WALZMASCHINE, SYSTEM UND VERFAHREN ZUM WALZEN EINES LÄNGSGERICHTETEN PROFILS

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Walzmaschine zum Walzen eines längsgerichteten Profils, insbesondere einer Steckverzahnung, auf einem wellen- oder hohlwellenförmigen Werkstück (5). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Rückwärtsdurchschubwalzverfahren, ein System und ein wellen- oder hohlwellenförmiges Werkstück (5) mit einer Wellenschulter (9).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Walzmaschine zum Walzen eines längsgerichteten Profils, insbesondere einer Steckverzahnung auf einem wellen- oder hohlwellenförmigen Werkstück. Des Weiteren werden ein System und ein Verfahren zum Walzen eines längsgerichteten Profils und ein wellen- oder hohlwellenförmiges Werkstück als Verfahrensprodukt beschrieben.

STAND DER TECHNIK

[0002] Aus DE 1 013 612 B ist eine Einrichtung zum Kaltwalzen von achsparallelen Profilen, zum Beispiel Verzahnungen, an stangenförmigen Werkstücken mit in ihrem Einlaufbereich konisch ausgebildeten sowie zur Werkstückachse parallel und in einem festen Abstand angeordneten, drehangetriebenen Profilwalzen bekannt, zwischen denen das frei drehbar aufgenommene Werkstück durch eine von dem Walzenantrieb unabhängige Vorschubeinrichtung in axialer Richtung kontinuierlich hindurchbefördert wird. Ein derartiges Verfahren wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Durchschubwalzverfahren bezeichnet. Durchschubwalzverfahren eignen sich insbesondere zur Herstellung langer Profile und/oder von Profilen auf Hohlwellen, da aufgrund des relativ kurzen Kontaktbereichs zwischen den Profilwalzen und dem Werkstück der Druck auf das Werkstück relativ gering ist. Die zwei einander gegenüberliegenden Walzen weisen einen zylindrischen Walzenteil mit konstantem Profilquerschnitt und einen konischen Einlaufbereich auf, bei dem sich alle Profile zur Einlaufseite hin verjüngen, wobei also die Kopf- und Fußkreisdurchmesser des Walzprofils kleiner werden. An den zylindrischen Teil kann sich eine weitere konische Profilierung im Auslaufbereich anschließen mit derselben Formgebung wie im Einlaufbereich, um auch bei hohen Drehzahlen der Walzen und hohen Vorschüben des Werkstücks eine Ablösung zu verbessern. Beschrieben wird in DE 1 013 612 B ein Walzenantrieb und ein unabhängig davon ausgebildeter Vorschubantrieb.

[0003] Rundwerkzeuge sind aber nicht auf die Anordnung mit zwei Walzen in DE 1 013 612 B beschränkt. Beispielsweise können auch drei oder mehr Rundwalzwerkzeuge um ein Werkstück herum angeordnet werden, um ein Profil auf einem Werkstück aufzubringen, siehe zum Beispiel DE 803 232 A1.

[0004] Aus DE 10 2007 039 959 A1 ist eine Walzmaschine mit inkrementalen Rundwalzwerkzeugen und ein Verfahren zum Kaltwalzen von längsgerichteten Verzahnungen und Profilen auf einem Werkstück bekannt, wobei die Walzspindeln in Zustellrichtung zum Werkstück hin und zugleich in Axialrichtung in Bezug auf das Werkstück frei positionierbar sind. Die Walzspindeln werden von einer CNC-Steuerung der Profilwalzmaschine im Gleichlauf synchron angetrieben und jeweils in Stufen vorgeschoben, um auf dem Werkstück abschnittsweise die Verzahnung anzubringen. Nachteilig an dem hier beschriebenen Verfahren ist der kurze Einlaufbereich der Walzscheiben, welcher aufgrund der auftretenden Vorschubkräfte entsprechend hohen Verschleiß an den Walzscheiben hervorruft und die Standzeit der Maschine stark beschränkt.

[0005] Aus EP 4 100 186 A1, welche dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrunde liegt, ist bekannt, die geringe Standzeit einer Walzmaschine dadurch zu verbessern, dass ein Walzenscheibenpaket mit einer Hauptscheibe und einer Wechselscheibe eingesetzt wird, wobei die Wechselscheibe der Hauptscheibe vorgelagert ist, um die hauptsächliche Beanspruchung der Durchschubwalzprozesse aufzunehmen. Das Walzenscheibenpaket umfasst einen Einlaufbereich, optional einen Kalibrierbereich und einen nachgeordneten Entlastungsbereich, an den sich eine Anfasscheibe anschließen kann. Die Anfasscheibe ist in Bezug auf die Arbeitsrichtung der Hauptscheibe nachgeordnet, so dass das Werkstück zunächst von der Wechselscheibe umgeformt wird, dann von der Hauptscheibe und schließlich von der Anfasscheibe. Das Werkzeug mit nachgelagerter Anfasscheibe ist nachteilig speziell nur für Werkstücke verwendbar, deren nutzbare Profillänge beziehungsweise Verzahnungslänge in etwa der Breite der Hauptscheibe entspricht.

[0006] Zum Anfasen und Entgraten von stirnseitigen Zahnkanten von Zahnrädern ist es ferner bekannt, Rundwerkzeuge aus mehreren zueinander dreheinstellbaren Walzscheiben zusammenzusetzen, wobei beispielsweise auf EP 1 270 127 B1 verwiesen werden kann. Das darin beschriebene Werkzeug wird allerdings nicht im Vorschubverfahren betrieben, sondern es erfolgt nach radialer Zustellung zum Werkstück ein axial ortsfestes Rollen des Profils.

AUFGABE DER ERFINDUNG

[0007] Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Walzmaschine, ein System und ein Verfahren zum Walzen eines längsgerichteten Profils, insbesondere einer Steckverzahnung auf einem Werkstück, bereitzustellen, das zum einen lange Standzeiten aufgrund verschleißreduzierter Arbeitsweise ermöglicht und zum anderen die Werkstückgeometrie ein Stück weit von den Prozesserfordernissen entkoppelt. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges wellen- oder hohlwellenförmiges Werkstück bereitzustellen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

[0008] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Walzmaschine, ein System und ein Verfahren zum Walzen eines längsgerichteten Profils, insbesondere einer Steckverzahnung auf einem Werkstück, gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein wellen- oder hohlwellenförmiges Werkstück gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Walzmaschine

[0009] Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Walzmaschine zum Walzen eines längsgerichteten Profils, insbesondere einer Steckverzahnung, auf einem wellen- oder hohlwellenförmigen Werkstück zumindest ein, bevorzugt zwei, drei oder vier gleichartig ausgebildete Walzwerkzeuge und eine elektromechanische Steuereinrichtung, insbesondere CNC-Steuerung, die eingerichtet ist, um eine Radialzustellung des Walzwerkzeugs zu dem Werkstück und eine axiale Vorschubbewegung des Werkstücks relativ zu dem Walzwerkzeug zu ermöglichen.

[0010] Die Abkürzung CNC steht dabei bekanntlich für "Computerized Numerical Control". Die CNC-gesteuerte Maschine verfügt über gute antriebstechnische Voraussetzungen, um den gewünschten Zustellbewegungsverlauf auf Anweisung durch die Maschinensteuerung hin auszuführen. Es gibt sowohl CNC-gesteuerte Walzmaschinen, die Flachwerkzeuge bzw. Flachbacken verwenden als auch Walzmaschinen für Rundwerkzeuge bzw. Rundbacken. Je nach Ausführungsform wird bei der Radialzustellung des Walzwerkzeugs zu dem Werkstück das Walzwerkzeug oder das Werkstück verfahren. Typischerweise wird hier das Walzwerkzeug bewegt. Bei der axialen Vorschubbewegung kann eine Bewegung des Werkstücks und/oder eine Bewegung des Walzwerkzeugs erfolgen.

[0011] Das Walzwerkzeug umfasst zumindest eine einen Profilbereich aufweisende Walzscheibe, wobei der Profilbereich zumindest einen Einlaufbereich einen Kalibrierbereich und einen Entlastungsbereich aufweist, wobei der Kalibrierbereich dem Einlaufbereich nachgelagert ist und der Entlastungsbereich dem Kalibrierbereich nachgelagert ist, und zwar nachgelagert in Bezug auf eine axiale Vorschubrichtung des Werkstücks. Die Übergänge zwischen den einzelnen Werkzeugbereichen sind vorzugsweise verrundet.

[0012] Die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Scheiben bezeichneten Bauteile können sowohl Bauteile eines Walzbalkens als auch eines Rundwalzwerkzeugs sein.

[0013] Im Falle eines Rundwerkzeugs kann die axiale Vorschubrichtung, muss aber nicht zwangsweise, mit einer Haupt- bzw. Drehachse der Walzscheibe zusammenfallen. Im Falle eines Walzbalkens verläuft die axiale Vorschubrichtung senkrecht zur Bewegung der Walzbalken im Walzprozess. In beiden Ausführungsformen ist die Vorrichtung eingerichtet, um einen Durchschubwalzprozess im oben beschriebenen Sinne durchführen zu können.

[0014] Die Erfindung kann zum Walzen sowohl kurzer als auch langer Werkstücke eingesetzt werden, insbesondere beispielsweise zur Herstellung von Zahnwellen, Zahnrädern, Rotorwellen u.dgl. Insbesondere eignet sich die Erfindung zur Ausbildung von Außenverzahnungen von Getrieberädern oder Getriebewellen. Auch Schräg- oder Spiralverzahnungen und dergleichen können mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug erzeugt werden. Die Werkstücke können außerdem massiv oder hohl ausgestaltet sein. Durch den relativ geringen Druck auf das Werkstück eignet sich die Erfindung besonders für das Walzen hohler Werkstücke und/oder langer Profile.

[0015] Innerhalb einer Transversalebene kann das Profil der Walzscheibe homogen, d.h. gleichartig, ausgebildet sein. Alternativ, insbesondere bei der Ausführung als Walzbalken kann auch eine inkrementale Profilform innerhalb der Transversalebene vorgesehen sein. Als Transversalebene wird eine Ebene bezeichnet, die senkrecht zur axialen Vorschubrichtung liegt. Das Profil der Walzscheibe kann zweckmäßig gewählt sein, es können beispielweise Kerbverzahnungen oder Evolventenverzahnungen auf dem Werkstück geschaffen werden.

[0016] Die Walzscheibe umfasst also einen Einlaufbereich zum Walzen des Werkstücks. Beim Betrieb des Walzwerkzeugs in der Walzmaschine trifft der Einlaufbereich auf das Werkstück und wird von diesem hauptsächlich beansprucht, d.h. die meiste Umformarbeit am Werkstück wird von dem Einlaufbereich verrichtet.

[0017] Der dem Einlaufbereich nachgeordnete Kalibrierbereich ist durch ein gleichbleibendes Profil gekennzeichnet. Der Kalibrierbereich ist beispielsweise durch eine gleichbleibende Profilhöhe, insbesondere gleichbleibende Zahnhöhe und Zahnform, entlang der Vorschubrichtung gekennzeichnet.

[0018] Der dem Kalibrierbereich nachgeordnete Entlastungsbereich ist durch eine Profiländerung, bevorzugt durch eine Profilabsenkung, gekennzeichnet. Im Entlastungsbereich kann bevorzugt eine gleichbleibende Profiltiefe mit Zurücksetzung des Profils unter einem Winkel (Profilabsenkung) vorgesehen sein. Alternativ kann eine Verringerung der Profiltiefe oder eine Änderung der Profilform vorgesehen sein, so dass das Werkstück beim Vorschub nach und nach weniger mit dem Werkzeug kämmt.

[0019] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Entlastungsbereich in Bezug auf die Vorschubrichtung nach dem Kalibrierbereich angeordnet.

[0020] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Einlaufbereich größer als der Entlastungsbereich ausgebildet ist.

[0021] Ein gegenüber herkömmlichen Durchschubwalzwerkzeugen flacherer und längerer Einlaufbereich ist maßgeblich für die Verschleißreduktion an der Walzscheibe, da die Vorschubkräfteverteilung auf einem breiteren Bereich erfolgt. Bevorzugt ist der Einlaufbereich daher auch größer als der Kalibrierbereich ausgebildet.

[0022] Es kann vorgesehen sein, dass der Einlaufbereich 50% oder mehr, bevorzugt 60% oder mehr, noch weiter bevorzugt 70% oder mehr, des Profilbereichs bildet.

[0023] Der Einlaufbereich weist vorteilhaft stirnseitig eine Profilabsenkung oder eine Fase auf, bevorzugt eine Profilabsenkung.

[0024] Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter einer Fase verstanden, dass in diesem Bereich das Profil von der Stirnseite in Richtung Kalibrierung ansteigt. Im Falle eines Zahnprofils werden hier die Zähne beispielsweise immer tiefer, bis sie sich der endgültigen Zahnform annähern.

[0025] Unter einer Profilabsenkung wird verstanden, dass diese entlang der Vorschubrichtung zwar eine einheitliche Profiltiefe aufweist, die einheitliche Profiltiefe jedoch in Bezug auf die Vorschubrichtung unter einem Winkel eingearbeitet ist, sodass das Werkstück beim axialen Vorschub nur nach und nach mit dem Werkstück kämmt.

[0026] Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein die Fase kennzeichnender Anfaswinkel oder ein die Profilabsenkung kennzeichnender Profilabsenkungswinkel des Profils im Einlaufbereich möglichst klein ist, bevorzugt < 30°, weiter bevorzugt < 15°, besonders bevorzugt < 10° und noch weiter bevorzugt < 5°.

[0027] Die Tiefe der Fase oder Profilabsenkung im Einlaufbereich ist so gewählt, dass am Rand der Fase kein Kontakt zum Vorwalzdurchmesser des Werkstücks besteht. Die Länge und der Winkel der Einlauffase sind unabhängig von der Werkstückgeometrie auslegbar und auch mit Blick auf die Kalibrier- und Auslauflängen sowie der Werkzeugbreite flexibel gestaltbar, wobei mit zunehmender Einlaufbereichslänge die auf das Werkzeug wirkende Vorschubkraft weiterhin verteilt werden kann.

[0028] Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Entlastungsbereich und der Einlaufbereich mit gegenläufigen Anstiegsrichtungen ausgebildet sind. Vorteilhaft kann der Entlastungsbereich somit auch zur Ausbildung eines Profileinlaufs am Werkstück, beispielsweise einer Einfädelfase, verwendet werden, wie im Folgenden genauer beschrieben wird. Die nutzbare Profillänge beziehungsweise Verzahnungslänge am Werkstück ist dabei in vorteilhafter Weise nicht durch die Breite der Walzscheibe begrenzt.

Verfahren

[0029] Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Verfahren zum Walzen eines längsgerichteten Profils, insbesondere einer Steckverzahnung auf einem Werkstück mittels einer Walzmaschine, vorgesehen, dass zunächst ein Einstechwalzprozess an einem Ende eines zu profilierenden Werkstückbereichs unter radialer Zustellung der Walzscheibe zum Werkstück durchgeführt wird, dann ein Durchschubwalzprozess von dem einen Ende des zu profilierenden Werkstückbereichs bis zu einem anderen Ende des zu profilierenden Werkstückbereichs unter axialer Zustellung des Werkstücks zum Walzwerkzeug oder unter axialer Zustellung des Walzwerkzeugs zum Werkstück, und schließlich ein Anfaswalzprozess am anderen Ende des zu profilierenden Werkstückbereichs zum Herstellen eines Profileinlaufs, insbesondere einer Einfädelfase am Werkstück unter weitergehender radialer Zustellung des Walzwerkzeugs zum Werkstück.

[0030] Das Verfahren sieht also drei wesentliche Schritte zum Walzen des fertigen Werkstückprofils vor, beginnend mit dem Einstechwalzprozess am Ende des zu profilierenden Werkstückbereichs, gefolgt von dem Durchschubwalzprozess bis zum Erreichen der vollständigen Profillänge am Werkstück und einem abschließenden Prozessschritt zum Walzen des Profileinlaufs am Werkstück.

[0031] Das Verfahren kann insbesondere mit den oben beschriebenen Walzmaschinen durchgeführt werden. Die Merkmale, welche mit Bezug zu der Walzmaschine offenbart wurden, sind dementsprechend auch mit Bezug zu dem Verfahren als offenbart zu sehen und umgekehrt.

[0032] Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Einstechwalzprozess zumindest ein Einlaufbereich und ein Kalibrierbereich, bevorzugt auch ein Entlastungsbereich der Walzscheibe mit dem Werkstück kämmen, wobei der Kalibrierbereich zumindest einen Teil eines Mittelabschnitts des Profils und der Entlastungsbereich einen Profilauslauf des Werkstücks formen.

[0033] Beim Einstechwalzprozess werden also das Werkzeug und das Werkstück so zueinander positioniert, dass sich der Übergang vom Kalibrier- zum Entlastungsbereich am Ende der zu walzenden Werkstückprofillänge befindet. Der Entlastungsbereich ist zum Profilende des Werkstücks orientiert. Der Werkzeugauslauf ist mit dem Entlastungsbereich so ausgestaltet, dass im Bereich des Eingriffs des Entlastungsbereichs mit dem Werkstück eine Profilauslaufgeometrie des Werkstücks abgebildet wird. Bevorzugt ist der Entlastungsbereich durch eine Fase, einen Radius oder eine Kombination davon gestaltet, wobei das Werkzeugprofil entsprechend zu dieser Kontur entsteht. Die Auslauflänge werkzeugseitig kann durch eine erforderliche Profillänge am Werkstück, sowie durch gegebenenfalls eine Wellenschulter am Profilende des Werkstücks limitiert sein.

[0034] Der Einstechwalzprozess erfolgt dabei mit radial zum Werkstück gerichteter Vorschubbewegung bis zum Erreichen der vollen Profiltiefe.

[0035] Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Durchschubwalzprozess eine axiale Vorschubgeschwindigkeit so ausgelegt ist, dass mindestens ein Kalibrierkontakt eines jeden vom Einlaufbereich umgeformten Profilpunktes am Werkstück mit dem Kalibrierbereich erfolgt.

[0036] Die Aufgabe des Kalibrierbereichs ist die finale Formgebung für das Werkstückprofil. Die Länge des Kalibrierbereichs ist vorzugsweise prozessabgestimmt in Abhängigkeit der axialen Vorschubgeschwindigkeit so ausgelegt, dass eine definierte Anzahl an Kalibrierkontakten zum Werkstück sichergestellt ist, mindestens jedoch ein entsprechender Kontakt erfolgt. Weiterhin ist die Länge dahingehend limitiert, dass eine zu ungewollten Querschnittsformänderungen, insbesondere Rundheitsabweichungen, führende Walzkraft unterschritten bleibt.

[0037] Im Auslauf wird eine sanfte Entlastung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück bewirkt, indem mittels des Entlastungsbereichs zwischen voll in das Werkzeug eingedrungenem Kalibrierprofil bis zum Ende des Auslaufs ein zunehmendes Spiel zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück entsteht.

[0038] Das Durchschubwalzverfahren endet, wenn der Übergang zwischen dem Kalibrierbereich und dem Entlastungsbereich am Werkstückprofilbeginn der zu walzenden Profillänge angekommen ist.

[0039] Im abschließenden Prozessschritt zum Walzen des Profileinlaufs (Anfaswalzprozess) werden der Entlastungsbereich der Walzscheibe und das Werkstück so zueinander positioniert, dass sich die innerhalb des Werkzeugauslaufs vorgesehene Geometrie, beispielsweise ein entlang einer Fase abgesenktes Profil, entlang des zu walzenden Profileinlaufs am Werkstück befindet. Das Walzen des Profileinlaufs erfolgt mit einer radial zum Werkstück gerichteten Bewegung.

[0040] Beim Anfaswalzprozess kämmt also der Entlastungsbereich der Walzmaschine mit dem Werkstück und formt den Profileinlauf des Werkstücks. Somit wird vorteilhaft durch ein und dasselbe Werkzeug einen montageerleichternden Profileinlauf, z.B. eine Einfädelfase, z.B. bei Verzahnungsprofilen ausgebildet und zugleich ein Auslaufradius am Profilende des Werkstücks.

[0041] Vorteilhaft kann eine vollständige Profillänge, insbesondere eine vollständige Verzahnungslänge der Steckverzahnung des Werkstücks, breiter sein als eine Breite einer das Profil ausbildenden Walzscheibe des Walzwerkzeugs.

[0042] Insbesondere kann bei dem Verfahren auch vorgesehen sein, dass das wellen- oder hohlwellenförmige Werkstück angrenzend an den profilierten Bereich eine Wellenschulter aufweist und der Einstechwalzprozess direkt unterhalb der Wellenschulter durchgeführt wird. Die Wellenschulter ist dabei durch einen gegenüber dem profilierten Bereich vergrößerten Durchmesser gekennzeichnet.

[0043] Aus fertigungstechnischen Gründen resultiert typischerweise ein Abstand zwischen einem voll ausgeformten Werkstückprofil und einer angrenzenden Wellenschulter. Um diesen Abstand zu reduzieren, kamen in der Praxis bisher vor allem zusammengebaute Wellen zum Einsatz. Bei bewusst kurzer Werkzeugauslaufgestaltung ist ein vergleichsweise kurzer Abstand zwischen ausgeformtem Wellenstückprofil und einer angrenzenden Wellenschulter, idealerweise sogar freistichfrei möglich, so dass ein Einsatz einteiliger Wellen möglich wird. Vorteilhaft gelingt mit den Maßnahmen der Erfindung somit eine Entkopplung der Werkstückgeometrie von den Prozesserfordernissen.

[0044] Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung kann das oben beschriebene Verfahren auch als Rückwärtsdurchschubwalzverfahren bezeichnet werden. Ermöglicht wird dies durch das Durchschieben der Werkzeuge vom Profilauslauf in Richtung des Profileinlaufs, also entgegengesetzt des herkömmlichen Durchschubprozesses. Der Einstich erfolgt dabei beispielsweise unterhalb einer Wellenschulter bzw. eines Wellenbundes am Werkstück.

Werkstück

[0045] Nach einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein wellen- oder hohlwellenförmiges Werkstück mit einer Wellenschulter offenbart und mit einem aufwerfungsfreien längsgerichteten Profil, insbesondere einer Steckverzahnung, neben der Wellenschulter.

[0046] Das aufwerfungsfreie längsgerichtete Profil umfasst einen an die Wellenschulter angrenzenden Profilauslauf, einen an den Profilauslauf anschließenden Mittelabschnitt und einen an den Mittelabschnitt anschließenden, von der Wellenschulter entfernten Profileinlauf. Der Profileinlauf ist mit einer Einfädelfase versehen und der Profilauslauf ist mit einer Profilabflachung versehen.

[0047] Die Anfasung des Profils, z.B. der Verzahnung auf dem Werkstück wird als Einfädelfase bezeichnet. Die Einfädelfase dient beispielsweise einer verbesserten Zusammensteckbarkeit, zum Beispiel bei Außensteckverzahnungen von Getrieberädern oder Wellen, die in einer gegenverzahnten Nabe eingesteckt werden.

[0048] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der profilierte Abschnitt und die angrenzende Wellenschulter aus einem Stück gefertigt sind und der Profilauslauf mit einem Abstand zur Wellenschulter kleiner als 3 mm, bevorzugt kleiner als 2 mm, weiterhin bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1 mm, bis an die Wellenschulter ausgeprägt ist.

[0049] Bei dem erfindungsgemäßen Werkstück können die Einfädelfase und die Profilabflachung zumindest abschnittsweise gleichartig ausgebildet sein, etwa mit einem gleichen Winkel in Bezug auf den Mittelabschnitt oder mit einem gleichartigen Radius. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Entlastungsbereich auch zur Bildung des Profilauslaufs am Werkstück verwendet wird, sind die Einfädelfase und die Profilabflachung am Werkstück zumindest abschnittsweise gleichartig ausgebildet.

[0050] Der gewalzte Profilauslauf folgt in seiner Form der Kontur des unmittelbar an den Kalibrierbereich des Walzwerkzeuges angrenzenden Entlastungsbereiches, bis diese nicht mehr im Eingriff sind. Im Gegensatz dazu lässt sich zum Walzen des Profileinlaufes ein bestimmter Konturbereich innerhalb des Entlastungsbereiches wählen, welcher formgebend sein soll.

[0051] Bei einem fasenförmigen Entlastungsbereich macht dies keinen Unterschied, schon aber bei einem Radius, welcher in eine Fase übergeht, sodass der Radius als Profilauslauf und die Fase als Profileinlauf dienen kann.

[0052] Unter "aufwerfungsfrei" wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ein vollstetig verlaufender Bereich ohne jegliche Aufwürfe bezeichnet. Ohne die Durchführung eines Durchschubwalzprozesses können gerade bei langen längsgerichteten Hohlprofilen und langen Wellenprofilen keine aufwerfungsfreien Profile entstehen, da bei jedem neuerlichen Ansatz unter axialem Versetzen des Werkzeugs stets eine Verdrängung in einen bereits zuvor gewalzten Bereich stattfindet. Um aufwerfungsfrei zu sein, muss der Vorgang entsprechend ansatzlos durchgeführt werden und erfordert einen Durchschub im Sinne der vorliegenden Erfindung.

[0053] Die Länge des aufwerfungsfreien längsgerichteten Profil ist nicht durch die Abmessung des Profilbereichs auf der/den Walzscheiben begrenzt und kann daher größer als 10 cm, größer als 20 cm, größer als 50 cm oder gar größer als 1 m sein. Das aufwerfungsfreie längsgerichtete Profil kann daher auch auf solchen Werkstücken ausgebildet sein, bei denen ein Einstechwalzen ohne axiales Versetzen auf Grund der von einer typischen Maschine nicht mehr aufbringbaren Walzkraft oder einer unzulässigen Querschnittsänderung nicht möglich ist.

[0054] Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Mittelabschnitt kalibriert ausgebildet ist und einen über die Länge gleichen Profilquerschnitt aufweist. Dies wird erreicht, indem beim Herstellen des wellen- oder hohlwellenförmigen Werkstücks mittels Rückwärtsdurchschubwalzverfahren die axiale Vorschubgeschwindigkeit so ausgelegt ist, dass mindestens ein Kalibrierkontakt eines jedes vom Einlaufbereich umgeformten Profilpunktes am Werkstück mit dem Kalibrierbereich erfolgt.

System

[0055] Nach einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System mit einer der zuvor beschriebenen Walzmaschinen zum Walzen eines längsgerichteten Profils offenbart und einem wellen- oder hohlwellenförmigen Werkstück, welches insbesondere wie zuvor beschrieben ausgebildet sein kann.

[0056] Die Auslegung der Bereiche der Walzscheibe erfolgt verfahrens-, werkstück- und werkzeugbedingt. Die Länge des Entlastungsbereiches ist bevorzugt so gewählt, dass ein vorgegebener Abstand des voll ausgeprägten Profils zu einer ggf. angrenzenden Wellenschulter eingehalten wird. Die Länge des Kalibrierbereiches ist bevorzugt so gewählt, dass beim verwendeten Axialvorschub mindestens ein Kalibrierkontakt erfolgt. Die restliche verfügbare Werkzeugbreite, änderbar über den Einsatz anderer Werkzeugbreiten, definiert die Einlauflänge. Bevorzugt sind der Einlauf- und Kalibrierbereich ausgebildet, um zusammen eine Radialkraft beim Einstechwalzprozess auszuüben, welche eine kritische Kraft nicht überschreiten darf, die entweder die Belastungsgrenze der Maschine darstellt oder aber zu einer unzulässigen Querschnittsänderung des Werkstückes führt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0057] Die Erfindung wird mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine Walzanordnung mit einem darin angeordneten Werkstück in seitlicher schematischer Darstellung zu einem ersten Zeitpunkt eines Rückwärtsdurchschubwalzverfahrens,

Fig. 2

die Walzanordnung aus Fig. 1 zu einem weiteren Zeitpunkt des Rückwärtsdurchschubwalzverfahrens,

Fig. 3

die Walzanordnung aus Fig. 1 zu einem noch weiteren Zeitpunkt des Rückwärtsdurchschubwalzverfahrens, und

Fig. 4

die Walzanordnung aus Fig. 1 zu einem noch weiteren Zeitpunkt des Rückwärtsdurchschubwalzverfahrens.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

[0058] Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand eines Rundwerkzeugs dargestellt und beschrieben. Die Erfindung ist aber ebenso bei Walzbalken als Walzwerkzeug anwendbar.

[0059] Die Erfindung wird außerdem beispielhaft anhand einer Walzanordnung mit zwei Walzwerkzeugen bzw. zwei Walzscheiben 1 dargestellt. Dies ist aber nicht einschränkend für die Erfindung, ebenso können beispielsweise 1, 3, 4 oder noch mehr Walzwerkzeuge vorgesehen sein, die an unterschiedlichen Stellen auf das typischerweise runde Werkstück 5 einwirken.

[0060] Fig. 1 zeigt eine Walzanordnung 10 einer Walzmaschine mit zwei parallel und auf Abstand zueinander angeordneten Walzwerkzeugen, insbesondere Rundwalzwerkzeugen in seitlicher Schnittansicht, welche zwischen sich eine lichte Weite zur Aufnahme eines Werkstücks 5 definieren. Von den Walzwerkzeugen ist jeweils eine Walzscheibe 1 mit einem darauf angeordneten Profil dargestellt, von dem ein Fußkreis und ein Kopfkreis zu sehen ist.

[0061] Über den Umfang des Walzwerkzeugs kann das Profil homogen oder inhomogen ausgestaltet sein. Möglich sind zum Beispiel inkrementelle Erhöhungen der Zähne über den Umfang des Walzwerkzeugs wie in DE 10 2007 039 959 A1 beschrieben. Möglich ist aber auch, dass das Profil über den Umfang im Wesentlichen gleich ausgebildet ist, und dass sich die Zahnform, Höhe und/oder Größe der Zähne entlang der Vorschubrichtung 8 ändern, wie unter anderem auch mit Bezug zu den weiteren Figuren näher beschrieben wird. Die Zähne des Profils weisen ansonsten eine zweckmäßige Form auf, sie können beispielsweise im Schnitt keilförmig, kerbförmig oder evolventenförmig gestaltet sein. Auf das Wissen des Fachmanns wird verwiesen.

[0062] Das Werkstück 5 ist bei dem Vorgang in einer Werkstückhalterung gelagert (nicht dargestellt). In der dargestellten Ausführungsform weist das Werkstück 5 eine Wellenschulter 9 auf.

[0063] In Fig. 1 ist eine Positionierung der Walzscheiben 1 in Bezug auf das Werkstück 5 dargestellt, so dass sich der Übergang zwischen einem Kalibrierbereich 3 und einem Entlastungsbereich 4 am Ende einer zu walzenden Werkstückprofillänge befindet. Das Ende des Entlastungsbereichs 4 kann dabei beliebig nah unterhalb der Wellenschulter 9 positioniert werden.

[0064] In Fig. 2 ist eine erste radiale Zustellung 11 der Walzscheiben 1 zum Werkstück 5 dargestellt, welche einen Einstechwalzprozess definiert. Beim Einstechwalzprozess dringen die Zähne der Walzscheiben 1 immer wieder schlagartig in das zu profilierende Werkstück 5 ein, so dass die Verformung unter Einwirkung aufeinanderfolgender Stöße erfolgt. Der Vorschub wird dabei variabel durch CNC-gesteuerte Zustellung geregelt, es erfolgt eine sukzessive Zustellung bis zur vollen Profiltiefe. Beim Einstechwalzen wie auch beim Durchschubwalzen ist die Umformung eine Kombination aus Abwälzen, welches wiederrum eine Kombination aus Gleiten, Reiben und Drücken ist, wobei beim Durchschubwalzen noch eine zusätzliche Richtungskomponente für das Drücken hinzukommt.

[0065] Bei der in Fig. 2 dargestellten Walzanordnung 10 ist das eine Ende des zu profilierenden Werkstückbereichs bereits hergestellt. Hier kämmen insbesondere der Kalibrierbereich 3 und der Entlastungsbereich 4 mit dem Werkstück 5. Ersichtlich ist rechts ein Freistich 13 zur Wellenschulter 9 vorhanden, welcher optional, aber nicht notwendig ist. Der Entlastungsbereich 4 ist im Prinzip recht frei gestaltbar und kann so definiert werden, dass das Auslaufprofil 6 des Werkstücks 5 wunschgemäß gestaltet wird.

[0066] Fig. 3 zeigt die Walzanordnung 10 zu einem späteren Zeitpunkt des Rückwärtsdurchschubwalzverfahrens.

[0067] Über eine CNC-Steuerung wurde das Werkstück 5 in axialer Vorschubrichtung 8 durch die Walzwerkzeuge durchgeschoben, wobei die Vorschubrichtung 8 hier beispielhaft, aber nicht einschränkend für die Erfindung, mit Hauptachsen der Walzwerkzeuge zusammenfällt. Der Vorschub entsteht durch eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück 5 und den Walzwerkzeugen, z. B. durch Verschiebung des Werkstücks 5 gegenüber ortsfest gehalterten Walzwerkzeugen, oder durch Verschiebung der Walzwerkzeuge gegenüber dem ortsfest gehalterten Werkstück 5. Der Vorschub kann im Übrigen mit kontinuierlicher oder veränderlicher Geschwindigkeit erfolgen.

[0068] Beim Rückwärtsdurchschubwalzen wird die Vorschubgeschwindigkeit so eingestellt, dass mindestens ein Kalibrierkontakt eines jeden Profilpunktes am Werkstück mit dem Kalibrierbereich 3 erfolgt. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Mittelabschnitt kalibriert ausgebildet ist und einen über die Länge gleichen Profilquerschnitt aufweist.

[0069] Nach dem Walzen des Werkstücks 5 weist dieses einen profilierten Abschnitt 12 mit einem Profil auf.

[0070] In Fig. 4 ist der abschließende Anfaswalzprozess dargestellt. Hierbei wird am anderen Ende des zu profilierenden Werkstückbereichs eine weitergehende radiale Zustellung 11 des Walzwerkzeugs zum Werkstück 5 durchgeführt. Der Entlastungsbereich 4 der Walzmaschine kämmt an dieser Stelle mit dem Werkstück 5 und bildet den Profileinlauf 7 aus. Hierdurch kann der Profileinlauf 7 mit der Einfädelfase zumindest abschnittsweise gleichartig wie der Profilauslauf 6 mit der Profilabflachung ausgebildet werden. Insbesondere kann die Einfädelfase und die Profilabflachung einen gleichen Winkel in Bezug auf den Mittelabschnitt des Profils aufweisen oder einen gleichartigen Radius.

[0071] Im Vergleich zum Stand der Technik wird mit demselben Werkzeug sowohl der Profilauslauf 6 als auch der Profileinlauf 7 gestaltet.

[0072] Der in Fig. 4 dargestellte Freistich 13 ist abhängig von der Ausführungsform kleiner als 3 mm, kleiner als 2 mm oder zwischen 0,5 und 1 mm oder gar nicht vorhanden, wenn beim Einstich mit den Walzscheiben 4 direkt unterhalb der Wellenschulter 9 angesetzt wurde.

[0073] Vorteilhaft ist mit der Erfindung eine ganz andere Dimensionierung beziehungsweise Aufteilung der funktionalen Bereiche am Walzwerkzeug möglich. Insbesondere die Einfädelfase rechts ist im Prinzip frei gestaltbar. Sie kann, wie dargestellt, linear sein. Alternativ kann die Einfädelfase einen Radius oder Stufen aufweisen oder auch in Form einer Doppelfase ausgeführt sein.

Ansprüche

1. Walzmaschine zum Walzen eines längsgerichteten Profils, insbesondere einer Steckverzahnung, auf einem wellen- oder hohlwellenförmigen Werkstück (5),

mit zumindest einem, bevorzugt zwei, drei oder vier gleichartig ausgebildeten Walzwerkzeugen und mit einer elektromechanischen Steuereinrichtung, insbesondere CNC-Steuerung, die eingerichtet ist, um eine Radialzustellung des Walzwerkzeugs zu dem Werkstück (5) und eine axiale Vorschubbewegung des Werkstücks (5) relativ zu dem Walzwerkzeug zu ermöglichen,

wobei das Walzwerkzeug zumindest eine einen Profilbereich aufweisende Walzscheibe (1) umfasst,

wobei der Profilbereich zumindest einen Einlaufbereich (2), einen Kalibrierbereich (3) und einen Entlastungsbereich (4) aufweist, wobei der Kalibrierbereich (3) dem Einlaufbereich (2) nachgelagert ist und der Entlastungsbereich (4) dem Kalibrierbereich (3) nachgelagert ist, und zwar nachgelagert in Bezug auf eine axiale Vorschubrichtung des Werkstücks (5),

wobei der Kalibrierbereich (3) durch ein gleichbleibendes Profil und der Entlastungsbereich (4) durch eine Profiländerung, bevorzugt durch eine Profilabsenkung gekennzeichnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbereich (2) größer als der Entlastungsbereich (4) ausgebildet ist.

2. Walzmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbereich (2) größer als der Kalibrierbereich (3) ausgebildet ist.

3. Walzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anfaswinkel oder ein Profilabsenkungswinkel im Einlaufbereich (2) < 30°, bevorzugt < 15°, besonders bevorzugt < 10° und noch weiter bevorzugt < 5° ist.

4. Walzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungsbereich (4) und der Einlaufbereich (2) mit gegenläufigen Anstiegsrichtungen ausgebildet sind.

5. Verfahren zum Walzen eines längsgerichteten Profils, insbesondere einer Steckverzahnung auf einem wellen- oder hohlwellenförmigen Werkstück (5), mittels einer Walzmaschine,

insbesondere mittels einer Walzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

zunächst ein Einstechwalzprozess an einem Ende eines zu profilierenden Werkstückbereichs unter radialer Zustellung (11) der Walzscheibe (4) zum Werkstück (5) durchgeführt wird,

dann ein Durchschubwalzprozess von dem einen Ende des zu profilierenden Werkstückbereichs bis zu einem anderen Ende des zu profilierenden Werkstückbereichs unter axialer Zustellung des Werkstücks (5) zum Walzwerkzeug oder unter axialer Zustellung (8) des Walzwerkzeugs zum Werkstück, und dass

schließlich ein Anfaswalzprozess am anderen Ende des zu profilierenden Werkstückbereichs zum Herstellen eines Profileinlaufs (7), insbesondere einer Einfädelfase am Werkstück (5), unter weitergehender radialer Zustellung (11) des Walzwerkzeugs zum Werkstück (5) erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass beim Einstechwalzprozess zumindest der Einlaufbereich (2) und ein Kalibrierbereich (3), bevorzugt auch ein Entlastungsbereich (4) der Walzmaschine mit dem Werkstück (5) kämmen, wobei der Kalibrierbereich (3) zumindest einen Teil eines Mittelabschnitts des Profils und gegebenenfalls der Entlastungsbereich (4) einen Profilauslauf (6) des Werkstücks (5) formen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchschubwalzprozess eine axiale Vorschubgeschwindigkeit so ausgelegt ist, dass mindestens ein Kalibrierkontakt eines jeden vom Einlaufbereich (2) umgeformten Profilpunktes am Werkstück (5) mit dem Kalibrierbereich (3) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfaswalzprozess der Entlastungsbereich (4) der Walzmaschine mit dem Werkstück (5) kämmt und den Profileinlauf (7) des Werkstücks (5) formt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass eine vollständige Profillänge, insbesondere eine vollständige Verzahnungslänge der Steckverzahnung des Werkstücks (5) breiter ist als eine Breite einer das Profil ausbildenden Walzscheibe (1) des Walzwerkzeugs.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das wellen- oder hohlwellenförmige Werkstück (5) eine Wellenschulter (9) aufweist und dass der Einstechwalzprozess direkt unterhalb der Wellenschulter (9) durchgeführt wird.

11. Wellen- oder hohlwellenförmiges Werkstück (5) mit einer Wellenschulter (9) und mit einem aufwerfungsfreien längsgerichteten Profil, insbesondere einer Steckverzahnung, auf einem profilierten Abschnitt (12) neben der Wellenschulter (9),

wobei das aufwerfungsfreie längsgerichtete Profil einen an die Wellenschulter (9) angrenzenden Profilauslauf (6), einen an den Profilauslauf (6) anschließenden Mittelabschnitt und einen an den Mittelabschnitt anschließenden, von der Wellenschulter (9) entfernten Profileinlauf (7) umfasst,

wobei der Profileinlauf (7) mit einer Einfädelfase versehen ist und der Profilauslauf (6) mit einer Profilabflachung versehen ist,

und wobei der profilierte Abschnitt (12) und die angrenzende Wellenschulter (9) aus einem Stück gefertigt sind und der Profilauslauf (6) mit einem Abstand zur Wellenschulter (9) kleiner als 3 mm, bevorzugt kleiner als 2 mm, weiterhin bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1 mm, bis an die Wellenschulter (9) ausgeprägt ist.

12. Wellen- oder hohlwellenförmiges Werkstück (5) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einfädelfase und die Profilabflachung zumindest abschnittsweise gleichartig ausgebildet sind, etwa mit einem gleichen Winkel in Bezug auf den Mittelabschnitt oder mit einem gleichartigen Radius.

13. Wellen- oder hohlwellenförmiges Werkstück (5) nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt kalibriert ausgebildet ist und einen über die Länge gleichen Profilquerschnitt aufweist.

14. Wellen- oder hohlwellenförmiges Werkstück (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der profilierte Abschnitt (12) länger als 10 cm, bevorzugt länger als 20 cm ausgebildet ist.

15. System mit einer Walzmaschine zum Walzen eines längsgerichteten Profils nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und einem wellen- oder hohlwellenförmigen Werkstück (5), insbesondere nach einem der Ansprüche 11 bis 14.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Entlastungsbereiches (4) so gewählt ist, dass ein vorgegebener Abstand des voll ausgeprägten Profils zu einer angrenzenden Wellenschulter (9) eingehalten wird.

17. System nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf- und Kalibrierbereich (2, 3) ausgebildet sind, um zusammen eine Radialkraft beim Einstechwalzprozess auszuüben, welche eine kritische Kraft nicht überschreiten, die entweder die Belastungsgrenze der Maschine darstellt oder aber zu einer unzulässigen Querschnittsänderung des Werkstückes (5) führt.

Zeichnung