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Spiralpressen


So ungewohnt es klingt, so ist es auch!

Die Idee ist so einfach, dass man sich fragen muss: Warum erst jetzt?
Bild 1: Links oben: Helix aus massiven Körper, links Mitte: 4gg Spirale umgeformt in 2 Stufen, links unten: Helix aus hohlem Körper, rechts: 2gg Spirale hergestellt in einer Stufe
Möglichkeiten die Spirale durch Umformen herzustellen sind allgemein bekannt. Man kann das Profil rollen, längs walzen oder auch durch Verdrillen herstellen.

Handelt es sich um Hammerbohrer, bei denen die Rohlinge vorzugsweise gepresst werden, ist die Herstellung der Spirale immer ein weiterer Arbeitsgang. In diesem Fall liegt es nahe, die Spirale bereits in oder auf der Presse zu erzeugen.

Aus der Erfahrung mit dem Einsatz von Schließwerkzeugen in Mehrstufenpressen und insbesondere des  erfolgreichen  Einsatzes von Schließwerkzeugen zur Herstellung von Außengewinden, war die Entwicklung eines Verfahrens zum Pressen von Spiralen  konsequent.

Die Backen mit dem Spiralprofil werden bei diesem Verfahren geschlossen und der Rohling in einer Art Strangpressverfahren hindurchgepresst, siehe Bild 2 links.
Nach Ende des Pressvorganges werden die Backen zum Entladen geöffnet und der Rohling ausgestoßen.
Bild 2: Links: Wirkprinzip, Rechts: Backenkonzept
Das Backenwerkzeug hat dabei in der Regel nicht die volle Länge der herzustellenden Spirale sondern ist im Verhältnis relativ kurz.
Es ist selbst nicht erforderlich, eine komplette Windung abzubilden, da der Umformvorgang nur im Einlaufbereich abläuft und jeder weitere Abschnitt lediglich als Richtvorgang anzusehen ist.

Dabei ist es zunächst unbedeutend, ob das Profil zwei-, drei- oder viergängig ist.
Das Verfahren wird begünstigt, wenn im Kern und im Außenbereich der Spiralen gleiche Fließgeschwindigkeiten entstehen. Dies ist durch die Querschnittsform beeinflussbar. Im Bild 3 sind die unterschiedlichen Querschnittsverhältnisse an einem zweigängigen Spiralprofil dargestellt. Die Form B hat gleichmäßige Fließgeschwindigkeiten und benötigt im Verhältnis zu A und C auch eine wesentlich geringere Kraft.
Bild 3: Querschnittsformen von Spiralen
Es ist auch möglich, Profile mit einem geraden Kopf zur besseren Aufnahme des Schneidematerials bei Bohrern herzustellen. Hierbei wird in einem vorgelagerten Fließpressvorgang eine Profilkombination von Spirale und geradem Kopfstück erzeugt.
Der Spiralabschnitt ist dabei mindestens so lang, dass er in der folgenden Spiralpressstufe in ein Backenwerkzeug geladen werden kann. Das gerade Kopfstück wird in der Spiralpressstufe nicht mehr umschlossen.

Ein sehr großer Unterschied gegenüber dem Walzen ist die Ausbildung des Außenprofils, siehe Bild 4.
Die Profile zeigen im Vergleich zum Rollen nicht die gewohnte Schließfalte. Damit können insbesondere an den Anschlussprofilen zur Spirale geformte Übergange erzeugt werden.

Bild 4: Gegenüberstellung gepresster und gewalzten Profile
Im Vergleich zum Walzen sind jetzt auch Profile möglich, die durch abrollen nicht herstellbar sind.
Gegenüber der spanabhebenden Herstellung wird zum einen Material gespart, aber insbesondere Bearbeitungszeit. Dies wird umso wirksamer, um so mehr Gänge das Profil aufweist.

Die verfahrenstechnischen Grenzen sind einerseits in der Umformbarkeit des Materials zu suchen, andererseits in der erforderlichen Presskraft und damit in der Standmenge insbesondere der Presstempel. Hier besteht jedoch ein hoher Spielraum in der Gestalt des Querschnittes und natürlich in der Länge des Backenwerkzeuges.

Bild 5: Backenkonzept für Helix
Wird die Austrittsöffnung der Backenwerkzeuge exzentrisch angeordnet, entstehen die bekannten Helix- oder Korkenzieherprofile. Das Werkzeugprinzip ist in Bild 5 dargestellt.
Bauteilebeispiele in Bild 1 links oben und unten.

Mögliche Anwendungen für Helix sind vielfältig. Denkbar sind Schrauben für halbstarre Materialen, Anker oder Dübel.

Beide Prinzipien „Spirale“ und „Helix“ benötigen Backenwerkzeuge. Oftmals werden die maschinentechnischen Voraussetzungen zum unterbringen der Schließkräfte schnell zum Limit diese Verfahren anzu-wenden.
In diesen Fällen und auch in den Fällen, bei denen die Stempelbelastung grenzwertig wird,  bietet sich an, in zwei Stufen vorzugehen.
In der ersten  Umformstufe  wird ein gerades Profil durch Fließpressen erzeugt und in der Folgestufe wird dieses Profil verdreht/spiralisiert.

In dieser Stadienfolge reduziert sich die Schließkraft auf ca. 30% und die Stempelbelastung um ca. 30%.
In Bild 1 Mitte links ist ein Bauteil dargestellt, dass nach dieser Stadienfolge gepresst wurde.