Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug, insbesondere Knetwerkzeug, das einen Grundkörper besitzt, in dem mindestens ein Umformelement angeordnet ist, welches unter einem ersten Neigungswinkel zu einer Mittelachse des Umformwerkzeugs geneigt verläuft, wodurch eine Einlaufschräge des Umformelements festgelegt ist.

Ein derartiges Umformwerkzeug ist aus der DE 103 28 052 B4 der Anmelderin bekannt und wird zum Umformen, insbesondere zum Rundkneten, von Werkstücken in einer Umformmaschine verwendet. Bei einem derartigen mittels des bekannten Umformwerkzeugs durchgeführten Umformvorgang entstehen im so genannten Vorschubverfahren als auch beim so genannten Einstechverfahren - abhängig vom ersten Neigungswinkel des Umformelements des Umformwerkzeugs, welches das Werkstück in radialer Richtung beaufschlagt - erhebliche auf das Werkstück in axialer Richtung wirkende Kräfte. Diese können in nachteiliger Art und Weise zu Schadensbildern am Werkstück, die sich in Form von Aufbauchungen oder Knickungen darstellen, führen. Die durch die Umformwerkzeuge hervorgerufene axiale Kraft belastet darüber hinaus in nachteiliger Art und Weise sowohl die Umformmaschine als auch das Vorschubsystem für das Werkstück und die das Werkstück haltende Spanneinrichtung, da durch die vorgenannten Einrichtungen die beim Umformvorgang hervorgerufenen Axialkräfte von diesen Einrichtungen kompensiert werden müssen. Um nun diesen Axialkräften entgegenzuwirken, ist bei der DE 103 28 052 B4 vorgesehen, dass auf der Oberfläche des Umformelements des Umformwerkzeugs eine erhabene, reliefartige und wellenförmige Oberflächenstruktur vorgesehen ist, die eine Vielzahl von Erhebungen aufweist. Durch diese erhabene Oberflächenstruktur auf der Oberfläche des Umformelements wird ein Umformwerkzeug geschaffen, welches sich dadurch auszeichnet, dass die mit diesem Umformwerkzeug bearbeiteten Werkstücke sich durch eine hohe Oberflächenqualität des bearbeiteten Bereichs auszeichnen. Wünschenswert ist jedoch eine weitere Verringerung der durch die Axialkräfte beim Umformvorgang auftretenden Belastungen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Umformwerkzeug der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass durch das erfindungsgemäße Umformwerkzeug eine Verringerung der Axialkräfte erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Oberfläche des unter dem ersten Neigungswinkel schräg verlaufenden Umformelements eine vertieft ausgebildete Oberflächenstruktur ausgebildet ist, die mindestens eine Vertiefung mit einer abfallenden Flanke besitzt, und dass die abfallende Flanke dieser Vertiefung, bezogen auf die durch den ersten Neigungswinkel definierte Einlaufschräge des Umformelements, einen zweiten Neigungswinkel aufweist, der zu dem ersten Neigungswinkel entgegengesetzt orientiert und dessen Absolutbetrag größer oder gleich dem Absolutbetrag des ersten Neigungswinkels ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass in der Oberfläche des Umformelements mindestens eine, vorzugsweise aber eine Vielzahl von Vertiefungen angeordnet sind, deren abfallende Flanke stärker geneigt ist als das Umformelement und entgegengesetzt zu dessen Neigung orientiert ist. Hierdurch wird bewirkt, dass beim Auftreffen von radialen Umformkräften auf das Werkstück die abfallenden Flanken der Vertiefungen eine axiale Kraftkomponente aufnehmen, so dass die auf die Vorschubeinrichtung der Umformmaschine einwirkenden, durch den Bearbeitungsvorgang hervorgerufenen axialen Kräfte verringert werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eine Vertiefung, vorzugsweise aber alle Vertiefungen der in die Oberfläche des Umformelements eingebrachten Oberflächenstruktur orthogonal oder im wesentlichen orthogonal zu dessen Längserstreckung angeordnet sind. Diese Maßnahmen besitzen den Vorteil, dass eine derartige Anordnung der Vertiefungen der erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur bewirkt, dass nur eine äußerst geringe Torsionsbelastung auf das Werkstück aufgebracht wird, welche dadurch entsteht, dass das laufende Umformwerkzeug während des Umformvorgangs sich um das stillstehende Werkstück in Umfangsrichtung dreht. Die orthogonal zur Längserstreckung und somit zur Vorschubrichtung des Werkstücks angeordneten Vertiefungen bewirken daher in vorteilhafter Art und Weise nicht nur geringe Axialkräfte, sondern auch, dass das Umformwerkzeug keine oder nur eine geringe Torsionskraft in das Werkstück einbringt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei Vertiefungen der Oberflächenstruktur des Umformelements des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs parallel oder im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Eine derartige Maßnahme besitzt wiederum im Hinblick auf eine geringe Torsionsbelastung des vom erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs zu bearbeitenden Werkstücks Vorteile, und zwar insbesondere dann, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, dass mindestens zwei Vertiefungen der Oberflächenstruktur mindestens eines Umformelements einen im wesentlichen geradlinigen Verlauf besitzen.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei Vertiefungen der Oberflächenstruktur des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs schräg zur Längserstreckung des Umformelements angeordnet sind. Hierdurch wird zwar auf das Werkstück eine größere Torsionsbelastung durch das erfindungsgemäße Umformwerkzeug ausgeübt, als dies bei orthogonal zur Längserstreckung des Umformelements und somit zur Vorschubrichtung des Werkstücks angeordneten Vertiefungen der Fall ist. Jedoch besitzt die schräge Anordnung der Vertiefungen der Oberflächenstruktur den Vorteil, dass bei Werkstücken, bei denen die auftretende Torsionsbelastung sich nicht störend bemerkbar macht, dadurch eine weitere Reduzierung der auf die Vorschubeinrichtung und somit entgegen derer Vorschubrichtung der Umformmaschine wirkenden Axialkräfte erzielt wird.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigt:

Figur 1:

eine Vorderansicht des Ausführungsbeispiels,

Figur 2:

ein Längsschnitt durch das Umformwerkzeug der Figur 1 entlang der Line II-II

Figur 3:

eine schematische Darstellung der Oberflächenstruktur, und

Figur 4:

eine schematische Darstellung eines Werkzeugskopfs einer Rundknetmaschine mit dem Umformwerkzeug der Figuren 1 bis 3.

Bevor nun im Detail das in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines allgemein mit 12 bezeichneten Umformwerkzeugs beschrieben wird, sollen der leichteren Verständlichkeit halber die grundlegenden Vorgänge bei einem Umformvorgang mittels eines derartigen Umformwerkzeugs beschrieben werden: In Figur 4 ist nun ein allgemein mit 1 bezeichneter Rundknetkopf einer Rundknetmaschine, also ein Werkzeugkopf einer Umformmaschine, dargestellt, der bekanntermaßen eine Knetwelle 2 mit - im hier gezeigten Fall - vier radial verschiebbaren Knetmodulen aufweist. Jedes Knetmodul besitzt einen Knetstößel 10, der an seinem in radialer Richtung äußeren Ende eine Ablaufbahn 4 aufweist, welche von in einem Rollenkäfig 5 gelagerten Druckrollen 6 periodisch beaufschlagt werden, indem die Knetwelle 2 und/oder der Rollenkäfig 5 über einen Au-βenring 7 drehangetrieben werden. Die Druckrollen 6 stützen sich hierbei an dem Außenring 7 ab. Die Knetmodule weisen außer dem Knetstößel 10 noch eine Ausgleichsplatte 11 und jeweils das Umformwerkzeug 12 auf. Ein derartiger Rundknetkopf 1 ist an und für sich bekannt und muss daher nicht mehr näher beschrieben werden.

Um nun aus einem rohr- oder stabförmigen Ausgangswerkstück ein Endprodukt zu schaffen, welches in einem ersten Bereich weiterhin den nicht-reduzierten Ausgangsdurchmesser des Ausgangswerkstücks, in einem zweiten Bereich einen gegenüber dem Ausgangsdurchmesser durch das Umformen reduzierten Bereich und zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich einen Übergangsbereich aufweist, in dem der Außendurchmesser des Werkstücks kontinuierlich vom reduzierten Durchmesser auf den Ausgangsdurchmesser ansteigt, das also ein in axialer Richtung schräg verlaufender Übergangsbereich bei dem Endwerkstück vorhanden ist, wird bekanntermaßen derart vorgegangen, dass das Umformwerkzeug 12 - wie aus Figur 2 ersichtlich - ein in einem Grundkörper 12' des Umformwerkzeugs 12 angeordnetes Umformelement 21 besitzt, das unter einem definierten ersten Neigungswinkel α₁ zur Mittelachse M des Umformwerkzeugs 12 und somit zur Vorschubrichtung des Werkstücks angeordnet ist. Auch ein derartig ausgebildetes Umformwerkzeug 12 ist an und für sich bekannt und muss daher nicht mehr näher beschrieben werden. Es soll nur der Verständlichkeit halber ausgeführt werden, dass die radiale Umformkraft, die von dem Umformwerkzeug erzeugt wird, in Folge der schrägen Anordnung der Umformelemente 21 eine in axialer Richtung des Werkstücks wirkende Kraft hervorruft, welche das Werkstück belastet und von einer Vorschubeinrichtung (nicht gezeigt) der Umformmaschine, durch die das Werkstück während des Umformvorgangs vorgeschoben wird, kompensiert werden muss.

Um nun diese Axialkräfte besser kompensieren und somit eine axiale Belastung des Werkstücks, die zu Ausknickungen und Ausbauchungen führen kann, sowie der Vorschubeinrichtung weiter verringern zu können, ist nun beim beschriebenen Umformwerkzeug 12 vorgesehen, dass in die Oberfläche 21' des Umformelements 21 eine gegenüber der Oberfläche 21' vertieft angeordnete Oberflächenstruktur 22 vorgesehen ist, welche mindestens eine Vertiefung 23, in der Regel aber eine Vielzahl von Vertiefungen 23, besitzt (siehe dazu Figur 2). Die genaue Ausbildung der Oberflächenstruktur 22 wird nun anhand der Figur 3 erläutert, in der ein exemplarisches Beispiel derselben dargestellt ist. Es muss daher betont werden, dass die dort angegebenen Winkel, Radien und sonstigen Abmessungen sowie der genaue Verlauf der Oberflächenstruktur 22 nur einen exemplarischen Charakter besitzen und die nachfolgende Beschreibung die Allgemeingültigkeit der Erläuterungen nicht beeinträchtigt:

Die Figur 3 zeigt nun einen Querschnitt durch die in Figur 2 dargestellte Oberflächenstruktur 22. Man erkennt die Oberfläche 21' des Umformelements 21 des Umformwerkzeugs 12 und des weiteren, dass die Oberflächenstruktur 22 nicht - wie bei dem eingangs erläuterten bekannten Umformwerkzeug - auf die Oberfläche 21' aufgesetzt, also erhaben ausgeführt ist. Vielmehr ist vorgesehen, dass die Vertiefungen 23 in die Oberfläche 21' des Umformelements 21 eingebracht sind. In dem hier beschriebenen Fall ist die Einlaufschräge S des Umformelements 21, also der erste Neigungswinkel, α₁ = 10°, bezogen auf die Mittelachse M des Werkzeugs. Jede der Vertiefungen 23 besitzt eine abfallende Flanke 23a und eine ansteigende Flanke 23b, wobei - wie ebenfalls aus Figur 4 ersichtlich - die abfallende Flanke 23a einer Vertiefung 23 gegenüber der Einlaufschräge S um einen zweiten Neigungswinkel von (hier:) α₂ = 29° geneigt verläuft. Die Neigung der Flanken 23a gegenüber der Mittelachse M besitzt also den Wert α₂-α_1. Die Neigung der abfallenden Flanken 23a der Vertiefungen 23 ist entgegengesetzt orientiert zu dem durch den ersten Neigungswinkel α₁ festgelegten schrägen Verlauf des Umformelements 21 und der Absolutbetrag des zweiten Neigungswinkels α₂ ist hier also größer als derjenige des ersten Neigungswinkels α₁ des Umformwerkzeugs 12. Diese entgegengesetzte Orientierung der Neigung des Umformelements 21 und der abfallenden Flanken 23 a der Vertiefungen 23 bewirkt, dass axiale Kräfte, die durch die Knetmodule hervorgerufen werden, teilweise von dem Umformwerkzeug 12 aufgenommen werden und daher nicht mehr auf das Werkstück und/oder die Vorschubeinrichtung der Umformmaschine einwirken, da diese axialen Kräfte von den entgegengesetzt zur Neigung des Umformelements 21 orientiert verlaufenden Flanken 23a aufgenommen werden. Die abfallenden Flanken 23a der Vertiefungen 23 bilden somit eine Art Widerlager für diese axialen Kräfte auf und leiten sie in das Umformwerkzeug 12 ab: Durch die Beaufschlagung des Werkstücks 12 durch die Knetmodule 10 weichen die über den Vertiefungen 23 liegenden Materialbereiche des Werkstücks in diese zurück, so dass dann die abfallenden Flanken 23a der Vertiefungen 23 das Werkstück in Vorschubrichtung beaufschlagen.

Dem Fachmann ist aus obiger Beschreibung klar ersichtlich, dass die hier beispielhaft gewählten Werte des ersten Neigungswinkels von α₁ = 10° und des zweiten Neigungswinkels α₂ = 29° nur einen exemplarischen Charakter besitzen. Wesentlich ist nur, dass die Flanken 23a derart gegenüber der Einlaufschräge S abfallen, dass der Absolutwert des zweiten Neigungswinkels α₂ größer oder gleich dem Absolutwert des ersten Neigungswinkels α₁ ist.

An dieser Stelle soll auch angemerkt werden, dass der in Figur 3 gezeigte wellenförmige Verlauf der Oberflächenstruktur 22 nicht zwingend ist. Es ist z. B. auch möglich, die Vertiefungen 23 sägezahnförmig auszubilden, wobei dann die geradlinig verlaufende abfallende Flanke 23a eines derartigen Sägezahns die axialen Kräfte teilweise aufnimmt.

Wie nun aus der Figur 2 ersichtlicht ist, weist die Oberflächenstruktur 22 wenigstens eine, in der Praxis aber eine Vielzahl von Vertiefungen 23 auf, die vorzugsweise parallel oder im wesentlichen parallel zueinander und - wiederum vorzugsweise - im wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung des Umformwerkzeugs 12 und somit zur Vorschubrichtung V des Werkstücks angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass mindestens eine der Vertiefungen 23 nicht - wie in den Figuren gezeigt - orthogonal zur Längsrichtung des Umformwerkzeugs 12 verlaufend angeordnet ist, sondern in einem definierten Winkel hierzu schräg verläuft.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die beschriebene Ausgestaltung des Umformwerkzeugs 12 mit einer vertieft angeordneten Oberflächenstruktur 22 in Verbindung mit der beschriebenen Ausbildung der Vertiefungen 23 und insbesondere derjenigen der abfallenden Flanken 23a ein Umformwerkzeug 12 geschaffen wird, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine deutliche Verringerung der auf das Werkstück und/oder die Vorschubeinrichtung der Umformmaschine einwirkenden Axialkräfte erzielbar ist.