Die Erfindung betrifft eine Kaltwalzmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine insbesondere für derartige Kaltwalzmaschinen geeignete Walzstange.

Bei derartigen Kaltwalzmaschinen wird das zu bearbeitende Werkstück drehbar zwischen zwei Spitzen oder sonstigen Schnellspannvorrichtungen gespannt, wobei dieser Werkstückspannvorrichtung in der Regel eine Vorschubachse zugeordnet ist. Die gewünschte Profilierung des Werkstücks erfolgt über zwei sich synchron gegenläufig bewegende Walzstangen, die gleichzeitig auf das Werkstück auftreffen und dieses zunächst durch Reibschluß und später durch Formschluß in Drehung versetzen. Dabei wird der Werkstoff in die Freiräume des Werkzeugs, d. h. der Walzstangen verdrängt. Üblicherweise nimmt die Höhe des eingeschliffenen Profils der Walzstange im Umformbereich zu, so daß jeder Zahn der Walzstange etwas tiefer in das Werkstück eingedrückt wird, als der vorangegangene. Nach Erreichen der vollen Profiltiefe kann sich eine Kallibrierzone und eine Entspannungszone anschließen, entlang denen die Geometrie und die Oberflächenqualität des Werkstücks optimiert wird.

Dieses spanlose Kaltformen von Profilen, wie beispielsweise Steckverzahnungen (gerade oder schräg), Spiralverzahnungen, Ölnuten, Gewinde oder Rändel ist ca. dreißig mal schneller als die spanabhebende Bearbeitung der Profile. Kaltgewalzte Werkstücke bieten zudem eine höhere Festigkeit, bessere Oberflächengüte und große Genauigkeit.

In dem Prospekt "Spezialmaschinenprogramm XK" der Anmelderin wird eine Kaltwalzmaschine vorgestellt, bei der die beiden gegenläufig bewegbaren Walzstangen in Horizontalrichtung angeardnet sind, während die Werkstückachse ebenfalls in Horizontalrichtung quer zur Bewegungsrichtung der Walzstangen angeordnet ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß aufgrund der Horizontalanordnung der Walzstangen eine erhebliche Baubreite der Kaltwalzmaschine erforderlich ist. Diese bekannte Maschine hat des weiteren einen hydraulischen Antrieb, dessen Hydraulik-Aggregat sehr viel Platz benötigt.

Dieser Nachteil wird durch eine Kaltwalzmaschine gemäß der WO 99/43454 Al überwunden, bei der die Walzstangen in Vertikalrichtung angeordnet sind, so daß die Maschine eine erheblich geringere Aufstellfläche erfordert.

Bei Maßkorrekturen am Werkstück kann es erforderlich sein, zum Ausbilden der vorbestimmten Profiltiefe die Walzstange in Radialrichtung (bezogen auf das Werkstück) zuzustellen. Diese Zustellung erfolgt manuell über Justierschrauben, über die die Radialposition der Walzstangen gegenüber dem Werkstück einstellbar ist. Für diese Nachjustierung muß der Walzvorgang unterbrochen werden, so daß die Produktivität der Anlage verringert ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kaltwalzmaschine und eine Walzstange zu schaffen, durch die die Stillstandszeiten während der Produktion verringert sind.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Kaltwalzmaschine durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Walzstange durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Kaltwalzmaschine mit einer Zustelleinrichtung mit integriertem Zustellantrieb versehen, über die die Walzstangen während des Walzvorganges in Eingriffsrichtung verstellbar sind. D. h., jeder Walzstange ist eine Zustellachse zugeordnet, die eine Verstellung der Walzstangen in etwa Radialrichtung mit Bezug zu dem zu bearbeitenden Werkstück ermöglicht. Durch diese Zustelleinrichtung kann somit die Profiltiefe während des Walzvorganges verändert werden, so daß beispielsweise die gewünschte Endprofiltiefe nicht – wie beim Stand der Technik erforderlich – während einer Vorschubbewegung der Walzstangen, sondern während mehreren Walzstangenhüben ausbildbar ist, bei denen die Walzstangen in Radialrichtung nachgestellt werden. Dies ermöglicht es, die Länge der Walzstange zu minimieren, so daß auch die Abmessungen der Kaltwalzmaschine vergleichsweise gering bleiben.

Bei diesem Reversierbetrieb wird daher das Profil mit mehreren Walzstangenhüben ausgebildet, während bei den bekannten Maschinen das Profil mit nur einem Hub. gewalzt werden mußte – es liegt auf der Hand, daß das herkömmliche Verfahren eine wesentlich größere Belastung für die Maschine und die Walzstangen darstellt.

Da die Profiltiefe erfindungsgemäß über die Zustelleinrichtung bestimmt wird, können die Walzstangen im Wesentlichen mit gleichbleibender Profiltiefe ausgeführt werden, so daß deren Herstellung wesentlich einfacher als bei den herkömmlichen Walzstangen mit in Walzrichtung größer werdender Profiltiefe ist. Die eingangs beschriebenen Kalibrier- und Entspannungszonen können über kleine Rampen an den Endabschnitten der Walzstangen ausgebildet werden, wobei der sich zwischen den Rampen erstreckende Bereich der Walzstangen im Wesentlichen mit gleichbleibender Profiltiefe ausgebildet ist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist jeder der beiden Walzstangen jeweils ein Führungsschlitten zugeordnet, der entlang von Schrägführungen verschiebbar ist. Diese beiden Schrägführungen sind v-förmig zueinander angestellt, so daß durch Verschieben des Führungsschlittens entlang der zugeordneten Schrägführung der Radialabstand zwischen Walzstange und Werkstück veränderbar ist. D. h., die Zustellbewegung erfolgt durch Verschieben der Walzstange entlang der keilförmig ausgebildeten Schrägführungen, so daß durch Verstellen der Walzstangen ohne Werkzeugwechsel eine Variation der Zähnezahl, das Walzen von geraden und ungerade Zähnezahlen, ein positioniertes Walzen und die Qualitätsoptimierung des Profils durch Teilungskorrektur möglich ist.

Die Zustellbewegung läßt sich besonders präzise ausführen, wenn jedem Führungsschlitten ein eigener Zustellantrieb, beispielsweise ein Planetenspindelantrieb zugeordnet ist. Alternativ können auch andere geeignete Antriebe, wie beispielsweise Zahnstangenantriebe, Kugelgewindeantriebe oder hydraulische Antriebe verwendet werden.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Kaltwalzmaschine läßt sich weiter vereinfachen, wenn die freien Endabschnitte der entlang der Schrägführungen verschiebbaren Führungsschlitten über eine Konsole verbunden sind, an der die Antriebe für die Walzstangenvorrichtung gelagert sind.

Das erfindungsgemäße Konzept läßt sich besonders vorteilhaft bei Kaltwalzmaschinen einsetzen, deren Walzstangen in Vertikalrichtung angetrieben sind, so daß die Aufstellfläche, der erfindungsgemäßen Maschine minimal ist. Die Bauhöhe lässt sich durch Antreiben der Walzstangen in Horizontalrichtung minimieren.

Erfindungsgemäß kann das Werkstück über die Walzstangen übertragenen Kräfte oder aber über einen eigenen Drehantrieb angetrieben werden, der mit dem Antrieb der Walzstangen synchronisiert ist.

Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung wird der Umformbereich des Werkstückes mit Ultraschall beaufschlagt. Durch diesen Ultraschall wird die Fliesgrenze während des Umformprozesses abgesenkt, so daß die Umformkräfte gegenüber herkömmlichen Lösungen verringert sind.

Die die Führungsschlitten abstützenden Schrägführungen werden vorteilhafterweise an zwei beabstandeten Stützschenkeln eines Maschinenbettes abgestützt, wobei diese beiden Stützschenkel zur Erhöhung der Steifigkeit über Querlaschen verbunden sind.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kaltwalzmaschine;

2 eine geschnittene Draufsicht auf die Kaltwalzmaschine aus 1 und

3 eine schematische Darstellung einer Walzstange aus 1.

1 zeigt einen Schnitt durch eine Kaltwalzmaschine 1, bei der zwei Walzstangen 2, 4 in Vertikalrichtung (mit Bezug zur Aufstellfläche) angeordnet sind, während ein das nicht dargestellte Werkstück tragender Spindelstock 6 (lediglich angedeutet in 1) in Horizontalrichtung, d. h. parallel zur Auflagefläche angeordnet ist. Das Werkstück ist in diesem Spindelstock 6 drehbar gelagert, wobei über einen nicht dargestellten NC-Antrieb, beispielsweise zur Zu- oder Abführung des Werkstücks aus dem Bearbeitungsbereich, vor oder nach dem Walzvorgang, eine Verschiebung in Axialrichtung (senkrecht zur Zeichenebene) möglich ist. Die Ausgestaltung des Spindelstockes mit einer Pinole und einer hinteren Zentrierspitze unterscheidet sich im wesentlichen nicht von üblichen Lösungen, so daß hinsichtlich weiterer Details der Einfachheit halber auf den eingangs genannten Prospekt der Anmelderin verwiesen sei.

Durch die erfindungsgemäße Kaltwalzmaschine lassen sich eine Vielzahl von Profilen, beispielsweise Kerbverzahnungen, Gewinde, Laufverzahnungen, Ölnuten, Ringnuten, Rändel oder sonstige Sonderformen auch im Reversierbetrieb ausbilden.

Die Steuerung der Kaltwalzmaschine 1 ist gemäß 2 in seitlich angeordneten Schaltschränken 7 untergebracht. Dieser äüßerst kompakte Aufbau mit minimaler Aufstellfläche ermöglicht es, die Kaltwalzmaschine 1 als sogenannte Hakenmaschine auszuführen, die praktisch als funktionsfähige Einheit vormontiert und geliefert wird.

Die dargestellte Kaltwalzmaschine 1 hat einen aus Mineralguß hergestellten Unterbau, der zwei nach oben (Ansicht nach 1) vorstehende Stützschenkel 10, 12 hat. Diese haben jeweils eine stufenförmige Ausnehmung mit einer in 1 sichtbaren Horizontalstützfläche 14 und einer Vertikalstützfläche (2) 16, an der eine die beiden Stützschenkel 10, 12 überstreckende Brückenkonstruktion 18 abgestützt ist. Diese ist in 2 geschnitten dargestellt und enthält im Wesentlichen die Führungen und Antriebe für die Reziprokbewegung der Walzstangen 2, 4.

Die die Walzstangen 2, 4 tragende Brückenkonstruktion 18 hat jeweils einen an den Stützschenkeln 10, 12 befestigten Stützkörper 20, 22, der im Wesentlichen aus einer Guß-Tragkonstruktion 24 besteht, die mit einer Mineralgußfüllung ausgeführt ist.

Wie insbesondere 2 entnehmbar ist, sind die beiden Stützkörper 20, 22 über eine hintere Querlasche 26 und eine vordere Querlasche 28 miteinander verbunden, die den Bereich zwischen den beiden Stützschenkeln 10, 12 überstrecken. Die Endabschnitte der vorderen Querlasche 28 sind an der durch die Horizontalstützfläche 14 und die Vertikalstützfläche 16 gebildeten Auflageflächen der Stützschenkel 10 bzw. 12 befestigt. Beide Querlaschen 26, 28 haben jeweils eine Ausnehmung 30, 32, durch die hindurch das Werkstück mit den zugehörigen Spanneinrichtungen des Spindelstocks 6 (angedeutet in 2) in den Bearbeitungsbereich führbar sein kann.

Wie des Weiteren insbesondere 2 entnehmbar ist, sind an den gegenüberliegenden Stirnflächen der beiden Stützkörper 20, 22 bzw. der Guß-Tragkonstruktion 24 eingegossene Schrägbahnführungen 34, 36 in Form von Flachbahnführungen aus Kunststoff ausgebildet, die sich durch eine geringe Reibung, hohe Genauigkeit, lange Lebensdauer sowie ein optimales Dämpfungsverhalten auszeichnen. Entlang dieser Schrägbahnführungen 34, 36 ist jeweils ein Führungsschlitten 38, 40 geführt, der im Anlagebereich an die beiden Stützkörper 20, 22 mit Führungsschenkeln ausgeführt ist, die die Schrägbahnführung 34, 36 umgreifen. Die Festlegung der Führungsschlitten 38, 40 in Querrichtung (1) erfolgt über eine Gegenführung 42, die die Seitenflächen der Flachbahnführung 36 hintergreifen.

Wie insbesondere aus 1 entnehmbar ist, sind die beiden Stirnflächen der Schrägbahnführungen 34, 36 v-förmig gegeneinander angestellt, so daß sich deren Abstand zur Aufstellfläche hin verringert. Der Anstellwinkel jeder Flachbahnführung 34, 36 kann beispielsweise 3° betragen.

Die Axialverschiebung der beiden Führungsschlitten 38, 40 erfolgt jeweils über einen NC-Antrieb 44, der beispielsweise als Planetenspindelantrieb mit Servomotor 50 ausgeführt sein kann. Dabei ist jeweils eine Spindelmutter 46 drehbar im Stützkörper 22 bzw. 24 gelagert, während die Planetenspindel 48 in einer Konsole des Führungsschlittens 38 bzw. 40 gelagert und über einen Zahnriemen mit dem Servomotor 50 verbunden ist. Je nach Drehrichtung des Servomotors 50 wird die Planetenspindel 48 durch die feststehende Spindelmutter 46 in Drehung versetzt und diese als Axialverschiebung auf die Führungsschlitten 38, 40 übertragen, so daß diese entlang der Schrägbahnführungen 34 bzw. 36 verschoben werden.

Die von den Schrägbahnführungen 34, 36 entfernten Stirnflächen des Führungsschlittens 38, 40 verlaufen parallel zur Vorschubachse der beiden Walzstangen 2, 4, so daß die Führungsschlitten, 38, 40 in der Darstellung gemäß 1 einen etwa keilförmigen Querschnitt aufweisen. Die den Walzstangen 2, 4 zuweisenden Stirnflächen der Führungsschlitten 38, 40 sind ebenfalls als Führungen 52, 54 ausgebildet, entlang denen Schlitten 56, 58 geführt sind, auf denen die Walzstangen 2, 4 befestigt sind.

Die Führungen 52, 54 sind ebenfalls wieder als eingegossene Flachbahnführungen ausgeführt und entsprechen hinsichtlich des Aufbaus im Wesentlichen den Schrägführungen 34, 36. D. h., die Schlitten 56, 58 tauchen mit ihrer Stirnfläche in eine u-förmige Ausnehmung des zugeordneten Führungsschlittens 38, 40 ein, wobei diese Ausnehmung als Gleitführung ausgebildet ist. Die Festlegung der Schlitten 56, 58 am zugeordneten Führungsschlitten 38, 40 erfolgt über eine Gegenführung 60.

Die sich in 1 über die beiden Stützschenkel 10, 12 hinaus erstreckenden Endabschnitte der beiden Führungsschlitten 38, 40 haben je eine Konsole 62, in der je ein NC-Antriebe 64, 66 gelagert ist. Diese haben praktisch den gleichen Aufbau wie der Antrieb 44 für die Führungsschlitten 38, 40. D. h., eine Planetenspindel 48 ist (hier über einen Zahnriemen 68) (2) mit einem Servomotor 50 verbunden und drehbar in der Konsole 62 gelagert. Die mit der Planetenspindel 48 zusammenwirkende Spindelmutter 46 ist drehfest in jeweils einem Schlitten 56, 58 gelagert, so daß bei einer Rotation der Planetenspindel 48 die Spindelmutter 46 und der damit verbundene Schlitten 56 bzw. 58 entlang der Führung 52 bzw. 54 verschoben wird. Die Planetenspindel 48 durchsetzt dabei eine Innenbohrung des zugeordneten Schlittens 56, 58. Die beiden NC-Antriebe 64, 66 werden derart angetrieben, daß die beiden Walzstangen 2, 4 in die gegenläufig synchronisierten Bewegungen versetzt werden.

3 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Walzstange 2, wie sie bei der erfindungsgemäßen Kaltwalzmaschine 1 gemäß 1 einsetzbar ist.

Diese Walzstange 2 wird in herkömmlicher Weise aus gehärtetem und geschliffenem Kaltarbeitsstahl hergestellt und trägt eine Profilierung 70, dessen Profiltiefe 5 entlang eines Bereiches T im Wesentlichen gleichbleibend ist. An den beiden Endabschnitten der Profilierung 70 sind Rampen 72 ausgebildet, deren Länge U wesentlich geringer als die Länge T mit gleichbleibender Profilierung 70 ist. Aufgrund der im Wesentlichen gleichbleibenden Profilierung läßt sich die in 3 dargestellte Walzstange wesentlich einfacher als herkömmliche Walzstangen herstellen, bei denen die Profiltiefe im Bereich T variabel ist. Auch das Nachschleifen der in 3 dargestellten Walzstange ist aufgrund der im wesentlichen gleichbleibenden Profiltiefe wesentlich einfacher als bei den herkömmlichen Lösungen.

1 zeigt die Grundposition der Kaltwalzmaschine 1, in der sich der Schlitten 58 in seiner oberen und der Schlitten 56 in seiner unteren Endposition befindet. In dieser Grundposition sind die beiden Führungsschlitten 38, 40 über die NC-Antriebe 44 in ihre obere Endposition gefahren, so daß der Abstand zwischen den Walzstangen 2, 4 maximal ist (minimale Profiltiefe). In dieser Grundposition wird das Werkstück über den Spindelstock 6 in seine Bearbeitungsposition zwischen den beiden Walzstangen 2, 4 gebracht.

Anschließend werden die beiden NC-Antriebe 64, 66 synchron und gegenläufig angesteuert, so daß die beiden Walzstangen 2, 4 gegenläufig auf das Werkstück auflaufen und dieses durch Reib- und Formschluß in Drehung versetzten, wobei durch den Eingriff zwischen Werkstück und den beiden Walzstangen 2, 4 der Umformvorgang erfolgt. Die Profiltiefe kann dabei durch eine synchrone Verschiebung der beiden Führungsschlitten 38, 40 entlang den Schrägflächen 34, 36 eingestellt werden, wobei die maximale Profiltiefe während eines Hubes der Walzstangen 2, 4 oder während mehrerer aufeinanderfolgender Hübe (auch im Reversierbetrieb) ausgebildet wird. Durch geeignete Neigung der Schrägführung 34, 36 und entsprechendem Hub der NC-Antriebe läßt sich beispielsweise eine Profiltiefe von bis zu etwa 5 mm herstellen. Der Walzprozeß wird ständig überwacht, so daß der Walzvorgang durch variable Geschwindigkeitsprofile sowohl für den Vorschub der Führungsschlitten 34, 36 als auch der Schlitten 56, 58 optimierbar ist.

Durch die über die Brückenkonstruktion 18 miteinander verbundenen Stützschenkel 10, 12 ist eine äußerst steife Maschinenkonstruktion gewährleistet, wobei der Mineralguß Unterbau 8 und die mineralgußgefüllten Stützkörper 20, 22. eine wesentlich bessere Dämpfung als herkömmliche Konstruktionen bewirken. Der Mineralgußunterbau ermöglicht es, alle Versorgungselemente zu integrieren, wobei nach dem Gießen des Unterbaus praktisch keine zusätzliche Bearbeitung erforderlich ist.

Die vertikale Ausrichtung der Walzstangen 2, 4 vereinfacht die Kühlmittelabfuhr gegenüber der im Prospekt der Anmelderin offenbarten Lösung erheblich.

Anstelle der genannten Planetenspindelantriebe können selbstverständlich auch andere geeignete Antriebe, wie beispielsweise Kugelgewindetriebe, Zahnstangenantriebe oder hydraulische Antriebe verwendet werden. Der Unterbau kann in Abweichung vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel auch in herkömmlicher Weise durch eine Schweiß- oder Gußkonstruktion gebildet sein.

Die Verstellbarkeit der Führungsschlitten 38, 40 ermöglicht es des Weiteren, während des Walzvorganges eine Teilungskorrektur durchzuführen, so daß die Walzqualität gegenüber herkömmlichen Lösungen mit Walzstangen erheblich verbessert ist. Anstelle der beschriebenen Gleitführung könnten alternativ auch herkömmliche, nicht kunststoffbeschichtete Gleitführungen, Wälzführungen, beispielsweise Rollenschuhe oder Flachkäfigführungen verwendet werden, die jedoch sowohl hinsichtlich der Tragzahlen als auch der Kosten ungünstiger als die abgeformten Führungsbahnen sind.

Bei dem vor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Werkstück durch den Eingriff mit den Walzstangen 2, 4 angetrieben. Bei einer alternativen Variante kann dem Werkstück ein eigener Drehantrieb zugeordnet werden, der mit den NC-Antrieben 64, 66 der Walzstangen synchronisiert ist, so dass der Hub der Walzstangen 2, 4 mit der Drehung des zu walzenden Werkstückes synchronisiert ist.

Die Umformkräfte lassen sich herabsetzen, wenn der gewalzte Bereich des Werkstückes mit Ultraschall beaufschlagt wird. Für diese Ultraschallbeaufschlagung kann ein geeigneter Ultraschallkopf in die Kaltwalzmaschine integriert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Drehbewegung des Werkstückes während des Walzvorganges mit Ultraschallschwingungen zu überlagen. Dies könnte beispielsweise dadurch erfolgen, dass der vorbeschriebene Drehantrieb für das Werkstück eine Drehbewegung erzeugt, die mit hochfrequenten Ultraschallschwingungen geringer Amplitude überlagert ist. Durch die Schwingungsbeinflussung des Umformprozesses lassen sich die Umformkräfte während des Walzvorganges verringern, so dass eine Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit ermöglicht ist. Aufgrund der Herabsetzung der Fliesgrenze können auch nach konventionellen Methoden schwer umformbare Materialien kaltgewalzt werden.

Offenbart ist eine Kaltwalzmaschine, bei der die Walzstangen vorzugsweise in Vertikalrichtung angeordnet sind und über eine Zustelleinrichtung während des Walzvorganges in Radialrichtung mit Bezug zum zu bearbeitenden Werkstück verstellbar sind.