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J
BDM Ver 2.0.26 - 1100000/0
4385640
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A1
20240619
EP
22214253.1
20221216
20231214
20240322
de
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20240619
202425
20240619
202425
B21J 7/14 20060101AFI20230613BHEP
B21J 7/16 20060101ALI20230613BHEP
B21J 7/145 20130101 LI20230605BHEP
B21J 7/16 20130101 LI20230605BHEP
B21K 1/10 20130101 LA20240313BHEP
B21J 13/02 20130101 LI20240313BHEP
de
UMFORMWERKZEUG, UMFORMWERKZEUGANORDNUNG, UMFORMMASCHINE, UMFORMVERFAHREN UND COMPUTERPROGRAMM ZUM ERZEUGEN EINES ZYLINDRISCHEN WERKSTÜCKS MIT EINER SPIRALFÖRMIGEN AUSSENKONTUR DURCH RUNDKNETEN
en
FORMING TOOL, FORMING TOOL ASSEMBLY, FORMING MACHINE, FORMING METHOD AND COMPUTER PROGRAM FOR PRODUCING A CYLINDRICAL WORKPIECE WITH A HELICAL OUTER CONTOUR BY ROTARY KNEADING
fr
OUTIL DE FORMAGE, ENSEMBLE OUTIL DE FORMAGE, MACHINE DE FORMAGE, PROCÉDÉ DE FORMAGE ET PROGRAMME INFORMATIQUE POUR PRODUIRE UNE PIÈCE CYLINDRIQUE PRÉSENTANT UN CONTOUR EXTÉRIEUR HÉLICOÏDAL PAR MALAXAGE
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FELSS Systems GmbH
101566529
SP13732EP Si/gr
Dieselstrasse 2
75203 Königsbach-Stein
DE
MISSAL, Nadezda
71701 Schwieberdingen
DE
HEINRICHS, Serjosha
75038 Oberderdingen
DE
JANDT, Max Olaf
75210 Keltern
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VÖGELE, Sascha
75236 Kämpfelbach
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LUDWIG, Maximilian
75433 Maulbronn-Schmie
DE
Kohler Schmid Möbus Patentanwälte
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Partnerschaftsgesellschaft mbB Gropiusplatz 10
70563 Stuttgart
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Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug (46) für eine Umformwerkzeuganordnung (12) zum mehrstufigen Erzeugen eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur durch Rundkneten, aufweisend eine Krafteinleitungsseite (62), eine der Krafteinleitungsseite (62) gegenüberliegende Umformseite (64) und eine an der Umformseite (64) ausgebildete Nockenstruktur (70). Die Nockenstruktur (70) weist eine erste Umformnocke (72; 72a, 72b) und eine zweite Umformnocke (72; 72a, 72b) auf, die in einer Längsrichtung (74) des Umformwerkzeugs (46) senkrecht zur Umformrichtung (58) hintereinander angeordnet sind, wobei die Umformnocken (72; 72a, 72b) verschiedene Nockenhöhen (116) und die Umformnocken (72; 72a, 72b) in einer orthogonalen Ansicht auf die Umformseite (64) eine Nockenverlaufsrichtung (94) aufweisen, die schräg zur Längsrichtung (74) des Umformwerkzeugs (46) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft zudem eine Umformwerkzeuganordnung (12), eine Umformmaschine (10), ein Umformverfahren und ein Computerprogramm.
Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug für eine Umformwerkzeuganordnung zum mehrstufigen Erzeugen eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur durch Rundkneten, aufweisend eine Umformseite mit einer an der Umformseite ausgebildeten Nockenstruktur.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Umformwerkzeuganordnung mit einem solchen Umformwerkzeug und eine Umformmaschine mit einer Umformwerkzeuganordnung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Umformverfahren sowie ein Computerprogramm zur Steuerung der Umformmaschine bei der Verfahrensdurchführung.
Bauteile mit einer spiralförmigen Außenkontur werden vielfach eingesetzt. Etwa in Verbindung mit Schraubengetrieben, bei denen Gewindestangen bzw. Gewindespindeln zum Wandeln einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung eingesetzt werden. Typische Anwendungsfälle sind beispielsweise Scherenwagenheber, Linearführungen an Werkzeugmaschinen oder Lenkspindeln an Kraftfahrzeugen. Abhängig von dem konkreten Anwendungsfall sind unterschiedliche Gewindeformen, bspw. Kugelgewinde oder Trapezgewinde vorgesehen, die als Rechtsgewinde oder Linksgewinde ausgebildet sein können.
Üblicherweise erfolgt die Herstellung der spiralförmigen Außenkontur mittels spanender Verfahren. Beispielsweise ist aus der DE 10 2014 225 104 B4 ein Verfahren zum spanenden Fertigen einer Kugelumlaufspindel bekannt.
Derlei Verfahren führen beim Erzeugen der spiralförmigen Außenkontur zu verhältnismäßig hohen Fertigungskosten. Soll darüber hinaus eine gesteigerte Festigkeit der gefertigten Bauteile bewirkt werden, sind, an das Erzeugen der spiralförmigen Außenkontur anschließend, weitere Verfahren zur Nachbehandlung vorzusehen. Hierdurch werden die Fertigungskosten weiter erhöht.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative sowie kostengünstige Fertigung von Bauteilen mit spiralförmiger Außenkontur anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Umformwerkzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Umformwerkzeuganordnung gemäß Patentanspruch 10, eine Umformmaschine gemäß Patentanspruch 15, ein Umformverfahren gemäß Patentanspruch 16 und ein Computerprogramm gemäß Patentanspruch 18. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist ein Umformwerkzeug bzw. eine Formbacke vorgesehen. Das Umformwerkzeug ist zur Anordnung in einer Umformwerkzeuganordnung, insbesondere einer Rundkneteinheit, ausgebildet. Ferner ist das Umformwerkzeug zum mehrstufigen Erzeugen eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur durch Rundkneten geeignet. Vorzugsweise wird das zylindrische Werkstück aus einem zylindrischen Werkstückrohling erzeugt.
Das mehrstufige Erzeugen beinhaltet erfindungsgemäß das serielle bzw. örtlich beabstandete Einwirken desselben Umformwerkzeugs und/oder verschiedener Umformwerkzeuge auf denselben Bereich des Werkstückrohlings, wobei mit jeder Stufe ein gradueller Anteil zu einer Gesamtumformung beigetragen wird.
Das Umformwerkzeug weist eine Krafteinleitungsseite zum Einleiten einer Umformkraft in das Umformwerkzeug auf. Die Krafteinleitungsseite ist vorzugsweise eben ausgebildet, wodurch eine besonders gleichmäßige Krafteinleitung, erfolgen kann.
Das Umformwerkzeug weist zudem eine der Krafteinleitungsseite gegenüberliegende Umformseite auf. Die Umformseite ist zum Einleiten der Umformkraft in den Werkstückrohling ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Umformseite während des Erzeugens des zylindrischen Werkstücks zumindest zeitweise im Eingriff mit dem Werkstückrohling. Das Einleiten der Umformkraft erfolgt in einer Umformrichtung. Die Umformrichtung ist typischerweise gleich einer radial einwärts weisenden Richtung des zu fertigenden zylindrischen Werkstücks.
Die Krafteinleitungsseite kann zu der Umformrichtung geneigt ausgebildet sein. Hierdurch kann der Abstand des Umformwerkzeugs, in einem in einer Umformwerkzeuganordnung angeordneten Zustand, durch Anlegen eines Nachstellkeils zu dem Werkstückrohling kontrolliert eingestellt werden. Typischerweise wird der Abstand des Umformwerkzeugs zu dem Werkstückrohling in Abhängigkeit vom Außendurchmesser des Werkstückrohlings eingestellt. Der Abstand des Umformwerkzeugs zu dem Werkstückrohling kann zudem mittels des Nachstellkeils an einen, beispielsweise durch Umformen, reduzierten Außendurchmesser des Werkstückrohlings angepasst werden. Mit anderen Worten kann das Umformwerkzeug mittels des Nachstellkeils nachgestellt werden.
Das Umformwerkzeug weist eine an der Umformseite ausgebildete Nockenstruktur auf. Die Nockenstruktur kann eine radiale Vertiefung bzw. eine Einkerbung zum Erzeugen der spiralförmigen Außenkontur an dem Werkstückrohling bewirken.
Ferner weist die Nockenstruktur zumindest eine erste Umformnocke und eine zweite Umformnocke auf. Darüber hinaus kann die Nockenstruktur weitere Umformnocken aufweisen. Die Umformnocken sind in einer Längsrichtung des Umformwerkzeugs senkrecht zur Umformrichtung hintereinander angeordnet. Mit anderen Worten sind die Umformnocken der Nockenstruktur in Längsrichtung aufgereiht angeordnet. Die Längsrichtung kann einer Werkstück-Vorschubrichtung eines umzuformenden Werkstückrohlings in einem Umformverfahren während des Erzeugens eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur entsprechen.
Jede Umformnocke weist eine, typischerweise in Umformrichtung, ausgebildete Nockenhöhe auf. Erfindungsgemäß sind die Nockenhöhen von zumindest zwei Umformnocken verschieden. Mit anderen Worten steht zumindest eine Umformnocke, typischerweise in Umformrichtung, gegenüber zumindest einer anderen Umformnocke vor. Beispielsweise weist die erste Umformnocke eine andere Nockenhöhe als die zweite Umformnocke auf, wenn die Nockenstruktur lediglich zwei Umformnocken umfasst. Im Fall weiterer Umformnocken können zwei oder mehrere Umformnocken die gleiche Nockenhöhe aufweisen, insofern zumindest eine weitere Umformnocke eine unterschiedliche Nockenhöhe aufweist. Durch unterschiedliche Nockenhöhen ist ein mehrstufiges, in anderen Worten abgestuftes, Umformen der spiralförmigen Außenkontur in Umformrichtung ermöglicht. Das Umformwerkzeug kann mithin während eines Umformverfahrens mehrstufig in den umzuformenden Werkstückrohling eindringen, ohne dass das Umformwerkzeug in Umformrichtung nachgestellt werden muss.
Die Umformnocken weisen in einer orthogonalen Ansicht auf die Umformseite eine Nockenverlaufsrichtung auf, die schräg zur Längsrichtung des Umformwerkzeugs ausgebildet ist. Die Nockenverlaufsrichtung ist vorzugsweise zu einer zur Längsrichtung senkrecht verlaufenden Querrichtung um einen Steigungswinkel ausgelenkt. Der Steigungswinkel kann zwischen 1 Grad und 89 Grad, vorzugsweise zwischen 5 Grad und 45 Grad, besonders bevorzugt zwischen 10 Grad und 30 Grad betragen. Typischerweise weist die Nockenverlaufsrichtung denselben Steigungswinkel wie die spiralförmige Außenkontur des zu fertigenden Werkstücks auf.
Zusammenfassend weist das Umformwerkzeug erfindungsgemäß eine Nockenstruktur auf, die durch die Umformnocken abschnittsweise komplementär zu der zu erzeugenden spiralförmigen Außenkontur des zylindrischen Werkstücks ausgebildet ist. Ein Erzeugen der spiralförmigen Außenkontur kann durch zumindest zweimaliges Einwirken der Umformnocken auf den Werkstückrohling unter Ausbildung einer spiralförmigen Einkerbung bzw. Vertiefung erfolgen. Typischerweise wird dem Umformvorgang dabei eine spiralförmige Relativbewegung zwischen dem Umformwerkzeug und dem umzuformenden Werkstückrohling überlagert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Umformwerkzeugs weist die Umformseite eine sich in Längsrichtung erstreckende Umformnut auf. Die Umformnut weist typischerweise einen im Querschnitt kreissegmentförmigen Nutgrund auf. Die Nockenstruktur ist typischerweise, insbesondere vollständig, in der Umformnut angeordnet.
Bevorzugt ist zudem eine Weiterbildung des Umformwerkzeugs, bei dem die Umformnut einen Nutabschnitt mit sich in Längsrichtung, bzw. in Werkstück-Vorschubrichtung verjüngendem Querschnitt (Einlaufabschnitt) aufweist. Typischerweise weist der Nutgrund in diesem Fall einen sich in Längsrichtung verkleinernden Kreissegmentradius auf. Insbesondere verkleinert sich der Kreissegmentradius ausgehend von einem Radius des Werkstückrohlings auf einen Außenradius der spiralförmigen Außenkontur des zu fertigenden Werkstücks.
Alternativ oder zusätzlich kann die Umformnut einen Nutabschnitt mit in Längsrichtung, bzw. in Werkstück-Vorschubrichtung konstantem Querschnitt (Kalibrierabschnitt) aufweisen.
Die Nockenstruktur kann zumindest eine Umformnocke aufweisen, die in dem Nutabschnitt mit sich verjüngendem Querschnitt und/oder in dem Nutabschnitt mit konstantem Querschnitt angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Umformnut sowohl einen Einlaufabschnitt als auch einen Kalibrierabschnitt mit jeweils zumindest einer darin angeordneten Umformnocke auf, wobei der Kalibrierabschnitt dem Einlaufabschnitt in Längsrichtung nachgelagert ausgebildet ist. Hierdurch kann die spiralförmige Außenkontur besonders genau erzeugt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Umformwerkzeugs weist die Nockenstruktur wenigstens drei, vorzugsweise wenigstens sechs, besonders bevorzugt wenigstens zwölf, Umformnocken auf. Durch eine höhere Anzahl an Umformnocken kann der graduelle Anteil einer einzelnen Umformnocke an der Gesamtumformung während des Erzeugens der spiralförmigen Außenkontur reduziert werden. Dies kann die Fertigungsgenauigkeit der spiralförmigen Außenkontur erhöhen. Alternativ oder zusätzlich kann durch eine größere Anzahl an Umformnocken das Erzeugen einer spiralförmigen Außenkontur mit mehreren Gängen, insbesondere Gewindegängen, verbessert werden.
Die Umformnocken sind vorzugsweise in Längsrichtung äquidistant zueinander angeordnet. Mit anderen Worten weisen in Längsrichtung benachbarte Umformnocken der Nockenstruktur jeweils denselben Abstand zueinander auf. Hierdurch kann beispielsweise eine mehrgängige spiralförmige Außenkontur mit gleichem Abstand zwischen den einzelnen Gängen bzw. mit gleichmäßiger Teilung erzeugt werden.
Bevorzugt ist zudem eine Ausführungsform des Umformwerkzeugs, bei der zumindest eine der, vorzugsweise mehrere der, besonders bevorzugt alle, Umformnocken einen um die Längsrichtung gewölbten Umformabschnitt aufweist bzw. aufweisen. Unter dem gewölbten Umformabschnitt kann ein Teil des Umformnockens verstanden werden, der einen Fußkreis der zu erzeugenden spiralförmigen Außenkontur erzeugt. Hierdurch kann ein auf den Werkstückrohling einwirkender Abschnitt der entsprechenden Umformnocke in Nockenverlaufsrichtung größer ausgebildet werden, wodurch ein größerer Außenbereich des Werkstückrohlings umgeformt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Umformwerkzeugs ist vorgesehen, dass zumindest eine der Umformnocken eine in Längsrichtung, bzw. in Werkstück-Vorschubrichtung gewölbt, dreieckig oder trapezförmig verlaufende Nockenkontur aufweist. Vorzugsweise weist eine in Längsrichtung erste Umformnocke der Nockenstruktur eine gewölbte Nockenkontur auf. Weiter vorzugsweise nähern sich die Nockenkonturen der der ersten Umformnocke nachfolgenden Umformnocken, insbesondere einer Profilform, der zu erzeugenden spiralförmigen Außenkontur des zylindrischen Werkstücks an. Besonders bevorzugt ist die Nockenkontur mit zunehmendem Umformungsgrad des Werkstückrohlings durch die Umformnocken zunehmend an die zu erzeugende spiralförmige Außenkontur angepasst ausgebildet. Die Erfinder haben erkannt, dass hierdurch die Fertigungsqualität des zylindrischen Werkstücks mit spiralförmiger Außenkontur erhöht werden kann.
Weiter bevorzugt ist eine Ausführungsform des Umformwerkzeugs, bei der zumindest eine der Umformnocken eine erste Nockenflanke und eine zweite Nockenflanke aufweist. Eine Nockenflanke ist als ein überwiegend in Nockenverlaufsrichtung ausgebildeter Umformabschnitt der Umformnocke zu verstehen, wobei der Umformabschnitt ein Erzeugen einer fortlaufenden Flanke der spiralförmigen Außenkontur bewirkt. Die erste und die zweite Nockenflanke einer Umformnocke bilden typischerweise gegenüberliegende Flanken derselben Einkerbung der spiralförmigen Außenkontur aus. Vorzugsweise weisen mehrere Umformnocken der Nockenstruktur eine erste und eine zweite Nockenflanke auf. Zumindest eine, typischerweise die in Längsrichtung zuletzt ausgebildete, Umformnocke der Nockenstruktur weist eine erste und eine zweite Nockenflanke auf, die einer zu erzeugenden Flankenform der spiralförmigen Außenkontur entspricht. Die erste Nockenflanke und die zweite Nockenflanke sind typischerweise zur Umformrichtung geneigt ausgebildet. Hierdurch kann die Fertigungsqualität weiter verbessert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine Umformnocke einen in Nockenverlaufsrichtung ausgebildeten Einlaufabschnitt und/oder Auslaufabschnitt aufweisen. Der Einlaufabschnitt ist vorzugsweise als sich entgegen der Nockenverlaufsrichtung verjüngender Abschnitt ausgebildet. Der Auslaufabschnitt ist vorzugsweise als sich in Nockenverlaufsrichtung verjüngender Abschnitt ausgebildet. Der Einlaufabschnitt bzw. der Auslaufabschnitt kann während des Umformens eines Werkstückrohlings ein einfaches Einführen bzw. Ausführen der Umformnocke in eine bereits vorhandene bzw. aus einer bereits vorhandenen Einkerbung an der Außenkontur des Werkstückrohlings ermöglichen. In besonderer Ausgestaltung ist der Einlaufabschnitt dem die Nockenflanken aufweisenden Umformabschnitt in Nockenverlaufsrichtung vorgelagert und der Auslaufabschnitt dem die Nockenflanken aufweisenden Umformabschnitt in Nockenverlaufsrichtung nachgelagert.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Umformwerkzeugs bilden die erste und die zweite Nockenflanke von zumindest einer Umformnocke einen Nockenwinkel von höchstens 40 Grad, vorzugsweise von höchstens 30 Grad, besonders bevorzugt von höchstens 20 Grad aus. Der Nockenwinkel kann einem Flankenwinkel der zu erzeugenden spiralförmigen Außenkontur entsprechen. Ein geringerer Nockenwinkel ermöglicht das Ausbilden eines steileren Flankenwinkels an der zu erzeugenden spiralförmigen Außenkontur.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform des Umformwerkzeugs, bei der das Umformwerkzeug einen sich in Umformrichtung verjüngenden Umformwerkzeugabschnitt aufweist. Vorzugsweise ist der Umformwerkzeugabschnitt in einer in Längsrichtung projizierten Ansicht trapezförmig ausgebildet. Mit anderen Worten weist die Umformseite eine der Krafteinleitungsseite gegenüber reduzierte Fläche auf. Hierdurch kann eine über die Krafteinleitungsseite eingeleitete Umformkraft auf eine kleinere Umformfläche am Werkstückrohling konzentriert werden.
Die zugrundeliegende Aufgabe wird zudem gelöst durch eine Umformwerkzeuganordnung, beispielsweise eine Rundkneteinheit, für eine Umformmaschine zum mehrstufigen Erzeugen eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur durch Rundkneten.
Die Umformwerkzeuganordnung weist zumindest ein vorhergehend und im Folgenden beschriebenes erstes Umformwerkzeug sowie zumindest ein vorhergehend und im Folgenden beschriebenes zweites Umformwerkzeug auf. Darüber hinaus kann die Umformwerkzeuganordnung weitere vorhergehend und im Folgenden beschriebene Umformwerkzeuge aufweisen. Die Umformwerkzeuge sind vorzugsweise baugleich oder identisch ausgebildet. Hierdurch können Kosten bei der Herstellung der Umformwerkzeuganordnung durch eine höhere Anzahl an Gleichteilen vermieden werden.
Die Umformwerkzeuge sind konzentrisch um eine Mittelachse der Umformwerkzeuganordnung angeordnet. Typischerweise entspricht die Mittelachse bei in der Umformwerkzeuganordnung angeordnetem Werkstückrohling einer Werkstück-Achse des Werkstückrohlings. Die Umformwerkzeuge umschließen den Werkstückrohling während des Erzeugens der spiralförmigen Außenkontur zumindest teilweise.
Die Umformwerkzeuge sind mit ihrer jeweiligen Umformseite in Richtung der Mittelachse ausgerichtet. Mit anderen Worten sind die Umformwerkzeuge radial einwärts ausgerichtet. Die Umformwerkzeuganordnung ist zum radialen Auslenken der Umformwerkzeuge in Richtung der Mittelachse ausgebildet. Mit anderen Worten werden die Umformwerkzeuge gemäß ihrer jeweiligen Umformrichtung durch die Umformwerkzeuganordnung ausgelenkt. Typischerweise werden die Umformwerkzeuge aufeinander zubewegt. Durch radiales Auslenken der Umformwerkzeuge kann eine radiale Krafteinleitung in der jeweiligen Umformrichtung eines Umformwerkzeugs in den umzuformenden Werkstückrohling bewirkt werden.
Erfindungsgemäß ist die erste Umformnocke des ersten Umformwerkzeugs gemeinsam mit einer der Umformnocken des zweiten Umformwerkzeugs auf einer ersten Schraubenlinie angeordnet. Mit anderen Worten sind Umformnocken verschiedener Umformwerkzeuge auf einer gemeinsamen Schraubenlinie angeordnet. Das Erzeugen der spiralförmigen Außenkontur kann mithin durch mehrstufiges Einwirken von Umformnocken verschiedener Umformwerkzeuge auf denselben Werkstückabschnitt des Werkstückrohlings bewirkt werden.
Die Umformwerkzeuganordnung kann zudem einen Außenring, einen, insbesondere mittels des Außenrings, motorisch antreibbaren Rollenkäfig, einen Führungseinsatz und zumindest zwei Stößel aufweisen. Der Rollenkäfig ist typischerweise konzentrisch innerhalb des Außenrings angeordnet und zur Anordnung mehrerer drehbar an dem Rollenkäfig gehaltener Rollen ausgebildet. Die Rollen können radial außen und radial innen über den Rollenkäfig vorstehen. Der Rollenkäfig befindet sich üblicherweise mittels der Rollen an der radial äußeren Seite im permanenten Kontakt mit dem Außenring. Innerhalb des Rollenkäfigs ist üblicherweise der Führungseinsatz angeordnet, der zur radial beweglichen Aufnahme der Umformwerkzeuge sowie insbesondere der Stößel ausgebildet ist. Beim Einsatz von Stößeln können jeweils ein Stößel und ein Umformwerkzeug einen gemeinsamen Umformstempel ausbilden. Mit anderen Worten werden Stößel und Umformwerkzeug zusammen radial ausgelenkt. Typischerweise stehen die Stößel radial außen über den Führungseinsatz vor und sind zum zeitweisen Kontaktieren der Rollen des Rollenkäfigs ausgebildet. Im Betrieb der Umformwerkzeuganordnung befindet sich der Rollenkäfig in einer Rotationsbewegung wobei die Rollen die Stößel regelmäßig überrollen und dadurch in radialer Richtung auslenken. Mit anderen Worten wird mit jedem Überrollen des Stößels ein radial einwärts gerichteter Umformschlag bewirkt. Die Schlagzahl ist abhängig von der Drehzahl des Rollenkäfigs.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Umformwerkzeuganordnung ist die zweite Umformnocke des ersten Umformwerkzeugs auf der ersten Schraubenlinie angeordnet. Eine solche Anordnung der Umformwerkzeuge ermöglicht beispielsweise das Erzeugen einer spiralförmigen Außenkontur mit lediglich einem Gang. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die zweite Umformnocke des ersten Umformwerkzeugs gemeinsam mit einer der Umformnocken des zweiten Umformwerkzeugs auf einer zweiten Schraubenlinie angeordnet ist. Hierdurch kann beispielsweise das Erzeugen einer spiralförmigen Außenkontur mit mindestens zwei Gängen ermöglicht werden.
Weiter bevorzugt ist eine Ausführungsform der Umformwerkzeuganordnung, bei der beide Umformnocken des zweiten Umformwerkzeugs auf der ersten Schraubenlinie angeordnet sind. Hierdurch kann der graduelle Anteil der einzelnen Umformwerkzeuge sowie der graduelle Anteil der einzelnen Umformnocken an der Gesamtumformung, bzw. der Ausbildung der spiralförmigen Einkerbung gesenkt werden, wodurch die Fertigungsqualität weiter gesteigert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Umformwerkzeuganordnung weist diese zumindest ein weiteres hier und im Folgenden beschriebenes Umformwerkzeug auf. Ausführungsgemäß kann eine der Umformnocken des weiteren Umformwerkzeugs auf der ersten Schraubenlinie angeordnet sein. Hierdurch kann der graduelle Anteil der einzelnen Umformnocken weiter verringert und die Fertigungsqualität weiter gesteigert werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine der Umformnocken des weiteren Umformwerkzeugs auf der zweiten Schraubenlinie angeordnet ist. Hierdurch kann die Fertigungsqualität beim Erzeugen einer spiralförmigen Außenkontur mit zwei Gängen erhöht werden.
Bevorzugt ist zudem eine Ausführungsform der Umformwerkzeuganordnung, bei der die Umformwerkzeuge mehrere, vorzugsweise zumindest sechs, besonders bevorzugt zumindest zwölf, Umformnocken aufweisen. Die ersten Umformnocken der Umformwerkzeuge sind vorzugsweise auf verschiedenen Schraubenlinien angeordnet. Besonders bevorzugt sind die der ersten Umformnocke in der jeweiligen Längsrichtung nachfolgenden Umformnocken eines Umformwerkzeugs abwechselnd mit der Schraubenlinie desselben Werkstücks auf den Schraubenlinien der weiteren Umformwerkzeuge angeordnet. Mit anderen Worten ist die Umformwerkzeuganordnung zum Ausbilden einer zur Anzahl der Umformwerkzeuge gleichen Anzahl an Gängen an der spiralförmigen Außenkontur ausgebildet. Typischerweise sind die Umformwerkzeuge in diesem Fall gleich, insbesondere identisch, ausgebildet und entlang der Mittelachse versatzlos zueinander in der Umformwerkzeuganordnung angeordnet.
Die zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Umformmaschine. Die Umformmaschine ist zum mehrstufigen Erzeugen eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur durch Rundkneten geeignet.
Die Umformmaschine weist die hier und im Folgenden beschriebene Umformwerkzeuganordnung auf.
Zudem weist die Umformmaschine eine Vorschubeinrichtung auf. Die Vorschubeinrichtung ist zum Anordnen, insbesondere Einspannen, des Werkstückrohlings ausgebildet. Typischerweise umfasst die Vorschubeinrichtung zu diesem Zweck eine Spannzange. Ferner ist die Vorschubeinrichtung in der Werkstück-Vorschubrichtung, bzw. entlang der Mittelachse der Umformwerkzeuganordnung relativ zu der Umformwerkzeuganordnung translatorisch bewegbar ausgebildet.
Darüber hinaus umfasst die Umformmaschine eine zum Regeln von Maschinenparametern ausgebildete Maschinensteuerung. Typischerweise regelt die Maschinensteuerung zumindest die Drehzahl der Umformwerkzeuganordnung sowie eine Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubeinrichtung. Darüber hinaus ist die Umformmaschine zur Durchführung einer relativen Drehbewegung zwischen der Umformwerkzeuganordnung und der Vorschubeinrichtung eingerichtet. Mit anderen Worten ist die Umformmaschine bei angeordnetem Werkstückrohling zum Ausführen einer Drehbewegung des Werkstückrohlings relativ zu den Umformwerkzeugen ausgebildet.
In spezieller Ausführungsform der Umformmaschine kann vorgesehen sein, dass die Umformmaschine eine Dorneinrichtung aufweist. Die Dorneinrichtung umfasst typischerweise einen Umformdorn, der vor einem Umformverfahren innerhalb eines hohlzylindrischen Werkstückrohlings angeordnet wird. Die Dorneinrichtung ist vorzugsweise an der Vorschubeinrichtung angeordnet.
Weiterhin wird die zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein Umformverfahren. Das Umformverfahren ist zum mehrstufigen Erzeugen eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur durch Rundkneten geeignet.
Das Umformverfahren wird mittels einer hier und im Folgenden beschriebenen Umformmaschine durchgeführt und weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.
Ein Verfahrensschritt sieht das Anordnen, insbesondere Einspannen, eines Werkstückrohlings an der Umformmaschine vor. Vorzugsweise wird der Werkstückrohling in der Vorschubeinrichtung, insbesondere mittels vorgehaltener Spannzange, eingespannt. Typischerweise wird der Werkstückrohling derart an der Umformmaschine angeordnet, dass eine Werkstückachse des Werkstückrohlings mit der Mittelachse der Umformwerkzeuganordnung übereinstimmt.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht das Erzeugen des zylindrischen Werkstücks mit der spiralförmigen Außenkontur durch Bewegen der Vorschubeinrichtung in der Werkstück-Vorschubrichtung sowie zeitgleiches Durchführen der relativen Drehbewegung zwischen der Umformwerkzeuganordnung und der Vorschubeinrichtung vor.
Die relative Drehbewegung ist derart an die Bewegung in der Werkstück-Vorschubrichtung angepasst, dass die Umformnocken entlang der Schraubenlinien durch radiale Auslenkung der Umformwerkzeuge eine plastische Verformung des Werkstückrohlings, insbesondere eine spiralförmige Einkerbung an der Außenseite des Werkstückrohlings, bewirken.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine Vorschubgeschwindigkeit für die Bewegung in der Werkstück-Vorschubrichtung vorzugsweise weniger als 50 Millimeter pro Sekunde beträgt, um eine gute Fertigungsqualität mit kurzer Fertigungszeit sicherzustellen. Besonders bevorzugt beträgt die Vorschubgeschwindigkeit zwischen 5 und 30 Millimeter pro Sekunde. Hierdurch kann eine besonders hohe Fertigungsqualität sichergestellt werden.
Ferner haben die Erfinder erkannt, dass eine Schlagzahl der Umformwerkzeuge zwischen 10 und 100 Schlägen pro Sekunde, vorzugsweise zwischen 20 und 60 Schlägen pro Sekunde, besonders bevorzugt mit 40 Schlägen pro Sekunde, eine hohe Oberflächenqualität an dem Werkstück bewirkt.
Vorzugsweise ist die relative Drehbewegung zwischen der Umformwerkzeuganordnung und der Vorschubeinrichtung, bzw. dem Werkstückrohling an die Schlagzahl angepasst. Hierdurch kann ein sogenannter Umsetzwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umformschlägen vorbestimmt werden. Ein Umsetzwinkel von höchstens 40 Grad, vorzugsweise von höchstens 20 Grad, besonders bevorzugt von höchstens 5 Grad, hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Fertigungsqualität der, insbesondere zu erzeugenden spiralförmigen Außenkontur des, Werkstücks herausgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Umformverfahrens wird das zylindrische Werkstück aus einem hohlen Werkstückrohling erzeugt. Ausführungsgemäß kann vorgesehen sein, dass vor dem Erzeugen des zylindrischen Werkstücks mit der spiralförmigen Außenkontur ein Umformdorn innerhalb des hohlen Werkstückrohlings angeordnet wird. Mit anderen Worten wird die spiralförmige Außenkontur über einem Umformdorn erzeugt. Hierdurch kann ein Werkstück mit genauer Innenkontur erzeugt werden, da ein radialer Materialfluss während dem Umformen durch den Umformdorn verhindert wird.
Zudem wird die zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm.
Das Computerprogramm ist zum Betreiben der hier und im Folgenden beschriebenen Umformmaschine eingerichtet. Die Umformmaschine sieht ausführungsgemäß eine numerische Maschinensteuerung vor.
Das Computerprogramm umfasst Steuerbefehle für die Maschinensteuerung, die bewirken, dass das hier und im Folgenden beschriebene Umformverfahren von der Umformmaschine durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf der numerischen Maschinensteuerung der Umformmaschine abläuft.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen zweckmäßigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter schematischer Darstellungen näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1
eine Umformmaschine mit einer Umformwerkzeuganordnung und einer Vorschubeinrichtung in einer perspektivischen Darstellung.
Figur 2
eine erste Ausführungsform einer Umformwerkzeuganordnung mit einem Rollenkäfig, mehreren Stößeln sowie mehreren Umformwerkzeugen in einer perspektivischen Darstellung.
Figur 3
eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform einer Umformwerkzeuganordnung mit mehreren Umformwerkzeugen in einer geschnittenen Seitenansicht.
Figur 4
Die Umformwerkzeuganordnung aus Figur 3 mit darin angeordnetem Werkstückrohling.
Figur 5
Eine alternative Umformwerkzeuganordnung mit darin angeordnetem Werkstückrohling.
Figur 6
ein Umformwerkzeug der Umformwerkzeuganordnung aus den Figuren 3 und 4 in einer orthogonalen Ansicht auf eine Umformseite.
Figur 7
das Umformwerkzeug aus Figur 6 in einer perspektivischen Darstellung.
Figur 8
einen Teilausschnitt des Umformwerkzeugs aus den Figuren 6 und 7 in einer geschnittenen Ansicht.
Gemäß Figur 1 weist eine Umformmaschine 10 eine Umformwerkzeuganordnung 12 und eine teilweise dargestellte Vorschubeinrichtung 14 auf. Mittels der Vorschubeinrichtung 14 kann ein an einer Spannzange 16 eingespannter Werkstückrohling 18, z.B. ein Rohr, entlang einer Vorschubachse 20 der Vorschubeinrichtung 14 bzw. entlang einer Mittelachse 22 der Umformwerkzeuganordnung 12 zugeführt werden.
Die Vorschubachse 20 fällt mit einer Längsachse 24 des eingespannten Werkstückrohlings 18 zusammen. Über eine Einführöffnung 26 an einer Frontseite 28 der Umformwerkzeuganordnung 12 kann der eingespannte Werkstückrohling 18 mit einem zu bearbeitenden Werkstücklängsabschnitt in die Umformwerkzeuganordnung 12 eingeführt werden. Mit anderen Worten kann der Werkstückrohling 18 einer Axialbewegung 29 in Richtung der Umformwerkzeuganordnung 12 unterzogen werden.
Die Vorschubeinrichtung 14 ist zum Bewirken einer Drehbewegung 30 des Werkstückrohlings 18 um die Vorschubachse 20 ausgebildet. Die Vorschubeinrichtung 14 umfasst zu diesem Zweck nicht näher dargestellte Antriebsmittel. Die Vorschubeinrichtung 14 ist zur Überlagerung der Drehbewegung 30 mit der Axialbewegung 29 ausgebildet.
Die Umformmaschine 10, bzw. die Umformwerkzeuganordnung 12 kann eine nicht näher dargestellte Antriebseinheit, typischerweise einen Elektromotor, aufweisen.
Die Antriebseinheit ist typischerweise zum Antreiben der Umformwerkzeuganordnung 12 ausgebildet.
Die Umformmaschine 10 weist ferner eine Maschinensteuerung 34 zum Steuern der Umformmaschine 10 auf. Die Maschinensteuerung 34 ist zu diesem Zweck über schematisch dargestellte Kommunikationsverbindungen 36 mit der Umformwerkzeuganordnung 12 und der Vorschubeinrichtung 14 verbunden.
In Figur 2 ist eine Umformwerkzeuganordnung 12 als solitäre Baugruppe dargestellt.
Darstellungsgemäß umfasst die Umformwerkzeuganordnung 12 einen Rollenkäfig 38, mehrere an dem Rollenkäfig 38 angeordnete Rollen 42, mehrere - hier vier - Stößel 44 sowie eine gleiche Anzahl an Umformwerkzeugen 46. Jeweils ein Stößel 44 und ein Umformwerkzeug 46 bilden gemeinsam einen Umformstempel 48 aus. Zudem weist, wie dargestellt, jeder Umformstempel 48 einen zwischen dem Stößel 44 und dem Umformwerkzeug 46 angeordneten Nachstellkeil 50 auf. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist lediglich eine Rolle 42, ein Stößel 44, ein Umformwerkzeug 46, ein Umformstempel 48 sowie ein Nachstellkeil 50 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die Rollen 42 sind drehbar an dem Rollenkäfig 38 angeordnet. Darstellungsgemäß kann der Rollenkäfig 38 zylinderförmige Ausnehmungen aufweisen, in die die Rollen 42 parallel zu der Mittelachse 22 eingeschoben werden.
Der Rollenkäfig 38 ist konzentrisch zur Mittelachse 22 ausgebildet und weist eine radial äußere Seite 52 und eine radial innere Seite 54 auf. Die Rollen 42 stehen an der radial äußeren Seite 52 und an der radial inneren Seite 54 in radialer Richtung über den Rollenkäfig 38 vor. Üblicherweise liegen die Rollen 42 an der radial äußeren Seite 52 an einem nicht näher dargestellten Außenring an, bzw. stützt sich der Rollenkäfig 38 mittels der Rollen 42 an dem Außenring ab.
Die Umformstempel 48 sind innerhalb des Rollenkäfigs 38 derart angeordnet, dass eine Umformseite 56 der Umformwerkzeuge 46 radial einwärts in Richtung der Mittelachse 22 der Umformwerkzeuganordnung 12 bzw. in einer Umformrichtung 58 der Umformwerkzeuge 46 ausgerichtet ist. Darstellungsgemäß sind die Umformwerkzeuge 46 konzentrisch zur Mittelachse 22 angeordnet.
Ferner sind die Umformstempel 48 gemäß der dargestellten Ausführungsform gleichmäßig über einen radialen Innenumfang des Rollenkäfigs 38 bzw. die radial innere Seite 54 des Rollenkäfigs 38 verteilt angeordnet.
Während des Betriebs der Umformwerkzeuganordnung 12 wird der Rollenkäfig 38 in eine Rotationsbewegung 60 relativ zu den Umformstempeln 48 versetzt. Die Rollen 42 passieren dabei die Stößel 44, wodurch diese radial einwärts verdrängt werden und eine Umformkraft in Umformrichtung 58 bewirken. In Abhängigkeit von der Drehzahl des Rollenkäfigs 38 sowie der Anzahl der Rollen 42 wird eine Schlagzahl vorbestimmt, welche die Anzahl der Umformbewegungen pro Zeiteinheit definiert.
Mittels des Nachstellkeils 50 wird eine radiale Erstreckung des Umformstempels 48 an einen Außendurchmesser eines umzuformenden Werkstückrohlings 18 angepasst. Der Nachstellkeil kann zu diesem Zweck parallel zur Mittelachse 22 bewegt werden, um die radiale Erstreckung des Umformstempels 48 zu verkleinern oder zu vergrößern.
In Figur 3 ist eine Werkzeuganordnung 12 in einer geschnittenen Seitenansicht auf eine in Fig. 2 gekennzeichnete Schnittebene X-X dargestellt. Die Werkzeuganordnung 12 weist vier identische Umformwerkzeuge 46 auf, von denen jedoch lediglich drei Umformwerkzeuge 46 aufgrund der geschnittenen Darstellung zu sehen sind. Die Umformwerkzeuge 46 sind konzentrisch um die Mittelachse 22 der Werkzeuganordnung 12 angeordnet.
Jedes Umformwerkzeug 46 weist eine Krafteinleitungsseite 62 und eine der Krafteinleitungsseite 62 gegenüberliegende Umformseite 64 auf. Zum Umformen eines Werkstückrohlings 18 wird eine Kraft über die Krafteinleitungsseite 62 in das Umformwerkzeug 46 und über die Umformseite 64 in den umzuformenden Werkstückrohling 18 eingeleitet. Mit anderen Worten wird eine Kraft in Umformrichtung 58 bewirkt. Die Umformrichtung 58 jedes Umformwerkzeugs 46 ist typischerweise auf die Mittelachse 22 der Umformwerkzeuganordnung 12 gerichtet.
Die Krafteinleitungsseite 62 eines Umformwerkzeugs 46 kann, vorzugsweise können die Krafteinleitungsseiten 62 aller Umformwerkzeuge 46, wie dargestellt, schräg zu der Umformrichtung 58 ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann die Krafteinleitungsseite 62 einen Winkel 66 mit einer zur Umformrichtung 58 senkrecht verlaufenden Ebene 68 einschließen. Hierdurch kann ein Nachstellkeil 50 (siehe Fig. 2) an der Krafteinleitungsseite 62 angeordnet werden, wobei der Nachstellkeil 50 vorzugsweise einen Keilwinkel aufweist, der mit dem Winkel 66 identisch ist.
Die Umformseiten 64 der Umformwerkzeuge 46 weisen jeweils eine Nockenstruktur 70 auf. Jede Nockenstruktur 70 weist mehrere - hier vierzehn - Umformnocken 72 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich zwei Nockenstrukturen 70 und jeweils eine in Längsrichtung 74 des jeweiligen Umformwerkzeugs 46 erste Umformnocke 72 der beiden Nockenstrukturen 70 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die Umformnocken 72 jeder Nockenstruktur 70 sind in der Längsrichtung 74 des jeweiligen Umformwerkzeugs 46 hintereinander aufgereiht angeordnet. Die Längsrichtung 74 verläuft vorzugsweise gleichgerichtet zur Axialbewegung 29 (siehe Fig. 1) eines Werkstückrohlings 18 (siehe Fig. 1) während des Erzeugens eines zylinderförmigen Werkstücks.
Figur 4 zeigt die Werkzeuganordnung 12 aus Figur 3 mit einem in der Werkzeuganordnung 12 befindlichen Werkstückrohling 18 zur Erläuterung des Erzeugens eines zylinderförmigen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur.
Hierzu wird der Werkstückrohling 18 der Umformwerkzeuganordnung 12 mit einer Vorschubbewegung 76, die aus einer Überlagerung der Axialbewegung 29 und der Drehbewegung 30 resultiert, zugeführt. Der Werkstückrohling 18 wird entlang der Mittelachse 22 zwischen den Umformwerkzeugen 46 bewegt, wobei die Umformwerkzeuge 46 in der jeweiligen Umformrichtung 58 zeitweise radial auf den Werkstückrohling 18 einwirken. Dabei bewirken die Umformseiten 64, insbesondere die Nockenstrukturen 70, eine plastische Verformung des Werkstückrohlings 18. Die Umformnocken 72 formen eine Einkerbung 78 an dem Werkstückrohling 18, die aufgrund der Vorschubbewegung 76 eine spiralförmige Außenkontur erzeugt.
Die Axialbewegung 29 ist dabei derart mit der Drehbewegung 30 abgestimmt, dass aufgrund der resultierenden Vorschubbewegung 76 ein - durch eine Umformnocke 72 eines ersten Umformwerkzeugs 46 - umgeformter Abschnitt des Werkstückrohlings 18 einer Umformnocke 72 eines - im Drehsinn der Drehbewegung 30 unmittelbar - nachgelagerten Umformwerkzeugs 46 zugeführt wird. Mit anderen Worten wird die durch eine Umformnocke 72 begonnene Einkerbung 78 durch weitere Umformnocken 72 weiterer Umformwerkzeuge 46 fortlaufend mehrstufig ausgebildet. Die Einkerbung 78 kann darstellungsgemäß durch verschiedene Umformnocken 72 verschiedener Umformwerkzeuge 46 und verschiedene Umformnocken 72 derselben Nockenstruktur 70 eines Umformwerkzeugs 46 erzeugt werden.
Einzelne und/oder mehrere Umformnocken 72 eines und/oder mehrerer Umformwerkzeuge 46 sind mithin auf zumindest einer gemeinsamen ersten Schraubenlinie 80 angeordnet. Darstellungsgemäß verläuft die Einkerbung 78 entlang der ersten Schraubenlinie 80. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Figur 4 lediglich eine Einkerbung 78 dargestellt. Darüber hinaus ist es selbsterklärend, dass gemäß der dargestellten Ausführungsform weitere Einkerbungen 78, beispielsweise entlang einer zweiten Schraubenlinie 82 durch die Umformseiten 64 geformt werden können. Die Anzahl der Schraubenlinien 80, 82 ist vorzugsweise gleich mit der Anzahl der Umformwerkzeuge 46.
Darstellungsgemäß wird während des Erzeugens des zylindrischen Werkstücks mit der spiralförmigen Außenkontur ein Ausgangsdurchmesser 84 des Werkstückrohlings 18 auf einen Enddurchmesser 86 verringert. Mit anderen Worten wird der Werkstückrohling 18 einer Durchmesserreduzierung unterzogen.
Figur 5 zeigt eine alternative Werkzeuganordnung 12 in einer geschnittenen Seitenansicht analog zu der in Fig. 2 gekennzeichneten Schnittebene X-X. Die Werkzeuganordnung 12 weist vier verschiedenartige Umformwerkzeuge 46 auf. Aufgrund der geschnittenen Darstellung sind lediglich drei Umformwerkzeuge 46 in der Figur 5 zu sehen. Die Umformwerkzeuge 46 sind konzentrisch um die Mittelachse 22 der Werkzeuganordnung 12 angeordnet.
Die Nockenstrukturen 70 der verschiedenen Umformwerkzeuge 46 sind entlang der Mittenachse 22 derart aufeinander abgestimmt, bzw. an dem jeweiligen Umformwerkzeug 46 ausgebildet, dass eine spiralförmige Außenkontur mit lediglich einer einzelnen Einkerbung 78 ausgebildet wird. Mit anderen Worten weist die spiralförmige Außenkontur lediglich einen Gang auf.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform befinden sich alle Umformnocken 72 der jeweiligen Nockenstruktur 70 und alle Umformnocken 72 der anderen Umformwerkzeuge 46 auf der, hier einzigen, Schraubenlinie 80.
Das Umformverfahren zum Erstellen der spiralförmigen Außenkontur ist analog zur Beschreibung in Figur 4 anwendbar.
Figur 6 zeigt ein einzelnes Umformwerkzeug 46 in einer Draufsicht auf die Umformseite 64.
Die Umformseite 64 weist eine Umformnut 88 auf. Die Nockenstruktur 70 kann darstellungsgemäß vollständig innerhalb der Umformnut 88 angeordnet sein.
Die Umformnut 88 weist hier einen Einlaufabschnitt 90 mit sich verjüngendem Querschnitt auf. Der Einlaufabschnitt 90 ist zur Durchmesserreduzierung an einem umzuformenden Werkstückrohling 18 (siehe Fig. 4) ausgebildet. Vorzugsweise weist die Nockenstruktur 70 zumindest eine Umformnocke 72 in dem Einlaufabschnitt 90 auf. Darstellungsgemäß weist die Nockenstruktur 70 sieben vollständig in dem Einlaufabschnitt 90 angeordnete Umformnocken 72 auf.
Die Umformnut 88 weist hier zudem einen Kalibrierabschnitt 92 mit konstant bleibendem Querschnitt auf. Der Kalibrierabschnitt 92 ist zur Feinumformung des Werkstückrohlings 18 ausgebildet. Typischerweise ist der graduelle Anteil an einer Gesamtumformung an den Umformnocken 72 im Kalibrierabschnitt 92 geringer als der graduelle Anteil an den Umformnocken 72 im Einlaufabschnitt. Der Kalibrierabschnitt 92 weist hierfür gemäß der dargestellten Ausführungsform fünf vollständig in dem Kalibrierabschnitt 92 angeordnete Umformnocken 72 der Nockenstruktur 70 auf.
Die Umformnocken 72 der Nockenstruktur 70 weisen eine Nockenverlaufsrichtung 94 auf, die zu einer zur Längsrichtung 74 senkrecht verlaufenden Querrichtung 96 mit einem Steigungswinkel 98 abweichend ausgebildet ist. Mit anderen Worten verläuft die Nockenverlaufsrichtung 94 schräg zu der Längsrichtung 74. Vorzugsweise weisen alle Umformnocken 72, wie dargestellt, die gleiche Nockenverlaufsrichtung 94 auf. Mit anderen Worten sind die Umformnocken 72 parallel zueinander ausgebildet.
In Figur 7 ist das Umformwerkzeug 46 aus Figur 6 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.
Das Umformwerkzeug 46 weist gemäß der gezeigten Ausführungsform einen sich in Umformrichtung 58 verjüngenden Umformwerkzeugabschnitt 100 auf. Der Umformwerkzeugabschnitt 100 weist an seiner der Krafteinleitungsseite 62 abgewandten Seite die Umformnut 88 mit der darin angeordneten, bzw. ausgebildeten Nockenstruktur 70 auf.
Die Umformnut 88 weist in ihrem Querschnitt typischerweise einen kreissegmentförmigen Nutgrund 102 auf. Hierdurch kann ein Kreisquerschnitt des Werkstückrohlings 18 während des Umformens beibehalten und/oder erzeugt werden.
Figur 8 zeigt einen vergrößert dargestellten Teilausschnitt des Umformwerkzeugs 46 aus den Figuren 6 und 7 in einem Längsschnitt durch die Umformnut 88 und die Nockenstruktur 70.
Die Nockenstruktur 70 weist Umformnocken 72a mit einer in Längsrichtung 74 gewölbten Nockenkontur 104 auf. Ferner kann die Nockenstruktur 70 darstellungsgemäß Umformnocken 72b mit einer in Längsrichtung 74 verlaufenden trapezförmigen Nockenkontur 106 aufweisen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Umformnocke 72a, eine Umformnocke 72b, eine gewölbte Nockenkontur 104 und eine trapezförmige Nockenkontur 106 mit einem Bezugszeichen versehen. Darstellungsgemäß weisen die in Längsrichtung 74 ersten Umformnocken 72 die gewölbte Nockenkontur 104 und die in Längsrichtung 74 letzten Umformnocken 72 die trapezförmige Nockenkontur 106 auf.
Die Umformnocken 72, insbesondere die Umformnocken 72b mit trapezförmiger Nockenkontur 106, können eine erste Nockenflanke 108 und eine zweite Nockenflanke 110 aufweisen. Die erste Nockenflanke 108 ist der zweiten Nockenflanke 110 in Längsrichtung 74 vorgelagert. Die erste Nockenflanke 108 und die zweite Nockenflanke 110 derselben Umformnocke 72 bilden einen Nockenwinkel 112 aus. Die erste Nockenflanke 108 und die zweite Nockenflanke 110 oder die zweite Nockenflanke 110 und die erste Nockenflanke 108 von benachbarten Umformnocken 72 bilden einen Einkerbungswinkel 114 aus.
Eine Nockenhöhe 116 jeder Umformnocke 72 bemisst sich zwischen einem Nockenhöhepunkt 118 und dem Nutgrund 102 in Umformrichtung 58. Die Nockenhöhe 108 nimmt vorzugsweise in Längsrichtung 74, insbesondere stetig, zu.

Bezugszeichenliste
- Umformmaschine 10;
- Umformwerkzeuganordnung 12;
- Vorschubeinrichtung 14;
- Spannzange 16;
- Werkstückrohling 18;
- Vorschubachse 20;
- Mittelachse 22;
- Längsachse 24;
- Einführöffnung 26;
- Frontseite 28;
- Axialbewegung 29;
- Drehbewegung 30;
- Maschinensteuerung 34;
- Kommunikationsverbindungen 36;
- Rollenkäfig 38;
- Rollen 42;
- Stößel 44;
- Umformwerkzeug 46;
- Umformstempel 48;
- Nachstellkeil 50;
- radial äußere Seite 52;
- radial innere Seite 54;
- Umformseite 56;
- Umformrichtung 58;
- Rotationsbewegung 60;
- Krafteinleitungsseite 62;
- Umformseite 64;
- Winkel 66;
- Ebene 68;
- Nockenstruktur 70;
- Umformnocke 72, 72a, 72b;
- Längsrichtung 74;
- Vorschubbewegung 76;
- Einkerbung 78;
- erste Schraubenlinie 80;
- zweite Schraubenlinie 82;
- Ausgangsdurchmesser 84;
- Enddurchmesser 86;
- Umformnut 88;
- Einlaufabschnitt 90;
- Kalibrierabschnitt 92;
- Nockenverlaufsrichtung 94;
- Querrichtung 96;
- Steigungswinkel 98;
- Umformwerkzeugabschnitt 100;
- Nutgrund 102;
- gewölbten Nockenkontur 104;
- trapezförmigen Nockenkontur 106;
- erste Nockenflanke 108;
- zweite Nockenflanke 110;
- Nockenwinkel 112;
- Einkerbungswinkel 114;
- Nockenhöhe 116;
- Nockenhöhepunkt 118;
- Schnittebene X-X.
1. Umformwerkzeug (46) für eine Umformwerkzeuganordnung (12) zum mehrstufigen Erzeugen eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur durch Rundkneten, aufweisend
• eine Krafteinleitungsseite (62) zum Einleiten einer Umformkraft in das Umformwerkzeug (46);
• eine der Krafteinleitungsseite (62) gegenüberliegende Umformseite (64) zum Einleiten der Umformkraft in einer Umformrichtung (58) in den Werkstückrohling (18); und
• eine an der Umformseite (64) ausgebildete Nockenstruktur (70);
dadurch gekennzeichnet, dass
• die Nockenstruktur (70) eine erste Umformnocke (72; 72a, 72b) und eine zweite Umformnocke (72; 72a, 72b) aufweist, die in einer Längsrichtung (74) des Umformwerkzeugs (46) senkrecht zur Umformrichtung (58) hintereinander angeordnet sind; wobei
• die Umformnocken (72; 72a, 72b) verschiedene Nockenhöhen (116) aufweisen; und wobei
• die Umformnocken (72; 72a, 72b) in einer orthogonalen Ansicht auf die Umformseite (64) eine Nockenverlaufsrichtung (94) aufweisen, die schräg zur Längsrichtung (74) des Umformwerkzeugs (46) ausgebildet ist.
2. Umformwerkzeug (46) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformseite (64) eine sich in Längsrichtung (74) erstreckende Umformnut (88) mit einem im Querschnitt kreissegmentförmigen Nutgrund (102) aufweist, wobei die Nockenstruktur (70) in der Umformnut (88) angeordnet ist.
3. Umformwerkzeug (46) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformnut (88) einen Einlaufabschnitt (90) mit sich in Längsrichtung (74) verjüngendem Querschnitt und/oder einen Kalibrierabschnitt (92) mit in Längsrichtung (74) konstantem Querschnitt aufweist, wobei zumindest eine der Umformnocken (72; 72a, 72b) in dem Einlaufabschnitt (90) und/oder in dem Kalibrierabschnitt (92) angeordnet ist.
4. Umformwerkzeug (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenstruktur (70) wenigstens drei, vorzugsweise wenigstens sechs, besonders bevorzugt wenigstens zwölf, Umformnocken (72; 72a, 72b) aufweist, die in Längsrichtung (74) äquidistant zueinander angeordnet sind.
5. Umformwerkzeug (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der, vorzugsweise mehrere der, besonders bevorzugt alle, Umformnocken (72; 72a, 72b) einen um die Längsrichtung (74) oder zur Längsrichtung (74) hin gewölbten Umformabschnitt aufweisen.
6. Umformwerkzeug (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Umformnocken (72; 72a, 72b) eine in der Längsrichtung (74) gewölbt und/oder trapezförmig verlaufende Nockenkontur (104, 106) aufweist.
7. Umformwerkzeug (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, vorzugsweise mehrere, Umformnocken (72; 72a, 72b) eine erste Nockenflanke (108) und eine zweite Nockenflanke (110) aufweisen, wobei die erste Nockenflanke (108) und die zweite Nockenflanke (110) zur Umformrichtung (58) geneigt ausgebildet sind.
8. Umformwerkzeug (46) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Nockenflanke (108, 110) von zumindest einer Umformnocke (72; 72a, 72b) einen Nockenwinkel (112) von höchstens 40 Grad, vorzugsweise von höchstens 30 Grad, besonders bevorzugt von höchstens 20 Grad ausbilden.
9. Umformwerkzeug (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (46) einen sich in Umformrichtung (58) verjüngenden Umformwerkzeugabschnitt (100) aufweist.
10. Umformwerkzeuganordnung (12) für eine Umformmaschine (10) zum mehrstufigen Erzeugen eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur durch Rundkneten, aufweisend ein erstes Umformwerkzeug (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein zweites Umformwerkzeug (46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche;
wobei die Umformwerkzeuge (46) konzentrisch um eine Mittelachse (22) der Umformwerkzeuganordnung (12) angeordnet sind, um einen Werkstückrohling (18) beim Erzeugen des zylindrischen Werkstücks mit spiralförmiger Außenkontur zumindest teilweise zu umschließen;
wobei die Umformwerkzeuganordnung (12) zum radialen Auslenken der Umformwerkzeuge (46) in Richtung der Mittelachse (22) ausgebildet ist; wobei die Umformwerkzeuge (46) jeweils mit Ihrer Umformseite (64) in Richtung der Mittelachse (22) ausgerichtet sind, um durch das radiale Auslenken eine radiale Krafteinleitung in den Werkstückrohling (18) bewirken zu können;
wobei die erste Umformnocke (72; 72a, 72b) des ersten Umformwerkzeugs (46) gemeinsam mit einer der Umformnocken (72; 72a, 72b) des zweiten Umformwerkzeugs (46) auf einer ersten Schraubenlinie (80) angeordnet ist.
11. Umformwerkzeuganordnung (12) nach Anspruch 10, wobei die zweite Umformnocke (72; 72a, 72b) des ersten Umformwerkzeugs (46) auf der ersten Schraubenlinie (80) oder gemeinsam mit einer der Umformnocken (72; 72a, 72b) des zweiten Umformwerkzeugs (46) auf einer zweiten Schraubenlinie (82) angeordnet ist.
12. Umformwerkzeuganordnung (12) nach Anspruch 10 oder 11, wobei beide Umformnocken (72; 72a, 72b) des zweiten Umformwerkzeugs (46) auf der ersten Schraubenlinie (80) angeordnet sind.
13. Umformwerkzeuganordnung (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, zusätzlich aufweisend zumindest ein weiteres Umformwerkzeug (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine der Umformnocken (72; 72a, 72b) des zumindest einen weiteren Umformwerkzeugs (46) auf der ersten Schraubenlinie (80) und/oder der zweiten Schraubenlinie (82) angeordnet ist.
14. Umformwerkzeuganordnung (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Umformwerkzeuge (46) mehrere, vorzugsweise zumindest sechs, besonders bevorzugt zumindest zwölf, Umformnocken (72; 72a, 72b) aufweisen; wobei die ersten Umformnocken (72; 72a, 72b) der Umformwerkzeuge (46) auf verschiedenen Schraubenlinien (80, 82) angeordnet sind; wobei die in Längsrichtung (74) der ersten Umformnocke (72; 72a, 72b) nachfolgenden Umformnocken (72; 72a, 72b) eines Umformwerkzeugs (46) abwechselnd mit der Schraubenlinie (80, 82) desselben Umformwerkzeugs (46) auf den Schraubenlinien (80, 82) der weiteren Umformwerkzeuge (46) angeordnet sind.
15. Umformmaschine (10) zum mehrstufigen Erzeugen eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur durch Rundkneten,
• mit einer Umformwerkzeuganordnung (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 14;
• mit einer zum Anordnen, insbesondere Einspannen, eines Werkstückrohlings (18) ausgebildeten Vorschubeinrichtung (14); wobei die Vorschubeinrichtung (14) entlang einer Vorschubachse (20) relativ zu der Umformwerkzeuganordnung (12) translatorisch bewegbar ausgebildet ist; und
• mit einer zum Regeln von Maschinenparametern ausgebildeten Maschinensteuerung (34);
• wobei die Umformmaschine (10) zur Durchführung einer relativen Drehbewegung (30) zwischen der Umformwerkzeuganordnung (12) und der Vorschubeinrichtung (14) eingerichtet ist.
16. Umformverfahren zum mehrstufigen Erzeugen eines zylindrischen Werkstücks mit einer spiralförmigen Außenkontur durch Rundkneten mittels einer Umformmaschine (10) nach Anspruch 15, aufweisend die Verfahrensschritte:
• Anordnen, insbesondere Einspannen, eines Werkstückrohlings (18) an der Umformmaschine (10);
• Erzeugen des zylindrischen Werkstücks mit der spiralförmigen Außenkontur durch Bewegen der Vorschubeinrichtung (14) in einer Axialbewegung (29) entlang der Vorschubachse (20) sowie zeitgleichem Durchführen der relativen Drehbewegung (30) zwischen der Umformwerkzeuganordnung (12) und der Vorschubeinrichtung (14);
wobei die Drehbewegung (30) derart an die Axialbewegung (29) angepasst ist, dass die Umformnocken (72; 72a, 72b) entlang der Schraubenlinien (80, 82) durch radiales Auslenken der Umformwerkzeuge (46) eine plastische Verformung des Werkstückrohlings (18) bewirken.
17. Umformverfahren nach Anspruch 16, wobei das zylindrische Werkstück aus einem hohlen Werkstückrohling (18) erzeugt wird, wobei vor dem Erzeugen des zylindrischen Werkstücks mit der spiralförmigen Außenkontur ein Umformdorn innerhalb des hohlen Werkstückrohlings (18) angeordnet wird.
18. Computerprogramm zum Betreiben einer Umformmaschine (10) gemäß Anspruch 15, wobei als Maschinensteuerung (34) eine numerische Maschinensteuerung (34) vorgesehen ist,
wobei das Computerprogramm für die Maschinensteuerung (34) Steuerbefehle umfasst, die bewirken, dass ein Umformverfahren nach Anspruch 16 durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf der numerischen Maschinensteuerung (34) der Umformmaschine (10) gemäß Anspruch 15 abläuft.
SP13732EP Si/gr
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FELSS Systems GmbH
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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente
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102014225104
B4
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