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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ringpresse, umfassend einen
Dorn, über
den ein zu pressendes ringförmiges
Werkstück
in Axialrichtung der Ringpresse zuführbar ist und an dem das Werkstück abstützbar ist,
mehrere in Radialrichtung geführt
bewegliche Presselemente, mit denen Druck auf das am Dorn abgestützte Werkstück ausübbar ist,
und eine in Umfangsrichtung relativ zu den Presselementen drehbare
Druckerzeugungsanordnung, bei deren Verdrehung relativ zu den Presselementen
die Presselemente von einer Freigabestellung in eine Pressstellung
bewegt werden.
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Ringpressen
werden zur Herstellung von maßgenauen
Hülsen
verwendet, wie beispielsweise Gleitlager, Kleinmotorengehäuse, Kettenhülsen, Kettenrollen
und dergleichen. Diese Hülsen
werden aus Bandmaterial in einem ersten Arbeitsschritt mit Hilfe eines
Biegewerkzeugs rundgebogen. Hier kommt normalerweise eine Verbiegungsmaschine
zum Einsatz. Die durch das Biegen erzeugte Rundheit der Hülse weist
allerdings noch nicht die gewünschte
Genauigkeit innerhalb der Toleranzen des Fertigproduktes auf.
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Es
ist daher erforderlich, die vorgebogene Hülse in einem zweiten Schritt
in einer Ringpresse unter hohem Druck rundzupressen, so dass die
Hülse den
gewünschten
Toleranzen entspricht.
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Ringpressen
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 sind bekannt und weisen beispielsweise vier jeweils
paarweise orthogonal zueinander angeordnete Presselemente auf. An
ihren radial äußeren Enden
weisen diese Presselemente rollen- oder kugelartige Kraftübertragungselemente
auf, die von in Umfangsrichtung relativ zu den Presselementen drehbaren
Druckerzeugungselementen beaufschlagt sind, wenn die Presselemente
in ihrer Pressstellung sind. Die Bewegung der Presselemente in radialer Richtung
wird dabei beispielsweise durch ein an der jeweiligen Rolle eines
Press elements vorbeigehendes, geneigtes Druckstück erreicht, dessen Neigung derart
ausgestaltet ist, dass bei weiterer Verdrehung in Umfangsrichtung
ein größerer Druck
auf das Presselement ausgeübt
wird.
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Ferner
sind auch gattungsgemäße Ringpressen
bekannt, bei denen die Druckerzeugungsanordnung über eine Gelenkverbindung,
insbesondere eine Art doppeltes Kugelgelenk zwischen Druckerzeugungsanordnung
und Presselement auf die Presselemente wirkt. Dabei sind die Druckerzeugungsanordnung
und die Presselemente derart miteinander verbunden, dass je nach
Drehstellung der Druckerzeugungsanordnung relativ zu den Presselementen das
Presselement in seine Pressstellung gedrückt wird oder in seine Freigabestellung
gezogen wird. Diese Art der Ringpresse erfordert eine Hin- und Herbewegung
der Druckerzeugungsanordnung, um die Presselemente zwischen Freigabestellung
und Pressstellung zu bewegen.
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An
die oben genannten Fertigungstoleranzen werden hohe Ansprüche gestellt
und es werden Genauigkeiten im Bereich von 1/100-Millimetern gefordert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Ringpresse bereitzustellen, die den genannten
Toleranzanforderungen gerecht wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Druckerzeugungsanordnung
der gattungsgemäßen Ringpresse
mehrere Rollen umfasst, die zur Erzeugung von Druck über eine
durch die jeweiligen radialen äußeren Ränder der
Presselemente gebildete kontinuierliche Umfangsbahn abgerollt werden.
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Eine
kontinuierliche Umfangsbahn, die von den radialen äußeren Rändern der
Presselemente gebildet ist, ermöglicht
eine kontinuierliche Abrollbewegung der Rollen in einer Drehrichtung.
Eine Hin- und Herbewegung der Druckerzeugungsanordnung relativ zu
den Presselementen ist somit nicht erforderlich. Dabei wird von
wenigstens einer der Rollen Druck auf ein ent sprechendes zugeordnetes
Presselement übertragen.
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Besonders
bevorzugt ist es, dass die Umfangsbahn ein in Umfangsrichtung regelmäßiges Profil
mit sich abwechselnden radialen Erhebungen und Senkungen aufweist,
derart, dass beim Abrollen der Rollen über eine Erhebung alle Presselemente synchron
in die Pressstellung bewegt werden.
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Ein
derartiges Profil der Umfangsbahn ermöglicht beim Abrollen der Rollen
in einer Drehrichtung auch eine mehrmalige, wiederholte Druckerzeugung
auf das Werkstück.
Das Profil kann derart ausgestaltet sein, dass es unabhängig von
der Drehrichtung der Druckerzeugungsanordnung eine immer gleiche
Druckerzeugungscharakteristik aufweist. Denkbar ist allerdings auch,
dass die Erhebungen und Senkungen des Profils laufrichtungsabhängig ausgebildet
sind, beispielsweise derart, dass der Übergang von einer Senkung in
eine Erhebung relativ schwach geneigt ist, um den Druck kontinuierlich und
relativ langsam aufzubauen, und dass der Übergang von der Erhebung in
die nächste
Senkung relativ steil ausgebildet ist, so dass der Druck auf das Werkstück schnell
nachlässt.
Je nach den gewünschten
Fertigungsbedingungen kann das Profil auch genau umgekehrt ausgebildet
sein, um den höchsten Druck
schlagartig zu erhalten und ihn anschließend bei gleicher Umlaufgeschwindigkeit
der Rollen langsamer zu reduzieren.
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Damit
die Rollen an der Umfangsbahn abgerollt werden können, weist die Druckerzeugungsanordnung
bevorzugt einen Laufring auf, an dessen radialer Innenseite sich
die Rollen abwälzen.
Der Laufring, die Rollen und die Umfangsbahn bilden somit eine Art
Wälzlager,
bei dem sich der Laufring und die Rollen relativ zu den in Umfangsrichtung
feststehenden Presselementen abrollen.
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Um
eine einstellbare Vorspannung zu ermöglichen, die vom Laufring auf
die Rollen und somit die Presselemente ausgeübt wird, wird vorgeschlagen,
dass der Laufring auf seiner radialen Außenseite in Axialrichtung konisch
ausgeführt
ist und an der Innenseite eines in Axialrichtung gegenläufig konisch ausgebildeten
Spannrings der Druckerzeugungsanordnung anliegt. Dabei ist der Spannring
vorzugsweise mit einem Antriebsring der Druckerzeugungsanordnung
verbunden, insbesondere verschraubt. Ferner wird in diesem Zusammenhang
vorgeschlagen, dass der Spannring in Axialrichtung relativ zum Laufring
und zum Antriebsring verstellbar ist, um den auf das Werkstück wirkenden
Druck einzustellen.
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Die
beiden konisch ausgebildeten, aufeinander liegenden Umfangsflächen des
Laufrings und des Spannrings ermöglichen
durch eine axiale Bewegung des Spannrings auf dem axial feststehenden Laufring
die Einstellung des in Radialrichtung auf die Presselemente und
somit das Werkstück
wirkenden Drucks. Die Verstellbarkeit kann in einem Bereich bis zu
0,10 mm in radialer Richtung liegen.
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Weiterbildend
wird vorgeschlagen, dass in den Presselementen insbesondere langlochartige Öffnungen
ausgebildet sind, in denen bezüglich
der Presselemente ortsfeste Führungselemente
aufgenommen sind, welche die radiale Bewegung der Presselemente
zum Zentrum des Dorns bzw. der Ringpresse führen.
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Damit
die Rollen während
des Abrollens zwischen dem Laufring und dem kontinuierlichen Umfangsrand
nicht aneinander stoßen,
wird vorgeschlagen, dass zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten
Rollen jeweils ein Distanzstück
vorgesehen ist, das am Laufring befestigt ist.
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Bevorzugt
sind die Druckerzeugungsanordnung, die Presselemente und die Führungselemente in
axialer Richtung unverschieblich abgestützt und liegen insbesondere
auf einer Grundplatte auf. Dabei sind insbesondere die Führungselemente
an der Grundplatte befestigt, vorzugsweise verschraubt. Um die Druckerzeugungsanordnung,
die Presselemente und die Führungselemente
in Axialrichtung an der Grundplatte zu halten, ist vorzugsweise
eine Abdeckplatte bzw. ein Flansch vorgesehen, die bzw. der mit der
Grundplatte verschraubt ist, wobei diese Verschraubung besonders
bevorzugt durch die Führungselemente
hindurchgeht und diese damit ebenfalls fixiert sind.
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Um
die Druckerzeugungsanordnung relativ zu den Presselementen zu verdrehen,
wird vorgeschlagen, die Druckerzeugungsanordnung durch einen Elektromotor
und ein mit diesem gekoppeltes Getriebe anzutreiben. Dabei weist
das Getriebe insbesondere ein an einer Welle des Elektromotors angebrachtes
Ritzel auf, das mit am Außenumfang
des Antriebsrings der Druckerzeugungsanordnung ausgebildeten Zähnen kämmt. Der
Elektromotor kann beispielsweise auf der anderen Seite der die Druckerzeugungsanordnung,
die Presselemente und die Führungselemente
abstützenden
Grundplatte befestigt sein, wobei die Welle des Elektromotors durch eine
entsprechende Bohrung in der Grundplatte hindurchgeht, so dass das
Kämmen
zwischen dem an der Welle angebrachten Ritzel und dem Antriebsring ermöglicht ist.
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Um
ein Werkstück über den
Dorn der Ringpresse zuzuführen
oder es nach dem Pressvorgang aus der Ringpresse zu entnehmen, wird
vorgeschlagen, dass die Presselemente durch Rückstellmittel von der Pressstellung
in die Freigabestellung bewegbar sind, wenn sich die Rollen in den
Senkungen des Profils der kontinuierlichen Umfangsbahn befinden. Bei
den Rückstellmitteln
wird insbesondere an hydraulisch oder/und mechanisch wirkende Mittel
gedacht.
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Bevorzugt
wird eine Lösung
vorgeschlagen, bei der in der Ringpresse vorhandenes Schmieröl zur Rückstelldruckerzeugung
verwendet wird. Beispielsweise erfolgt dies dadurch, dass Schmieröl, das sich in
jeweiligen Zwischenräumen
befindet, die zwischen dem Führungselement
und einer Langlochöffnung
eines jeweiligen Presselements ausgebildet sind, in diesem Zwischenraum
in der Pressstellung unter Druck gesetzt wird, derart, dass der
aufgebaute hydraulische Druck ausreicht, um das Presselement relativ
zum Führungselement
radial nach außen
zu bewegen, wenn der von den Rollen auf die Presselemente ausgeübte Druck
nachlässt.
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Die
Erhebungen und Senkungen im Profil der kontinuierlichen Umfangsbahn
sind bevorzugt derart angeordnet, dass die Erhebungen und Senkungen
im Profil der kontinuierlichen Umfangsbahn derart angeordnet sind,
dass jeweils eine Anzahl n Erhebungen vollständig auf dem äußeren radialen Rand
jedes Presselements ausgebildet sind, dass eine Anzahl n – 1 Senkungen
vollständig
auf jedem Presselement ausgebildet sind und dass die zur Vervollständigung
des Profils noch erforderlichen Senkungen jeweils zur Hälfte auf
in Umfangsrichtung direkt benachbarten Presselementen ausgebildet
sind.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform,
bei der die Ringpresse 24 Rollen und acht Presselemente
umfasst, so dass in der Pressstellung jeweils drei Rollen auf ein
Presselement wirken. Damit die synchrone Bewegung der Presselemente
ermöglicht
wird, wird vorgeschlagen, dass die Anzahl Rollen gleich der Anzahl
an Erhebungen pro Presselement multipliziert mit der Anzahl der
Presselemente ist, und dass die Anzahl der Senkungen gleich der Rollenanzahl
bzw. der gesamten Anzahl an Erhebungen ist.
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Bezogen
auf die Ausführungsform
mit 24 Rollen bedeutet dies, dass ein Presselement n = 3 Erhebungen
aufweist, die vollständig
auf dem äußeren radialen
Rand des Presselements ausgebildet sind. Das Profil beginnt entlang
der Umfangsrichtung mit einer halben Senkung, danach schließen sich
die drei Erhebungen mit jeweils dazwischenliegender vollständiger Senkung
an und das Profil wird nach der dritten Erhebung durch eine weitere
halbe Senkung abgeschlossen. Wenn nun zwei Presselemente direkt
nebeneinander liegen, bilden die jeweiligen halben Senken im Übergangsbereich
zwischen den beiden Presselementen eine vollständige Senkung, so dass über den
gesamten Umfang der Umfangsbahn die gleiche Anzahl von vollständigen Erhebungen
und vollständigen
Senkungen ausgebildet ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer beispielhaften, nicht einschränkenden
Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beschrieben.
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1 ist
eine Draufsicht in Axialrichtung der Ringpresse, wobei die Ringpresse
teilweise geöffnet dargestellt
ist.
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2 ist
eine Querschnittsdarstellung gemäß der Schnittlinie
II-II.
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3 ist
eine Vergrößerung der
Schnittansicht der 2 oberhalb der Drehachse der
Ringpresse.
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4 ist
eine vergrößerte, perspektivische Ansicht
der Rollenanordnung in der Ringpresse.
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5 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
eines Presselements.
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In
der schematischen Draufsicht gemäß 1 ist
eine Grundplatte 10 ersichtlich, auf der eine Druckerzeugungsanordnung 12 in
Axialrichtung einer Drehachse D der Ringpresse abgestützt ist.
Die Druckerzeugungsanordnung 12 ist über ein Ritzel 14, das
sich bezogen auf die Blickrichtung in dieser Ausführungsform
im Gegenuhrzeigersinn dreht, angetrieben, wobei die Drehbewegung
des Ritzels 14 über eine
in 2 dargestellte Verzahnung 15 an einem Antriebsring 16 der
Druckerzeugungsanordnung übertragen
wird. Der Antriebsring 16 wird somit in Uhrzeigersinnrichtung
angetrieben und überträgt diesen
Drehsinn auf die weiteren in Umfangsrichtung U beweglichen Elemente
der Druckerzeugungsanordnung 12.
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Entlang
dem Innenumfang des Antriebsrings 16 erstreckt sich ein
Spannring 18, der vermittels Schrauben 20 am Antriebsring 16 befestigt
ist. Der Antriebsring 16 weist bezogen auf die Querschnittsdarstellung
der 2 auf seiner rechten Seite einen sich radial nach
innen erstreckenden Vorsprung 22 auf, durch den die Schrauben 20 hindurchgeführt sind.
Dieser radiale Vorsprung 22 bildet zusammen mit der Grundplatte 10 einen
Aufnahmeraum, in dem ein Laufring 24 und Rollen 26 aufgenommen
sind. In radialer Richtung schließen sich an die Rollen 26 mehrere
Presselemente 28 an, die in Umfangsrichtung nebeneinander
angeordnet sind und sich im Beispiel an ihren radialen äußeren Endbereichen 29 und an
ihren radialen inneren Endbereichen 31 in Umfangsrichtung
berühren
(4, 5).
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An
ihrem radial äußeren Rand 30 weisen
die Presselemente 28 ein regelmäßiges Profil auf, das abwechselnd
radiale Erhebungen 32 und Senkungen 34 umfasst,
was aus der vergrößerten,
perspektivischen Darstellung eines einzelnen Presselements gemäß 5 ersichtlich
ist.
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Die
Presselemente 28 weisen eine langlochförmige Öffnung 36 auf, durch
die ein Führungselement 38 hindurchgeht.
Dieses Führungselement 38 weist
in radialer Richtung eine Länge
auf, die etwas kleiner ist als die Länge des Langlochs 36,
so dass sich die Presselemente 28 in radialer Richtung
relativ zum feststehenden Führungselement 38 bewegen können. Die
Führungselemente 38 liegen
auf ihrer Rückseite
auf der Grundplatte 10 auf und sind mittels einer auf der
Vorderseite des Antriebsrings 16 aufliegenden Abdeckplatte 40 in
axialer Richtung gehalten. Die Abdeckplatte 40 und die
Führungselemente 38 sind
durch gemeinsame Schrauben 42 auf der Grundplatte 10 fixiert,
wobei die Führungselemente zudem
in Vertiefungen aufgenommen sind.
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Die
Presselemente 28 werden durch das Abrollen der Rollen 26 auf
der kontinuierlichen Umfangsbahn 46 in radialer Richtung
R zu einem Dorn 48 bewegt, auf den ein zu bearbeitendes
Werkstück, insbesondere
eine Hülse 50,
aufgeschoben ist. Die Hülse 50 wird
durch die jeweils ein Kreisbogensegment bildenden radialen Innenränder 52 der
Presselemente 28 beaufschlagt und unter Druck gesetzt,
so dass die Hülse 50 zwischen
den Presselementen 28 und dem Dorn 50 in ihre
endgültige
Form gepresst wird. Die dabei durch die Ringpresse erzeugten Drücke sind
sehr hoch und betragen bis etwa 100 Tonnen. Dabei kommt das insbesondere
metallische Hülsenmaterial
in der Regel in den Fließbereich,
so dass eine optimale und präzise
Formgebung ermöglicht
ist.
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Aufgrund
der Profilgebung sind die Presselemente 28 in einer Freigabestellung,
wenn sich die Rollen 26 in einer Senkung 34 befinden.
In dieser Stellung ist zwischen dem Dorn 48 und den radialen Innenrändern 52 der
Presselemente 28 ein ausreichender Abstand gegeben, der
das Zuführen
eines Werkstücks
bzw. das Freigeben eines bereits gepressten Werkstücks 50 ermöglicht.
Wenn die Rollen 26 auf einer Erhebung 32 stehen,
sind die Presselemente 28 in ihre Pressstellung gedrückt, in
der sie eine Hülse 50 konzentrisch
gegen den Dorn 48 pressen.
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Der
Dorn 48 umfasst in seinem Zentrum die Drehachse D der Druckerzeugungsanordnung 12, insbesondere
der sich in Umfangsrichtung bewegenden Elemente Antriebsring 16,
Spannring 18 und Laufring 24. Bevorzugt ist der
Dorn 48 in der Freigabestellung der Presselemente 28 ebenfalls
um die Achse D drehbar zusammen mit der aufgeschobenen Hülse 50.
Hierdurch können
auch diejenigen Bereiche der Hülse
in Form gebracht werden, die in einem ersten Pressschritt in Umfangsrichtung
genau zwischen zwei benachbarten Presselementen 28 liegen.
Es können
somit andere Druckstellen und Nahtstellen überbrückt werden bei mehrfachem Pressen.
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Aus
der 2 ist ersichtlich, dass auf der Rückseite
der Grundplatte 10 ein Elektromotor 54 angebracht
ist, dessen Antriebswelle 56 durch die Grundplatte hindurchgeht
und das Ritzel 14 trägt. Ferner
sind in der Grundplatte Schmiermittelzuführungen 58 ausgebildet, über die
Schmiermittel in den durch Grundplatte 10, Abdeckplatte
bzw. Flansch 40 und Antriebsring 16 gebildeten
Ringpresseninnenraum zugeführt
werden kann.
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Das
zugeführte
Schmiermittel dient bei dieser Ausführungsform auch als Rückstellmittel
für die Presselemente 28.
Wenn diese durch das Abrollen der Rollen 26 über die
Erhebungen 32 in Radialrichtung zur Drehachse D hin unter
Druck gesetzt werden, wird Schmiermittel, das sich in einem zwischen Langloch 36 und
Führungselement 38 gebildeten Zwischenraum
bzw. -kammer 60 befindet, ebenfalls unter Druck gesetzt.
Dieser Hydraulikdruck ermöglicht
es, dass die Presselemente 28 radial nach außen zurückgestellt
werden können,
wenn sich die Rollen 26 in einer Senkung 34 der
kontinuierlichen Umfangsbahn 46 befinden.
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Bezug
nehmend auf die vergrößerte Querschnittsansicht
des bezogen auf die 2 oberen Teils der Druckerzeugungsanordnung
ist aus der 3 ersichtlich, dass der Spannring 18 und
der Laufring 24 konische Kontaktflächen 62 bzw. 64 aufweisen.
Da der Spannring 18 vermittels der Schraube 20 bezüglich des
Laufrings 24 und des Antriebsrings 16 in axialer
Richtung verstellbar ist, kann durch das Zusammenwirken der geneigten
Kontaktflächen 62, 64 eine
Vorspannung auf die Rollen und somit die Presselemente eingestellt
werden. Diese Verstellbarkeit ermöglicht es, radiale Verstellungen
im Bereich bis etwa 0,10 mm vorzunehmen. Der Spannring 18 und
der Laufring 24 bilden im Prinzip ein Keilgetriebe, bei
dem die vom Ritzet 14 auf den Antriebsring 16 übertragenen
Drehbewegungen vermittels Kraftschluss auf die Rollen 26 übertragen
wird.
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In
der 1 sind noch Distanzelemente 66 ersichtlich,
die am Laufring 24 angebracht sind. Diese Distanzstücke 66 halten
die Rollen 26 in gleichem Abstand zueinander und verhindern,
dass sich die Rollen 26 beim Abrollen in Umfangsrichtung
relativ zueinander annähern
bzw. entfernen. Hierdurch wird gewährleistet, dass immer alle
Rollen 26 gleichzeitig auf einer Erhebung 32 oder
in einer Senkung 34 der Umfangsbahn 46 angeordnet
sind, so dass die Presselemente 28 synchron in Radialrichtung
R betätigt werden.
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Bezug
nehmend auf 4 und 5 ist noch
anzufügen,
dass die Erhebungen 32, welche im Ausführungsbeispiel gleiche Steigungen
aus einer Senkung 34 heraus und zu einer Senkung 34 hinab aufweisen,
auch unterschiedlich ausgeführt
sein könnten.
Beispielsweise könnte
eine der Steigungen steiler ausgeführt sein, wenn eine schlagartige Druckzu-
bzw. -abnahme gewünscht
ist. Selbstverständlich
kann eine solche rasche oder langsame Druckzu- bzw. -abnahme auch über die
Drehgeschwindigkeit der Druckerzeugungsanordnung gesteuert sein
mittels einer hier nicht dargestellten und erläuterten Steuereinheit der Ringpresse
bzw. einer die Ringpresse umfassenden Produktionsmaschineneinheit.
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Die
Presselemente 28 weisen zwischen den radial äußeren und
radial inneren Endbereichen 29, 31 eine Aussparung 33 auf,
die zur Aufnahme und Verteilung von Schmiermittel dient. Ferner
werden durch diese Aussparung 33 die Kontaktflächen zwischen
den Presselementen 28 in Umfangsrichtung reduziert.
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Wie
oft ein Werkstück 50 bei
der Bearbeitung unter Druck gesetzt wird, hängt von der Umlaufzahl der
Druckerzeugungsanordnung ab. Beispielsweise führt im gezeigten Ausführungsbeispiel
eine Achteldrehung der Druckerzeugungsanordnung 12 zu einem
dreimaligen Druckbeaufschlagen der Hülse 50, da während einer
solchen Achteldrehung die Rollen 26 über drei Erhebungen 32 abgerollt
werden.
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Es
ist noch anzumerken, dass im Ausführungsbeispiel 24 Rollen 26 und
ebenso viele Erhebungen 32 und Senkungen 34 auf
der Umfangsbahn 30 ausgebildet sind. Dabei befinden sich
auf einem Presselement 28 immer drei vollständige Erhebungen 32 und
zwei dazwischenliegende vollständige Erhebungen 34.
Die übrigen
Senkungen 34' werden jeweils
durch zwei benachbarte Presselemente 28 gebildet, auf denen
jeweils eine halbe Senkung 34' ausgebildet ist. Es ist selbstverständlich möglich, sowohl
die Anzahl Presselemente als auch die Anzahl Rollen und die Anzahl
von Erhebungen und Senkungen auf der Umfangsbahn zu verändern. Wesentlich bei
einer solchen Anpassung ist, dass durch die Abrollbewegung der Rollen über die
Erhebungen und Senkungen der Umfangsbahn die synchrone Betätigung der
Presselemente ermöglicht
ist.