Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur spanlosen Herstellung eines Außengewindes auf Werkstücken aus Metall zur Verwendung als stabiles Verbindungs- oder Befestigungselement, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. Zur Herstellung von Außengewinden auf metallischen Werkstücken sind zwei klassische Verfahrensarten bekannt, die in Abhängigkeit von der Größe des Gewindes, der Gestalt des Werkstückes und/oder der Härte des metallischen Werkstoffes in der Praxis Anwendung finden, das Walzen bzw. Rollen oder Schneiden von Gewinden.

Beim Walzen bzw. Rollen werden Maschinen mit zwei oder drei angetriebenen Rundrollen oder sich zueinander bewegenden Flachbacken (Parallelbacken) eingesetzt. Das Gewinde kann auch mittels in Drehmaschinen eingespannten Rollköpfen erzeugt werden, wobei das Werkstück angetrieben wird.

Das Kaltwalzen von Gewinde auf dünnwandigen Hohlteilen mittels eines Profilwalzwerk- zeuges ist z. B. aus der DE 195 36 817 A1 bekannt.

Das Walzen oder Rollen von Außengewinde auf hohlzylindrischen Werkstücken aus Metall hat als Massenfertigung in der Praxis die größte Bedeutung erlangt. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass die hohlzylindrischen Werkstücke eine ausreichende Wanddicke aufweisen. Die Wanddicke sollte beim Gewindewalzen auf Zweirollenwalzmaschinen mindestens ca. 1/5 des Außendurchmessers/Wandstärke und auf Dreirollenwalzmaschi- nen ca. 1/8 des Außendurchmessers/Wandstärke betragen.

Liegt das Verhältnis unter diesem Wert, so lässt sich das Gewinde nur durch eine spanende Bearbeitung herstellen oder mittels Rollköpfen auf Drehmaschinen. Das Herstellen der Gewinde auf Mehrspindeldreh- oder Gewindeschneidautomaten ist jedoch material- und zeitaufwendiger als bei einer umformtechnischen Herstellung.

Bei der Herstellung von Außengewinden durch spanabhebende Formgebung auf Drehautomaten mittels Drehmeißel lässt sich keine pressblanke kaltverfestigte Oberfläche erzielen.

Aus der EP 2 156 909 A2 ist zur Herstellung von Schrauben oder Gewindebolzen aus metallischem Vollmaterial bekannt, dass in einer ersten Pressstufe in einen vorgefertigten Rohling mehrere in axialer Richtung verlaufende Ausnehmungen in einem festgelegten radialen Abstand eingeformt werden. In einer zweiten Pressstufe wird der vorgefertigte Rohling in ein mehrteiliges Backenwerkzeug mit einer die Außenkontur bildenden Innen- profilierung eingelegt, derart dass sich an den Stellen, wo die Pressbacken geöffnet sind, die Ausnehmungen befinden. Durch Schließen der Backen wird mittels radialer Krafteinwirkung auf den schaftförmigen Abschnitt des Rohlings eine radiale Außenkontur ge- presst.

Aus der WO2010/0307551 A2 ist ein Verfahren zur spanlosen Herstellung eines Außengewindes auf hohlförmigen Werkstücken aus Metall bekannt, wobei innerhalb einer Mehrstufenpresse mit einem verschiebbaren Schlitten und einer stationären Werkzeugträgereinheit als Ausgangsmaterial Draht oder Stangenmaterial zugeführt und stufenweise zu einem fertigen hohlförmigen Rohling umgeformt wird. In einer weiteren Stufe wird der vorgefertigte hohlförmige Rohling in ein mehrteiliges Backenwerkzeug mit einem Formhohlraum, dessen Innenwandung mit einer als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung versehen ist, eingelegt und im geschlossenen Zustand des Backenwerkzeuges in die zentrale Öffnung des Rohlings mindestens ein Dorn eingeführt und dabei der Rohling mittels des Domes aufgeweitet wird, wobei die Konturen der Gewindeprofilierung durch einen radialen Materialfluss ausgefüllt werden.

Bei beiden vorgenannten Pressverfahren sind alle Backen des Backenwerkzeuges zustellbar und mit einer als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung versehen.

Um zu verhindern, dass während des Press- oder Aufweitvorganges Material zwischen die Backen gelangen kann, wird ein Rohling eingesetzt, der an den Stellen, wo die Backen des Backenwerkzeuges zusammentreffen, in Längsrichtung verlaufende schmale Einbuchtungen oder Ausnehmungen aufweist.

Bezogen auf die jeweilige Baugröße des Werkstückes lassen sich die Ausnehmungen in ihrer Größe nur unwesentlich verändern. Dadurch ist die Gestaltungsfreiheit beim Gewindepressen zur Herstellung einschraubbarer Verbindungs- oder Befestigungselemente mit Unterbrechungen des Gewindes bzw. gewindefreien Bereichen, wie sie beispielsweise zur Durchleitung von Medien oder zum Einleiten von Drehmomenten mittels Schraubenschlüssel erforderlich sind, stark eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur spanlosen Herstellung eines Außengewindes auf Werkstücken aus Metall zu schaffen, das beim Gewindepressen unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich der Ausführung der Werkstücke ermöglicht und innerhalb einer Mehrstufenpresse einsetzbar ist.

Ferner soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitgestellt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahrensweise sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 9. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist Ge- genstand des Anspruchs 10. Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 1 1 bis 13 angegeben.

Die vorgeschlagene Verfahrensweise ist zur Herstellung eines Außengewindes auf massiven oder hohlförmigen Werkstücken aus Metall durch einen Pressvorgang oder durch Aufweiten eines hohlförmigen Rohlings mittels eines Domes vorgesehen. Unter den Begriff Gewindepressen fällt auch das sogenannte„Aufweiten".

Die erfindungsgemäß hergestellten Formteile mit Außengewinde werden als stabile Ver- bindungs- oder Befestigungselemente eingesetzt. Hierbei kann es sich um Schrauben, Wellen, Fittings, Gehäusebauteile oder dgl. handeln.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung unterschiedlicher Ausführungen an Befesti- gungs- oder Verbindungsmitteln in besonders wirtschaftlicher Weise mittels Gewindepressen.

Das zum„Pressen" oder„Aufweiten" eingesetzte Backenwerkzeug besitzt mindestens zwei zustellbare Backen mit einer bogenförmigen Innenwandung mit einer als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung und mindestens eine feststehende oder bewegliche Backe mit einer gewindeprofilfreien Innenwandung. Diese Backe oder Backen ohne Gewindeprofilierung übernehmen verfahrenstechnisch die Funktion einer Führung oder AbStützung, einerseits für den Rohling und andererseits für die angrenzenden zustellbaren Backen.

Über die gewindefreien Backen kann erforderlichenfalls noch eine Presskraft erzeugt werden, um auf die gewindefreie Fläche des Rohlings eine Profilierung, Prägung, Kennzeichnung oder Signierung aufzubringen, oder eine funktionsbedingte Verformung zu erzeugen, wie z.B. ein Kanal bei Ölablassschrauben.

Erforderlichenfalls kann die Innenwandung dieser Backen die Innenwandung der anderen zustellbaren Backen in Zustellrichtung überragen.

Wenn das Außengewinde auf einem massiven Rohling erzeugt werden soll, so wird ein vorgeformter Rohling eingesetzt, der einen nach innen gerichteten, verformten Abschnitt, z.B. in Form einer Abflachung, aufweist. Zusätzlich besitzt der Rohling an den Stellen, wo die Backen des Backenwerkzeuges zusammentreffen, in Längsrichtung verlaufende, schmale Einbuchtungen oder Ausnehmungen, die unbedingt vorhanden sein müssen. Der Rohling wird im geöffneten Backenwerkzeug so positioniert, dass die Ausnehmungen genau in der Trennebene der Backen liegen und der verformte Abschnitt sich genau im Wirkungsbereich der gewindefreien Backe befindet. Während der Schließbewegung des Backenwerkzeuges gelangt die Innenwandung dieser Backe in Kontakt mit dem verformten Abschnitt des Rohlings. Sie liegt entweder an, wenn die Verformung beispielsweise eine gerade Abflachung ist, oder greift in diese ein, wenn es sich um eine Vertiefung handelt.

Im weiteren Verlauf der Schließbewegung werden aufgrund der unter Kraftein Wirkung zustellbaren Backen auf der Außenwand bzw. Mantelfläche des Rohlings mindestens ein oder mehrere Gewindeabschnitte gepresst. In Längsrichtung verlaufende Gewindeabschnitte sind durch die im Rohling eingeformten Ausnehmungen unterbrochen.

Bei Einsatz von hohlformigen Werkstücken unterscheidet sich die Verfahrensweise nur dadurch von der vorstehend beschriebenen, dass in den hohlformigen Rohling ein nicht verformbares Stützelement eingeschoben wird, das an der Innenwandung des Rohlings, zumindest im Pressbereich, anliegt. Das Stützelement kann als massives Teil ausgeführt sein, das den Hohlraum ausfüllt, oder auch als rohrförmiges Teil. In seiner Geometrie muss es jedoch so ausgeführt sein, dass es passgenau in den Hohlraum des vorgeformten Rohlings einschiebbar ist.

In analoger Weise werden über die Schließbewegung der zustellbaren Backen auf der Außenwand bzw. Mantelfläche des Rohlings mindestens ein oder mehrere Gewindeabschnitte gepresst.

Wird das Außengewinde des hohlformigen Werkstücks durch ein sogenanntes Aufweiten erzeugt, so wird das Backenwerkzeug vor oder nach dem Einführen bzw. Einlegen des vorgeformten Rohlings geschlossen und der Rohling gegen ein axiales Verschieben gesichert.

Der vorgeformte Rohling muss wieder so positioniert werden, wie eingangs bereits erwähnt. Unter Krafteinwirkung wird in den Rohling ein Aufweitdorn eingeschoben, um durch einen Materialfluss die als Negativ ausgeführte Gewindeprofilierung an der Innenwand der zustellbaren Backen auszufüllen und so das entsprechende Außengewinde zu erzeugen.

Der verformte Abschnitt des Rohlings, der gewindefrei beiben soll, kann als gerade verlaufende Fläche oder Abflachung ausgeführt sein und sich über die gesamte Länge oder nur einen Abschnitt des Rohlings erstrecken. Der Rohling kann durch Tiefziehen oder andere Stauch- und/oder Fließpressstufen vorgeformt werden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf Rohlinge mit geometrisch unterschiedliche Querschnittsformen, wie z.B. Dreieck, Viereck, Sechseck oder Kombinationen von gerade, schräg und bogenförmig verlaufenden Abschnitten, mittels Gewindepressen ein Außengewinde nur auf bestimmten Flächen aufgebracht werden kann.

Der Rohling kann z.B. in einer Vorformstufe zu einer Querschnittsform mit zwei gegenüberliegenden bogenförmigen Abschnitten und zwei gegenüberliegenden geraden oder abgeflachten Abschnitten umgeformt werden, wobei nur auf den bogenförmigen Abschnitten ein Außengewinde erzeugt wird.

Die zustellbaren Backen zur Erzeugung des Außengewindes können nebeneinander oder gegenüberliegend zueinander angeordnet sein. Die Bewegung der Backen kann in axialer und/oder radialer Richtung erfolgen.

Bei einer beweglichen Anordnung der gewindeprofilfreien Backen werden diese synchron mit den anderen Backen bewegt. Die gewindeprofilfreie Backe kann als feststehendes Bauteil Bestandteil der Matrize bzw. Backenführung sein.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht mindestens aus einem Backenwerkzeug mit mehreren beweglichen Backen, die in einer ringförmigen Führung auf keilförmigen Führungsflächen geführt und in axialer und/oder radialer Richtung bewegbar sind. Mindestens zwei Backen besitzen eine bogenförmige Innenwandung mit einer als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung. Mindestens eine weitere feststehende oder bewegliche Backe besitzt eine gewindeprofilfreie Innenwandung. Bei einer beweglichen Ausführung dieser Backe liegt diese am Rohling an und ist hauptsächlich in axialer Richtung verschiebbar. Die Backenführung ist von einem Armierungsring umgeben.

Alle beweglichen Backen sind von einer Offenstellung in eine Schließstellung und umgekehrt bewegbar und liegen in Schließstellung am Rohling an. Zwischen Backenführung und Backen findet eine Relativbewegung statt.

Bei einem hohlförmigen Rohling kommt z.B. ein unter Kraftein Wirkung stehender Aufweitdorn zum Einsatz, der mindestens nur an den Stellen, wo sich eine als Negativ ausgebildete Gewindeprofilierung befindet, einen Aufweitvorgang auslöst.

Wenn das Gewinde von außen aufgepresst werden soll, ist ein axial bewegliches, in den hohlförmigen Rohling einführbares, nicht verformbares Stützelement vorgesehen, das im eingeschobenen Zustand an der Innenwandung des Rohlings anliegt.

Alle Umformvorgänge für den Rohling und das Gewindepressen können innerhalb einer Mehrstufenpresse durchgeführt werden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 die einzelnen Verfahrensstufen a), b) und c) zur erfindungsgemäßen Herstellung einer massiven Schraube, in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 1 , Abb. a) und Abb. b) in vergrößerter

Darstellung,

Fig. 3 die einzelnen Verfahrensstufen a), b), c) und d) zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Hohlteils mit Außengewinde, in vereinfachter Darstellung, Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 3, Abb. b) und Abb. c) in vergrößerter Darstellung,

Fig. 5 die einzelnen Verfahrensstufen a), b) und c) zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Hohlteils mit Außengewinde mittels Aufweitdorn, in vereinfachter Darstellung,

Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 5, Abb. a) und Abb. b) in vergrößerter Darstellung,

Fig. 7 eine weitere Ausführung eines Backenwerkzeuges mit vier beweglichen Backen, als Querschnittdarstellung, und

Fig. 8 eine weitere Ausführung eines Backenwerkzeuges mit zwei beweglichen Backen und einer feststehenden bzw. ortsfesten Backe, als Querschnittdarstellung.

Die Verfahrensstufen a), b) und c) zum Pressen eines Außengewindes auf einen aus Vollmaterial bestehenden massiven Rohling 1 sind in Fig. 1 gezeigt.

Die zugehörige Schnittdarstellung gemäß der Linie A-A zu Stufe a) und b) ist in Fig. 2 zu sehen. Der vorgeformte Rohling 1 wird in ein geöffnetes Backenwerkzeug eingelegt, das aus zwei axial und radial verschiebbaren Backen 4 mit jeweils einer bogenförmigen Innenwandung mit einer als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung 6 besteht. Oberhalb des Backenwerkzeuges ist ein stationäres Matrizenoberteil 2 angeordnet.

Die beiden Backen 4 sind unmittelbar nebeneinander angeordnet. Die dritte Backe 5 besitzt eine glatte Innenwandung ohne Gewindeprofilierung und ist im Wesentlichen nur axial verschiebbar. Die Backen 4 und 5 sind in einer Backenführung 3, die von einem nicht näher gezeigten Armierungsring umgeben ist, beweglich angeordnet. Die radiale und axiale Zustellung der Backen 4 erfolgt über keilförmige Führungsflächen, wie in Fig. 1 deutlich zu sehen. Die Querschnittsform des unteren Abschnittes des Rohlings 1 ist in Fig. 2, Abb. a) zusehen. Der Rohling 1 besitzt drei in Längsrichtung verlaufende schmale Einbuchtungen bzw. Ausnehmungen 7, die sich an den Stellen befinden, wo die Backen 4, 5 zusammentreffen. Diese sind nur in Fig. 2 zu sehen.

Der Schließvorgang für die Backen 4, 5 des Backenwerkzeuges wird durch eine entsprechend hohe Krafteinwirkung auf die Backenführung 3 ausgelöst. Diese Ausführungsmöglichkeit ist in der Zeichnung dargestellt. Die Zustellkraft für die Bewegung der Backen kann auch über die Backen erfolgen, in diesem Fall bleibt die Backenführung in ihrer Position. Im praktischen Einsatz wird diese Ausführung bevorzugt.

Die beiden Backen 4 mit einer als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung werden radial zugestellt und bewirken die Ausbildung des Gewindes auf dem Schaft des Rohlings 1 , wie in den Abbildungen b) in Fig. 1 und 2 zu sehen. Die gewindefreie Backe 5 verändert ihre Lage nicht. Oer Schaft des Rohlings bzw. der noch unfertigen Schraube, besitzt einen Gewindeabschnitt, über einen Umfang von ca. 250° und einen abgeflachten Abschnitt (Fig. 2, Abb. b».

Nach dem Öffnen bzw. Auseinanderfahren der Backen 4 wird das Formteil 1 mit Außengewinde aus dem Werkzeug entfernt. (Fig. 1, Abb. c)).

Der Kopf des Formteils bzw. der Schraube kann dann nachträglich in weiteren an sich bekannten Umformstufen noch zu seiner endgültigen Form umgeformt werden.

In den Figuren 3 und 4 ist das Pressen eines Außengewindes auf den Schaft eines hohl- förmigen Teils gezeigt.

Der Aufbau des Werkzeuges ist analog wie vorstehend erläutert. Der durch Tiefziehen oder Fließpressen vorgeformte Rohling 11 besitzt einen hohlen Schaft und einen ringförmigen Bund 20 und wird in das Backenwerkzeug mit den Backen 14 und 15 eingelegt (Abb. a)), die in der Backenfü rung 13 beweglich geführt sind. Zusätzlich ist noch ein beweglicher Stempel 18 angeordnet, der in dem Matrizenoberteil 12 geführt ist. Oer Stempel 18 wird nach unten bewegt und bleibt in dieser Lage (Abb. b)). Das Backenwerkzeug ist noch geöffnet.

Wie in Abb. c) gezeigt wird das Backenwerkzeug geschlossen, wobei die als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierurtgen 16 der Backen 14 in den Schaft des Rohlings 11 die Gewindeabschnitte pressen. Der untere, in den Schaft des Rohlings ragende Teil des Stempels 18 dient als Stützelement.

Ansonsten treffen auf dieses Beispiel auch die zu den Figuren 1 und 2 gemachten Ausführungen zu. Der hohlförmige Schaft des Rohlings 11 besitzt ebenfalls drei in Längsrichtung verlaufende schmale Einbuchtungen bzw. Ausnehmungen 17.

In den Figuren 5 und 6 ist die Herstellung des Außengewindes mittels eines Aufweitdor- nes 28 gezeigt. Der Rohling 21 besitzt einen hohlen Schaft und einen ringförmigen Bund 30 und wird in das Backenwerkzeug mit den Backen 24 und 25 eingelegt und dieses geschlossen (Abb. a». Der Aufbau des Backenwerkzeuges entspricht der vorher beschriebenen Ausführung. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Backen 24, 25 im geschlossenen Zustand mit dem Schaft des Rohlings 21 in Berührungskontakt stehen. Zum Gewindepressen wird der Stempel mit dem Aufweitdorn 28 in den hohlförmigen Schaft gepresst und dadurch das Außengewinde geformt (Abb. b)). In Abb. c) ist die abschließende Entformung gezeigt.

In den vorgenannten Figuren sind gleiche Bauteile mit der gleichen Endziffer gekennzeichnet, analog der Kennzeichnung in Rg. 1 und 2, wobei 22 das Matrizenoberteil, 23 die Backenführung, 26 die Gewendeprofilterung der Backen und 27 die Einbuchtungen bzw. Ausnehmungen im Schaft des Rohlings bedeuten. In Fig. 7 ist ein Backenwerkzeug gezeigt, das vier bewegliche Backen 34 und 35 besitzt, die jeweils gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Die bogenförmige Innenwandung der beiden Backen 34 ist mit einer als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung versehen. Die beiden anderen Backen 35 sind gewindefrei. Der Rohling 31 besitzt zwei gegenüberliegende bogenförmige Abschnitte und zwei gegenüberliegende abgeflachte gerade Abschnitte, die bezogen auf die Kreisform, nach innen gerichtet sind.

Auf die bogenförmigen Abschnitte wird durch die Schließ- und Pressbewegung der Backen 34 das Außengewinde geformt, wobei der Pressbereich durch ein In den Hohlraum eingeschobenes Stützelement 38 abgesichert ist das in der Abbildung nicht näher zu sehen ist. Die Herstellung erfolgt analog wie zu Fig. 3 erläutert.

Um die Backenführung 33 ist eine ringförmige Armierung 39 angeordnet, da beim Gewindepressen vergleichsweise hohe Kräfte auftreten.

Der Rohling hat an den Stellen, wo die Backen 34, 35 des Backenwerkzeuges zusammentreffen, in Längsrichtung verlaufende schmale Einbuchtungen bzw. Ausnehmungen 37. Die vier Ausnehmungen sind im Querschnitt bogenförmig.

Der vordere ebene Abschnitt der Backen 35 liegt während der Schließbewegung des Backenwerkzeuges an der jeweiligen abgeflachten Seite des Rohlings 31 an.

Die in Fig. 8 gezeigte Ausführung entspricht an sich der in Fig. 2 gezeigten Schnittdarstellung, lediglich mit dem Unterschied, dass nur die beiden Backen 44 mit einer als Negativ ausgebildeten Gewindeprofilierung beweglich angeordnet sind. Die dritte, gewindefreie Backe ist als ortsfest angeordnetes Bauteil Bestandteil der Backenführung 43. Die Abbildung a) zeigt das Backenwerkzeug im geöffneten und die Abbildung b) im geschlossenen Zustand. Der Rohling 41 besitzt ebenfalls drei Ausnehmungen 47. Die Rohlinge und hergestellten Formteile mit Außengewinde entsprechen denen gemäß der Figuren 1 und 2.