DE19845226C2 - Rollwerkzeug - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einebnung von Oberflächenrauhigkeiten auf einer Bohrungsoberfläche mit einer An­ triegswelle zum Einführen in eine Bohrung und einer an einem Einführ­ ende der Antriebswelle angeordneten, mehrere Rollen aufweisenden Rolleneinrichtung, die auf einer Rollenabstützeinrichtung derart angeord­ net ist, daß bei einer Drehung der Welle die Rollen der Rolleneinrichtung zumindest teilweise auf der Rollenabstützeinrichtung abrollen, wobei die Rollenabstützeinrichtung aus einer unter dem Druck der Rollen elastisch verformbaren Hülse gebildet ist, die auf einem mit der Antriebswelle drehfest verbundenen Lagerzapfen angeordnet ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art ist das Einführende der Antriebswelle mit einer einen Außenkegel und einen Innenkegel umfassenden Kegelanordnung versehen, wobei der Innenkegel unter Ausbildung eines Kegelsitzes in den Außenkegel eingreift und durch ein Einpressen des Innenkegels in den Außenkegel eine Aufweitung des Außenkegels ermöglicht. Hierdurch werden entsprechend der Auf­ weitung des Außenkegels Rollen einer koaxial zur Antriebswelle ange­ ordneten Rolleneinrichtung radial nach außen verschoben.

Ein typischer Einsatzbereich der vorgenannten bekannten Vorrichtung ist das Rollen von Bohrungsoberflächen in Schubführungen für Stößel. Hierzu wird die Vorrichtung mit ihrem Einführende in die betreffende Bohrung bzw. Schubführung eingeführt und die Bohrungsoberfläche, die infolge des vorhergehenden Bohrvorgangs mit Oberflächenrauhigkeiten versehen ist, wird mit der Rolleinrichtung derart beaufschlagt, daß die Rollen der Rolleinrichtung unter vorgegebenem Anpreßdruck auf der Bohrungsoberfläche abrollen, wobei diesem Vorgang zur Beaufschlagung der gesamten Bohrungsoberfläche noch eine Vorschubbewegung überla­ gert wird. Der Antrieb der Vorrichtung erfolgt über ein Antriebsaggregat, das mit einer geeigneten Werkzeugaufnahme versehen ist und das Ein­ spannende der Antriebswelle aufnimmt.

Bei der bekannten Vorrichtung wird die für die Rollbearbeitung notwen­ dige Anpreßkraft der Rollen über eine entsprechend axiale Verspannung der Kegelanorndung und damit verbundene Aufweitung des Außenkegels erreicht. Hierzu ist an der Vorrichtung eine Stelleinrichtung vorgesehen, die eine Aufweitung des Außenkegels und damit eine radiale Aufweitung der Rolleneinrichtung im Mikrometerbereich ermöglicht. Zur Bearbeitung der Bohrungsoberfläche wird das Einführende mit dem mittels der Stel­ leinrichtung auf das Bohrungsnennmaß eingestellten Abrollradius der Rolleinrichtung in die zu bearbeitende Bohrung eingeführt.

Aufgrund der bedingt durch die ineinandergreifende Kegelanordnung sehr steif ausgebildeten Rolleneinrichtung erweist es sich als notwendig, einen möglichst genauen Rundlauf der rotierenden Rolleneinrichtung im Be­ trieb sicher zu stellen, so daß für die Aufnahme des Antriebsendes der Antriebswelle in die Spannaufnahme des Antriebsaggregates eine ent­ sprechend genaue Wellen-Naben-Verbindung vorzusehen ist. In der Praxis wird dies dadurch gelöst, daß das Antriebsende der Antriebswelle als Werkzeugkegel ausgebildet ist.

Ein weiteres Rollwerkzeug ist aus der japanischen Schrift JP 07-100 757 A bekannt. Bei diesem Rollwerkzeug stützen sich die Rollen auf einer elastisch verformbaren Abstützeinrichtung ab, welche fest mit einem Lagerzapfen der Antriebswelle verbunden ist. Bei dieser Vorrichtung wird die Verformbarkeit der Rolleneinrichtung durch die elastischen Eigenschaften des für die Abstützeinrichtung verwendeten Materials bestimmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Rollwerkzeug vorzuschlagen, bei dem die Rollenabstützeinrichtung einen großen Verformungsweg ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Rollenabstützeinrichtung auf, die aus einer unter dem Druck der Rollen verformbaren Hülse gebil­ det ist. Die Hülse ist dabei mit axialem und radialem Spiel auf dem Lagerzapfen angeordnet, so daß für die Rollen ein großer Verformungs­ weg gewährleistet ist.

Die Verwendung einer derartigen Rollenabstützeinrichtung ermöglicht es einerseits, das Antriebsende der Antriebswelle mit einem konstanten Querschnitt zu versehen, da aufgrund der Nachgiebigkeit der Rollenab­ stützeinrichtung durch die Wellen-Naben-Verbindung in der Spannauf­ nahme des Antriebsaggregats verursachte Rundlauffehler leicht kompen­ siert werden können. Hierdurch ergibt sich schon für die Antriebswelle eine wesentlich kostengünstigere Herstellungsmöglichkeit.

Andererseits ermöglicht die elastisch verformbare Rollenabstützung eine Bearbeitung der Bohrungsoberfläche in einem Bearbeitungsschritt, da durch die Nachgiebigkeit der Rollenabstützeinrichtung verhindert wird, daß die plastischen Verformungskräfte zu groß werden. Darüber hinaus entfällt die bei der bekannten Vorrichtung zum Einsatz kommende Stel­ leinrichtung und der mit der Bedienung der Stelleinrichtung verbundene aufwendige Einstellvorgang, da es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgrund der elastischen Nachgiebigkeit der Rollenabstütz­ einrichtung um ein sich quasi selbst nachstellendes System handelt. Hierdurch ergibt sich zum einen eine besonders einfache von Stillstands­ zeiten freie Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ande­ rerseits - wegen des möglichen Verzichts auf die aufwendige Stellein­ richtung - eine wesentlich kostengünstigere Herstellungsmöglichkeit.

Die freie Verformbarkeit der Hülse möglichst wenig einschränkende Anordung der Hülse wird durch die schwimmende Anordnung der Hülse auf einem mit der Antriebswelle drehfest verbund­ nen Lagerzapfen möglich.

Bei einer Ausführung der Rolleneinrichtung, derart, daß die Rollenein­ richtung eine mit der Antriebswelle drehfest verbundene Rollenführung sowie eine Mehrzahl von in der Rollenführung rotierbar aufgenommenen Rollen aufweist, ist ein besonders einfacher Aufbau der gesamten Vo­ richtung möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei die Rollenführung als ein am Einführende der Antriebswelle axial angeordneter, umlaufen­ der Randsteg mit axialen Einschnitten zur beweglichen Aufnahme der Rollen ausgebildet.

Wenn die Antriebswelle und der Lagerzapfen eine Bohrungsanordnung zur Zuführung von Kühl- bzw. Schmiermittel zu den Rollen der Rollen­ einrichtung aufweisen, ist ein besonders hohes Maß an Betriebssicherheit erreichbar.

Zur einfachen Montage und Demontage der Rollen der Rolleneinrichtung erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Lagerzapfen über eine Schraub­ verbindung mit der Antriebswelle verbunden ist. Hierzu kann der Lager­ zapfen mit einem Gewindeende in das Eingriffsende der Antriebswelle einschraubbar ausgeführt sein.

In bezug auf eine möglichst kostengünstige Herstellung erweist sich auch als vorteilhaft, wenn die Antriebswelle ausgehend von ihrem Eingriffsen­ de einen konstanten Wellenquerschnitt aufweist.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Rollwerkzeug in Längsschnittdar­ stellung mit an einem Eingriffsende einer Antriebswelle montierten Lagerzapfen;

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Rollwerkzeug mit demontiertem Lagerzapfen;

Fig. 3 in einer vergrößerten Teildarstellung das Eingriffsende des Rollwerkzeugs;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Eingriffsendes gemäß Schnittli­ nienverlauf IV-IV in Fig. 1;

Fig. 5 eine exemplarische Darstellung eines möglichen Betriebszu­ stands beim Eingriff des in Fig. 4 dargestellten Eingriffsendes in eine Bohrung.

Fig. 1 zeigt ein Rollwerkzeug 10, das mit einem Antriebsende 11 seiner Antriebswelle 12 in einer Spannaufnahme 13 eines nicht näher darge­ stellten Antriebsaggregats aufgenommen ist. Gegenüberliegend dem Antriebsende 11 weist die Antriebswelle 12 ein Einführende 14 auf, das in eine in einem Gehäuse 15 ausgebildete Bohrung 16 eingeführt ist.

Am Einführende 14 ist eine Rolleneinrichtung 17 mit im vorliegenden Fall fünf Rollen 18, 19, 20, 21 und 22 (Fig. 4) ausgebildet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, rollen die Rollen 18 bis 22 der Rolleneinrichtung 17 bei einer Rotation des Rollwerkzeugs 10 um seine Längsachse 23 auf eine Bohrungsoberfläche 24 der Bohrung 16 ab.

Wie ferner aus einer Zusammenschau der Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist die Antriebswelle 12 mit einer Längsbohrung 25 versehen, die im Bereich des Einführendes 14 ein Innengewinde 26 aufweist, in das ein Lagerzapfen 27 einschraubbar ist, der zur Aufnahme einer als Hülse 28 ausgebildeten Rollenabstützeinrichtung dient, die konzentrisch zur Rolleneinrichtung 17 angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Teildarstellung der Antriebswelle 12 das Einführende 14 mit dem in das Einführende 14 mittels eines Gewin­ defortsatzes 29 eingeschraubten Lagerzapfen 27. Aus einer Zusammen­ schau der Fig. 3 und 4 wird deutlich, daß die Rolleneinrichtung 17 eine Rollenführung 30 aufweist, die im vorliegenden Fall aus einem sich axial erstreckenden und koaxial zur Längsachse 23 angeordneten Randsteg 31 mit darin einschnittartig ausgebildeten Rollenaufnahmen 32 gebildet ist. Insgesamt weist die Rollenführung 30 eine kronenartige und einstückig am Einführende 14 angeformte Ausbildung aus.

Die Rollenaufnahmen 32 erstrecken sich parallel zur Längsachse 23 und weisen konkav ausgebildete Führungsflächen 33, 34 auf, die, wie insbe­ sondere aus Fig. 4 ersichtlich, die Rollen 18 bis 22 mit einem ausrei­ chenden Bewegungsspiel führen, so daß neben einer Rotation der Rollen 18 bis 22 in den Rollenaufnahmen 32 auch eine radiale Bewegung der Rollen 18 bis 22, wie durch den Doppelpfeil 35 in Fig. 4 angedeutet, möglich ist. Zwischen der Rollenführung 30 und dem Lagerzapfen 27 befindet sich in einer schwimmenden Lageranordnung auf dem Lagerzapfen 27 die Hülse 28, deren Außendurchmesser entsprechend dem inneren Abrollradi­ us r der Rolleneinrichtung 17 bemessen ist, so daß die Rollen 18 bis 22 auf dem Außenumfang der Hülse 28 abrollen können.

Wie aus Fig. 3 deutlich wird, ermöglicht die schwimmende Anordnung der Hülse 28 auf dem Lagerzapfen 27 auch eine begrenzte axiale Ver­ schiebung v der Hülse 28. Ferner zeigt Fig. 3 deutlich, daß sowohl die Hülse 28 als auch die Rollen 18 bis 22 der Rolleneinrichtung 17 durch einen Lagerbund 36 des Lagerzapfens 27 in ihrer Position gehalten werden. Hieraus ergibt sich, daß nach der in Fig. 2 dargestellten Demon­ tage des Lagerzapfens 27 vom Einführende 14 der Antriebswelle 12 sowohl die Hülse 28 als auch die Rollen 18 bis 22 aus der Rollenführung 30 entfernt werden können. Im Falle von an den Rollen 18 bis 22 auftre­ tenden Abnutzungserscheinungen ist somit ein leichtes Austauschen der Rollen 18 bis 22 - für die beispielsweise übliche Nadellagerrollen ver­ wendbar sind - möglich.

Wie Fig. 3 ferner zeigt, ist der Lagerzapfen 27 mit einer Längsbohrung 37 und einer diese kreuzenden Querbohrung 38 versehen, so daß von der Längsbohrung 25 der Antriebswelle 12 über die Längsbohrung 37 und die Querbohrung 38 im Lagerzapfen 27 eine direkte Fluidverbindung zur Hülse 28 bzw. zur Rolleneinrichtung 17 gegeben ist. Über den zwischen einer Austrittsöffnung 39 der Querbohrung 38 und einer Innenmantelflä­ che 40 der Hülse 28 sowie zwischen einer Stirnfläche 41 der Hülse 28 und einer Stirnfläche 43 des Eingriffsendes 14 ausgebildeten Spaltraum 44 ist zudem auch eine unmittelbare Versorgung der in Fig. 3 durch den strichpunktierten Linienverlauf angedeuteten Bohrung 16 im Bereich der durch die Rollen 18 bis 22 beaufschlagten Bohrungsoberfläche 24 mit Kühl- oder Schmiermittel möglich. Dabei ermöglicht die schwimmende, also axial verschiebbare Anordnung der Hülse 28 insbesondere beim Einführen bzw. Absenken des Einführendes 14 in die Bohrung 16 eine axiale Verschiebung der Hülse 28 entgegen der Einführrichtung, so daß in diesem Fall durch einen zwischen den Austrittsöffnungen 39 der Quer­ bohrung 38 und der Innenmantelfläche 40 der Hülse 28 sowie einer unteren Stirnfläche 45 der Hülse 28 und dem Lagerbund 36 ausgebildeten Spaltraum durch im Lagerbund 36 vorgesehene Öffnungen 47, 48 auch eine unmittelbare Versorgung der Bohrung 16 mit Kühl- bzw. Schmier­ mittel im Bereich des Bodens der Bohrung möglich ist.

Fig. 5 verdeutlicht die Wirkung der schwimmend gelagerten elastischen Hülse 28 bei einem Rollvorgang, bei dem das in Fig. 4 im Schnitt darge­ stellte Einführende 14 in eine Bohrung 16 eingeführt ist, deren Nennmaß im wesentlichen gleich dem äußeren Abrollradius R bei unverformter Hülse ist (Fig. 4). Zur Verdeutlichung der Wirkung der Hülse 28 soll nachfolgendes Zahlenbeispiel dienen. Im Ausgangszustand weist die Bohrung 16 ein Nennmaß von 10 mm mit einer Passung H7 auf, also ein Bohrungsübermaß zwischen 0 und 18 µm. Die Rauhtiefe der Bohrungs­ oberfläche 24 wird im Ausgangszustand angenommen mit 20 bis 30 µm. Der äußere Abrollradius R soll im unverformten Zustand der Hülse 28 ein Übermaß von 20 bis 40 µm über dem Nennmaß der Bohrung 16 aufwei­ sen, was in etwa einer Passung n6 entspricht.

Nach dem Einführen des Einführendes 14 des Rollwerkzeugs 10 möge sich in einer ausgewählten Drehstellung des um seine Längsachse 23 rotierenden Rollwerkzeugs 10 der in Fig. 5 dargestellte Verformungszu­ stand der Hülse 28 einstellen. Hierbei erkennt man, daß durch die Ver­ formung der Hülse 28 und infolge der radialen Bewegbarkeit der Rollen 18 bis 22 ein Abrollen der Rollen 18 bis 22 auf der Bohrungsoberfläche 24 trotz der durch die unterschiedlichen Rauhtiefen bedingten Uneben­ heiten der Bohrungsoberfläche möglich ist. Dabei treten beim Überrollen von Rauhigkeitsspitzen der Bohrungsoberfläche 24 entsprechende Ver­ formungsspitzen der Hülsen 28 mit den hieraus resultierenden Federkräf­ ten auf, die bei einem wiederholten Abrollen der Rollen 18 bis 22 auf der Bohrungsoberfläche 24 zu einer fortschreitenden Einebnung der Rauhig­ keitsspitzen führen, so daß etwa die in Fig. 5 mit 20 bis 30 µm anzuneh­ menden Rauhtiefen nach und nach bis auf ein tolerierbares Maß, also etwa 0,4 bis 1 µm eingeebnet werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Einebnung von Oberflächenrauhigkeiten auf einer Bohrungsoberfläche mit einer Antriebswelle zum Einführen in eine Bohrung und einer an einem Einführende der Antriebswelle ange­ ordneten, mehrere Rollen aufweisenden Rolleneinrichtung, die auf einer Rollenabstützeinrichtung derart angeordnet ist, daß bei einer Drehung der Welle die Rollen der Rolleneinrichtung zumindest teilweise auf der Rollenabstützeinrichtung abrollen, wobei die Rollenabstützeinrichtung aus einer unter dem Druck der Rollen ela­ stisch verformbaren Hülse gebildet ist, die auf einem mit der An­ triebswelle drehfest verbundenen Lagerzapfen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (28) mit radialem und axialem Spiel auf dem Lager­ zapfen (27) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolleneinrichtung (17) eine mit der Antriebswelle (12) drehfest verbundene Rollenführung (30) sowie eine Mehrzahl in der Rollenführung rotierbar aufgenommene Rollen (18 bis 22) auf­ weist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenführung (30) als ein am Einführende (14) der An­ triebswelle 12 axial angeordneter, umlaufender Randsteg (31) mit axialen Einschnitten (32) zur beweglichen Aufnahme der Rollen (18 bis 22) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (12) und der Lagerzapfen (27) eine Boh­ rungsanordnung (25, 37, 38) zur Zuführung von Kühl- oder Schmiermittel zu den Rollen (18 bis 22) der Rolleneinrichtung (17) aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen (27) über eine Schraubverbindung mit der Antriebswelle (12) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen (27) mit einem Gewindeende (29) in das Ein­ führende (14) der Antriebswelle (12) einschraubbar ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (12) ausgehend von ihrem Einführende (14) einen konstanten Wellenquerschnitt aufweist.