1 und PO 2. Das Potential
PO 1 spannt die Hydraulikzylinder AZ 1 bis AZ 5 (44-48) und SZ 1 bis SZ 5 (49 - 53)
vor. Das Potential PO 2 betätigt alle hydraulischen Hilfsantriebe. Hilfsantriebe werden
für das Hebelsystem HZ (Aushebung des Arbeitsbereiches der Maschine aus dem Ölbehälter),
der Taktschaltung für den Drehtisch 29 (HM 1) und deren Verriegelung sowie für die
Betätigung der Anschlag- und Ausstoßzylinder AZ 1 bis AZ 5 der Gegenhalteeinrichtungen
44 bis 48 benötigt, Je eine Gegenhalteeinrichtung 44 bis 48 mit einem zugeordneten
Anschlag -und Ausstoßzylinder AZ 1 bis AZ 5- bilden mit einer zugeordneten Döpperstation
49 bis 53 eine Staucheinheit.
[0026] Die die Kolbenstangen 37 bis 77 enthaltenden Stauchzylinder SZ 1 bis SZ 5 der Döpperstation
49 - 53 sind je mit den Stellungsgebern I-1 und I-2 ausgerüstet. I-2 signalisiert,
daß die Endstauchstellung fast erreicht ist und I-1 signalisiert die Grundstellung,
die im Automatikbetrieb die Drehtischschaltung gerade zuläßt. Aus dieser Stellung
beginnt der Stauchvorgang. Ein nicht näher bezeichneter Sollwertgeber beeinflußt über
ein Steuergerät den Proportionalmagneten YHP einer zugeordneten HP-Pumpe so, daß diese
eine bestimmte Ölmenge fördert. Diese Fördermenge, z.B. Q 1 der Pumpe HP 1, bildet
das Potential P1 und fließt durch das 2/2-Wegeventil Y 11 als Potential PR durch einen
Ölkühler 109 zurück in den Tank, solange an diesem Ventil keine Spannung anliegt.
[0027] Erregt man den Magneten Y 11 jedoch, dann steigt der Druck P 1 solange an, bis der
eingestellt Sollwert der Druckabschneidung (AHP 1) erreicht ist. Erregt man gleichzeitig
mit dem Magneten von Y 11 den Magneten Y 12, so fließt Q 1 durch das zugeordnete 2/2-Wegeventil
als Potential P 1.1 in den Zylinder SZ 1. Dieser Zylinder wird nun durch die Fördermenge
Q 1 in seiner Geschwindigkeit geführt (Stauchvorgang). Ändert man dem vorgegebenen
Sollwert für die Fördermenge Q 1 so, daß er z.B. nach Art einer Exponentialfunktion
während des Stauchvorganges abklingt, verringern sich merklich die Stauchkräfte. Durch
den Stauchvorgang tritt eine Verfestigung des Werkstoffes und damit sehr hoher Kraftbedarf
auf. Die Wärme entfestigt den Werkstoff alsbald wieder. Die Entfestigung geschieht
hierbei um so langsamer, je weiter fortegeschritten der einzelne Stauchvorgang ist.
Es ist somit sehr vorteilhaft, die Stauchgeschwindigkeit immer unterhalb der Entfestigungsgeschweindigkeit
zu halten und entsprechende Regeleinrichtungen vorzusehen. Erreicht der Zylinder SZ
1 den Signalgeber I-2, wo wird etwas später (Zeitsollwert) das Ventil zu Y 11 geöffnet
(Magnet Y 11 spannungslos) und der Zylinder SZ 1 fährt zurück. Nach Erreichen von
I-2 stützt sich der Stauchdöpper 32 gegen die gegenüberliegende Fertigformmatrize
28 ab und blockiert so die Stauchbewegung des Zylinders SZ 1.
[0028] Während der Zeitsollwert "Ende Stauchbewegung" abläuft, begrenzt die Druckabschneidung
AHP 1 auch die Stauchkraft. Beginnt die Rückfahrt des Zylinders SZ 1, so wird auch
der Ausstoßzylinder AZ 1 ausgefahren durch Erregen des Magneten YAZ 1. Der zurückfahrende
Zylinder SZ 1 und der ausfahrende Zylinder AZ 1 spannen dabei das Werkstück 25 ein,
bis der Zylinder AZ 1 blockiert wird. Der Stauchzylinder SZ 1 erreicht den Signalgeber
I-1, und das Magnetventil Y12 schließt durch Entregung. Schaltet man YAZ 1 ab, fährt
auch der Zylinder AZ 1 zurück. Nach dieser Methode arbeiten alle Staucheinheiten.
Wichtig ist der abklingende Sollwert während des Stauchvorganges und die Einspannung
des Werkstückes durch den Stauch- und Anschlagzylinder beim Zurücksetzen des Werkstückes.
[0029] Die Werkstückrohlinge sind vorgeschliffene oder z.B. in Schaftbereich fertig bearbeitete
Stäbe 25. Sie werden im Magazin der Zuführeinrichtung 107 gebunkert und vereinzelt.
Eine Hubbewegung des Pneumatikzylinders PZ 1 schwenkt dabei eine Nutwalze 110 und
wirft den in der Nut befindlichen Stab 25 in ein Prisma 111. Der Pneumatikzylinder
PZ 2 schiebt den Stab 25 von hinten in eine Fertigformmatrize 28 des Drehtisches 29
ein. Das Prisma 111 läßt sich gegenüber der Fertigformmatrize 28 justieren, um unterschiedliche
Werkstückdurchmesser anzupassen. Aus Sicherheitsgründen wird dem Einschubsystem ein
Auszugsystem 112 für fertig gestauchte Ventile zugeordnet. Ein verdrehsicherer Zylinder
PZ 3 trägt eine Auszugskralle 113, die vom Zylinder PZ 4 betätigt einhaken kann. Diese
Einheit is pneumatisch gesteuert. Die so in die Fertigformmatrize 28 des Drehtisches
29 geschobenen Stäbe 25 takten durch die Arbeitsstationen 1 bis 24. Sie werden in
er Arbeitsstation 2 bis 11 erwärmt. In der Arbeitsstation 12 erfolgt die erste Vorstauchung.
Weitere Erwärmungen und Vorstauchungen folgen bis zur Endstauchung in der Arbeitsstation
24. Die Aufheizung erfolgt durch Induktionsspulen 78, 79 im Hochfrequenzfeld, wobei
jeder Induktionsspule ein Schwingkreis mit Hochfrenquenzgenerator zugeordnet ist
(SK 1.1 bis SK 5.1).
[0030] Die Schwingkreise sind in Gruppen zusammengefaßt und können über die Werkstücke 25
geschoben werden. Die Schlitteneinheiten mit ihren Motoren SM 1 bis SM 7 enthalten
je eine Längsführung 114 und eine Antriebsspindel 115. Die Schrittmotore SM 1 - SM
7 können die Induktionsppulen in Verbindung mit der Hochfrequenz-Ein-Aus-Schaltung
so über den zu erwärmenden Stab 25 verschieben, daß eine bestimmte, ungleichmäßige,
gewollte Erwärmung erfolgt, die für das Stauchen funktionsgerecht ist. Die Führungseinheiten
(37-43) sind als Einschubeinheiten in die Tragplattform 66 eingesetzt. Entsprechend
der Abkühlung, z.B. durch Kontaktwärmeverluste beim Vorstauchen, werden mehr oder
weniger Nacherwärmungsschwingkreise eingesetzt.
Die Schrittmotore SM 1 - SM 7 können auch z. B. durch Gleichstromnebenschlußmotore
ersetzt werden, wenn Stellungsgeber angebaut werden.
[0031] In den Döpperstationen 49-53 sind die Döpper mittels Anzugsspindel 116 befestigt.
Durch die hohle Anzugsspindel 116 fließt Kühlwasser für die Döpperkühlung zum jeweiligen
Döpper und um die Anzugsspindel 116 herum zurück. In gleicher Weise kann auch Kühlwasser
durch die Kühlwasserkanäle 98 geführt werden zur Kühlung der Fertigformmatrizen 28.
Statt des Signalgebers I-1 und I-2 kann ein Stellungsgeber angesetzt werden.
Die Schaltung des Drehtisches 29 erfolgt durch ein bekanntes Rollensterngetriebe
94. Der Drehtisch 29 kann zusätzlich indiziert werden.
[0032] Die Entlastungsventile YP1-5 dienen dazu, den Höchstdruck möglichst ohne Entspannungsschalg
abzubauen.
Liste der Verwendeten Bezugszeichen
[0033]
1-24 Arbeitsstationen
25 Stäbe
26 umzuformendes Ende
27 unmittelbarer Stirnbereich
28 Fertigformmatrize
29 Drehtisch
30 Taktabstand
31 Schaftführung
32-36 Döpper
37-43 induktive Heizeinrichtung
44-48 Ausstoßeinrichtung
49-53 Döpperstationen
54-58 Regeleinrichtung
59-63 Gegenhalter
64 Abstand
65 Tragplattform
66 Tragplattform
67-70 Zuganker
71,71ʹ Zwischenstück
72 Drehachse Drehtisch
73-77 Kolbenstange
78 Spule
79 Spule
80-86 Verfahrantrieb
87 Maschinenbett
88,88ʹ Abdeckplatte
89 Elektroschaltschrank
90 Platte
91 Platte
92 Steg
93 Welle
94 Rollensterngetriebe
95 Ausgleichbuchse
96 Schaftführungsbuchse
97 Halterung
98 Kühlwasserkanäle
99 Platte
100 Platte
101 Steg
102 Öffnung
103 Hubeinstellung
104 Hubbegrenzung
105 Zwischenraum
106 Lagergehäuse
107 Zuführeinrichtung
108 Verteilergetriebe
109 Ölkühler
110 Nutwalze
111 Prisma
112 Auszugsystem
113 Auszugskralle
114 Längsführung
115 Antriebsspindell
116 Anzugsspindel
117 Wechselring
118 Umformeinrichtung
1. Verfahren zur Herstellung von Schäften mit mindestens einer Endverdickung, insbesondere
Ventilen von Kolbenmaschinen, durch Warmstauchen von abgelängten Rundstäben, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stäbe (25) im Durchmesser mindestens angenähert auf Fertigmaß
des Schaftes bearbeitet und nachfolgend in einer das umzuformende End (26) umfassenden
Wärmezone induktiv erwärmt, sowie am umzuformenden Ende (26) in mehreren aufeinander
folgenden Teilschritten gestaucht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens angenähert
auf Fertigmaß des Schaftes bearbeitete Stab (25) in eine zugeordnete Fertigformmatrize
(28) eingesetzt und zusammen mit dieser durch alle Arbeitsstationen (1-24) bis zur
fertigen Formgebung geführt und dann entnommen wird.
3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß an einer einzigen Arbeitsstation das umzuformende Ende des in der Fertigformmatritze
angeordneten Stabes durch einen ersten Stauchvorgang zu einem Ballon verformt und
durch einen sich unmittelbar anschließenden zweiten Stauchvorgang in die Fertigform
gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vor jedem Umform-Teilschritt
im Bereich des umzuformenden Endes (26) eine induktive Wärmezufuhr erfolgt.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß vor mindestens einem Teilschritt die Wärmezufur auf eine Heizzone beschränkt
ist, die kürzer als die Wärmezone ist, wobei die Heizzone während der Wärmezufuhr
im Bereich der Wärmezone bewegt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die zugeführt Wärmemenge im Bereich der Wärmezone so geregelt wird, daß sich in
der Wärmezone eine gewünschte Temperaturverteilung ergibt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens bei der Wärmezufuhr vor der letzten Umformung der unmittelbare Stirnbereich
(27) des unzuformenden Bereiches kälter als der benachbarte Bereich belassen wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stauchgeschwindigkeit während des Stauchvorganges geregelt wird, derart, daß
die Stacuhgeschwindigkeit immer unterhalb der Entfestigungsgeschwindigkeit des zu
stauchenden Werkstoffes bleit.
9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 8, gekennzeichnet durch einen in einer Tragplattform (65) in Taktschritten um
eine Drehachse drehantreibbar gelagerten Drehtisch (29) mit in Umfangsrichtung im
Taktabstand (30) zueinander angeordneten Fertigformmatrizen (28) mit je einer Schaftführung
(31), sowie mit mindestens einer mindestens einer Arbeitsstation (12,16,19,22,24)
zugeordneten Umformeinrichtung (32-36, 118) wobei an mindestens einer Arbeitsstation
(1-11; 13-15; 17,18; 20,21;23) eine induktive Heizeinrichtung (37-43) vorgesehen ist,
und wobei mindestens eine Arbeitsstation (12,16,19, 22, 24) der mindestens eine Umformeinrichtung
(32-36, 118) zugeordnet ist, mindestens eine Ausstoßeinrichtung (44-48) für die Werkstücke
(25) aufweist.
10. Einrichtung mindestens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformeinrichtungen
(32-36) also Döpper ausgebildet und die Döpper (32-36) in Döpperstationen (49-53)
angeordnet sind, die mit Döpperantreiben (HP 1 - HP 5) verbunden sind, wobei die Döpperantriebe
(HP 1 - HP 5) je mit einer Regeleinrichtung (54-58) verbunden sind, zur Regelung der
Arbeitsgeschwindigkeit der Döpper (32-36) und zur Arbeitskraftbegrenzung.
11. Einrichtung nach mindestens einem der Anpsrüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Ausstoßeinrichtung (44-48) einen beweglichen Gegenhalter (59-63) aufweist.
12. Einrichtung mindestens nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßeinrichtung
(46,47,48) als Hydraulikzylinder ausgebilet ist, wobei die Kolbenstange den Gegenhalter
(61,62,63) bildet.
13. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausstoßeinrichtungen (44-48) einerseits und die Döpperstationen (49-53) mit
den Döppern (32-36) andererseits sich gegenüberliegend je in einer im Abstand (64)
zueinander angeordneten Tragplattform (65,66) befestigt sind, zwischen denen der Drehtisch
(29 angeordnet ist, wobei die Tragplattformen über Zuganker (67-70) miteinander verbunden
sind.
14. Einrichtung mindestens nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch
(29) in seiner Lagerung um einen kleinen Betrag axial verschiebbar ist und sich direkt
oder über Zwischenstücke (71, 71ʹ) mindestens während des Arbeitsvorganges an der
Tragplattform (65) für die Gegenhalteeinrichtung (44-48) abstützt.
15. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tragplattformen (65,66) undrehbar und parallel zueinander und zum Drehtisch
(29) angeordnet sind.
16. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9-15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Döpperstationen (49-53) als Strömungsmittelzylinder (SZ1 - SZ5) ausgebildet
sind mit parallel zu den Schaftführungen (31) der Fertigformmatrizen (28) des Drehtisches
(29) verfahrbaren Kolbenstangen (73.77).
17. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
daß an mindestens einer Arbeitsstation (11,15,18, 21,23), die unmittelbar vor einer
Döpperstation (49-53) liegt, eine induktive Heizeinrichtung (39-43) mit je mindestens
einem Schwingkreis (SK1.1 - 1.4; SK 1.5 - 1.7: SK 1.8 - 1.10: SK 2.1 - 2.3; SK 3.1
- 3.2; SK 4.1 - 4.2; SK 5.1) vorgesehen ist.
18. Einrichtung nah mindestens einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Kolbenstange (73-77) zugeordnete Arbeitszylinder in die Tragplattform (66)
eingeschweißt ist.
19. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine induktive Heizeinrichtung (37 - 43) mit einem Verfahrantrieb (80-86)
verbunden ist.
20. Einrichtung mindestens nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß de Verfahrantrieb
(80-86) in seiner Verfahrgeschwindigkeit einstellbar, regelbar oder progammierbar
ist.
21. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehtisch (29) gegen die Tragplattform (65) axial verschiebbar ist, soweit,
bis beide Bauteile dirket oder über an oder in ihnen angeordnete weitere Bauteile
(31-71) zur gegenseitigen Anlage kommen.
22. Einrichtung mindestens nach Anspruch 12, dadruch gekennzeichnet, daß mindestens
ein Hydraulikzylinder (44) Mittel für eine Hubeinstellung aufweist.
23. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinder (AZ1-AZ5) in die Tragplattform (65) eingeschweißt sind.
24. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hydraulikleitungen mindestens für die - Ausstroßzylinder (AZ1-AZ5) und für
die Döpperstationen (49-53) als Kanäle in die entsprechenden, aneinander angrenzenden
Bauteile der Einrichtung eingearbeitet sind.
25. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet,
daß die Döpper (32-36) über einen Außenkegel von einem entsprechenden Innenkegel der
Kolbenstangen (73-77) augenommen sind, so daß mindestens der wesentliche Teil der
Gravur jedes Döppers (32-36) innerhalb der zugeordneten Kolbenstange (73-77) verläuft.
26. Einrichtung mindestens nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Döpper
(32-36) mittels einer längs durch die gesamte Kolbenstange (73-77) verlaufenden Anzugsspindel
(116) in den Innenkegel der Kolbenstange eingezogen wird.
27. Einrichtung mindestens nach Anspurch 26, dadurch gekennziechnet, daß die Anzugsspindel
(116) hohl ausgebildet ist und als Wasserzuführung zur Kühlung der Döpper (32-36)
dient, wobei das Kühlwasser durch die hohle Kolbenstange (73-77) um die Anzugsspindel
(116) herum zurückgeführt wird.
28. Einrichtung mindestens nach einem der Ansprüche 9 bis 27, dadurch gekennzeichnet,
daß alle hydraulischen Bauelemente oder Baugruppen oberhalb oder unterhalb und an
der Abdeckplatte (88,88ʹ) angeordnet sind, wobei die notwendigen Verbindungskanäle
mindestens zu den Ausstoßeinrichtungen (AZ1-AZ5) und zu den Döpperzylindern (SZ1-SZ5)
durch Abdeckplatte (88,88ʹ) sowie Platten (90, 91; 99,100) verbohrt sind.
29. Einrichtung mindestens nach einem der Ansprüche 9 bis 28, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehtisch (29) lösbar mit der Welle (93) verbunden ist.