Gewindepressen!
So ungewohnt es klingt, so ist es auch!
Die Idee ist so einfach, dass man sich fragen muss: Warum erst jetzt?
Da das Pressen von Stahl seinen Ursprung in der Befestigungstechnik hat, war es schon von Anfang an der Wunsch die Gewinde zu pressen.
In der Literatur findet man hierzu die unterschiedlichsten Ansätze. Die meisten sind durch die Komplexität der Werkzeuge, der Verfahren oder durch die Mängel an den erzeugten Gewinden nur sehr schwer umsetzbar und konnten sich nicht durchsetzen.
Durchgesetzt hat sich aber der Einsatz von Schließwerkzeugen, um insbesondere Querschnittsreduzierungen in der Mitte von Bauteilen herzustellen, wie beispielsweise an Kugelbolzen.
Die Backen werden um den dünnen Querschnitt geschlossen und das Material in die geschlossenen Backen zu einem dickeren Querschnitt aufgestaucht oder in die Backen eingeformt. Zum Entladen des Bauteils werden die Backen geöffnet.
Beim Pressen von Außengewinden wird ein ähnliches Verfahren angewandt. Der entscheidende Unterschied ist jedoch, dass die Backen beim Schließen das Gewinde formen und der Rohling an den Schließstellen der Backen zuvor so vorgeformt wurde, dass im geschlossenen Zustand kein Material in den Schließspalt der Backen gelangen kann. Siehe Bild 1
Bild 1: Rohlingsform beim Gewindepressen
Dabei kann der Querschnitt des Rohlings aus einem Kreis mit seitlichen Aussparungen gebildet werden. In diesem Fall greifen die Backen mit den Außenseiten zuerst in den Rohling.
Der Querschnitt kann aber auch aus drei Kreisen gebildet werden. In diesem Fall kommen die Backen sofort mit dem nahezu gesamten Innenprofil (Gewindeprofil) in Kontakt.
Diese Rohlingsquerschnitte sind beispielgebend für eine Vielzahl von Möglichkeiten an Rohlingsquerschnitte. Wichtig ist dabei nur, dass kein Material in die Schließstellen der Backen gelangen kann. Im Vergleich zu Querschnittsformen, die im Anschluss gerollt werden, ist der Rohlingsdurchmesser beim Pressen größer als beim Walzen. Der wesentliche Grund hierfür ist, dass das Material beim Pressen auch in die Aussparungen fließt.
Aus diesem Grund wird empfohlen den Rohlingsquerschnitt durch eine Simulation zu ermitteln.
Die Aussparung des Rohlings wird axial am Gewinde sichtbar. Die Schwächung des Spannungsquerschnittes mit ca. 1% -2% ist dabei nahezu vernachlässigbar. Bild 2
Bild 2: Gewindeausformung an einer Backenschließstelle
Es ist damit auch sofort ableitbar, dass das Gewinde eine vom Kreis abweichende Formen haben kann, es kann konisch sein oder mit anderen Formen kombiniert werden.
Das Verfahren bringt somit gegenüber den heute eingesetzten Walzen, Rollen oder Schneiden völlig neue Möglichkeiten der Gestaltung. In Bild 3 sind einige Ideen zur Gestaltung zusammengestellt.
Bild 3: Varianten gepressten Gewinden
Gewindegänge können ähnlich einer Zahnscheibe ausgebildet sein, um selbsthemmend zu wirken, sie können geschwungen wie eine Feder ausgebildet sein, um Spielfreiheit herzustellen, sie können ihre Form ändern und damit auch von spitz zu rund übergehen, um ein schräges Einschrauben zu ermöglichen. Das Gewinde muss nicht zylindrisch sein, der Querschnitt kann polygon sein, wie es für selbstschneidente Gewinde erforderlich ist und vieles mehr.
Ein sehr großer Unterschied gegenüber dem Walzen ist die Ausbildung der Gewindespitze. Bild 4. Die Gewindespitzen sind immer verrundet und bilden keine Schließfalte. Damit ist auch an unausgewalzen Profilen keine Verletzungsgefahr vorhanden, die Gewinde sind sehr viel weniger schlagempfindlich und sind an den Spitzen somit auch besser für Beschichtungen geeignet.
Bild 4: Gegenüberstellung gepresster mit Gewalzten Gewinden
Es sind auch Kombinationen von mehreren Gewinden öder Gewinden mit Rändel oder Verzahnungen möglich. Bei Rändel oder Verzahnungen werden beim Einsatz von zum Beispiel 3 Backen 3 Zähne oder Zahnspitzen frei ausgebildet. Bild 5
Bild 5: Gepresste Rändel
Neben dem Pressen von Außengewinden auf massive Bauteile, kann mit einem ähnlichen Verfahren auch Gewinde auf hohle Bauteile gepresst werden.
Bei diesem Verfahren wird mit einem Dorn das Material von innen in die geschlossenen Backen gepresst.
Bild 6
Bild 6: Gewindepressen auf hohle Bauteile
Anders als beim Pressen auf massive Bauteile ist keine wie im Bild 1 erforderliche Vorform notwendig. Aus unterschiedlichen Gründen sind aber auch Kombinationen in der Vorform hilfreich.
Bild 7 Rohlingsvarianten zum pressen von hohlen Bauteilen
Da die Herstellung von Gewinden an hohlen Bauteilen eine besondere Herausforderung darstellt, ist bei diesen Anwendungen mit einer außerordentlichen Kostensenkung zu rechnen.
Viele hohle Bauteile werden heute auf Grund des Gewindes noch spanend hergestellt.
Durch die Möglichkeit das Gewinde pressen zu können, bietet sich nicht nur ein kostengünstigerer Arbeitsgang an, sondern es wird jetzt das gesamte Bauteil “pressbar”, was zu einem bedeutend geringerem Materialverbrauch bei wesentlich höherer Ausbringung führt.
Da sich die Verfahren insbesondere gegenüber dem Walzen grundlegend unterscheiden, sind natürlich auch die bekannten Einschränkungen nicht in der Weise oder überhaut nicht relevant.
Durch die Möglichkeit die Bauteile in der Längung zu begrenzen, wird ein 3-axiger Spannungszustand erzeugt, was die Umformung von schwer umformbaren Materialien ermöglicht.
Es ist auch nicht erforderlich, dass das Material über den gesamten Umfang geschlossen ist. Im Bild 8 sind zwei Varianten ein und derselben Anwendung gezeigt.
Bild 8: Beispiele von hohlen Bauteilen
Im Bild 9 ist eine Auswahl von Querschnitten abgebildet. Dabei sind teilweise die beiden Grundprinzipien miteinander kombiniert.
Bild 9: Bauteilquerschnitte
Im Bild 10 ist das Funktionsprinzip einer Gewindepressstufe für ein massives Bauteil dargestellt.
Als Besonderheit wird eine Hülse verwendet, die die Gewindebacken trägt. Zum Schließen der Backen wird die Hülse mit den Backen entlang einer äußeren Führung bewegt. Da sich die Hülse, die das Bauteil trägt, mit bewegt wird, wird ein Festanschlag zur Begrenzung der Längung des Bauteils mit bewegt.
Bild 10: Stadien einer Gewindepressstufe
Die Anwendungen sind außerordentlich vielfältig. Folgend sind einige Fälle genannt, die die Anwendung des Verfahrens besonders empfiehlt.
1. Auf der Presse ist eine Stufe frei, um das Gewinde zu pressen.
2. Kopflastige Bauteile
3. Es sind mehrere Profile (Gewinde/Rändel…) herzustellen.
4. Das Gewinde/Profil muss unmittelbar hinter dem Bund/Kopf beginnen
5. Das Bauteil ist dünnwandig, hohl.
6. Der Gewindeanfang muss definiert starten.
7. Dem Gewinde kann durch seine Gestalt Zusatzfunktionen übertragen werden
konisch, polygon, spitz, Modifikation der Gewindegänge,…
8. Es sind runde Gewindespitzen erforderlich, ohne Walzfalte
9. Die axiale Aussparung wird zur Reinigung des Mutterngewindes genutzt
10. Die axiale Aussparung wird zur Ableitung von Luft, Öl oder anderen Medien
genutzt
