DE2117833A1

DE2117833A1 - Glattwerkzeug

Info

Publication number: DE2117833A1
Application number: DE19712117833
Authority: DE
Inventors: Clemens Anthony Ann Arbor Mich Kruse jun (V St A )
Original assignee: Cogsdill Tool Products Inc
Current assignee: Cogsdill Tool Products Inc
Priority date: 1970-05-21
Filing date: 1971-04-13
Publication date: 1971-12-02
Also published as: DE2117833B2; JPS5021315B1; GB1297209A; US3656333A

Description

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Cogsdill Tool Products Inc.
38 7ΟΟ Grand River

Farminston, Michigan U8n?u/II«A ^8>
AP^{ri1 1971}

. Anwaltsakte M-I547

Glättwerkzeug

Die Erfindung bezieht sich auf ein Glättwerkzeug und insbesondere ein Glättwerkzeug der j η der US-PS 3.4MU.714 beschriebenen Art zum Herstellen einer mikrofeinen Oberfläche auf der Innenwand eines hohl zylindrischen Werkstückes.

In vielen Fällen sind die in Zylindern einsitzenden Kolben mit Dichtungen aus elastomerem oder einem ähnlichen verschleißanfälligen Material versehen. Ein bekanntes Beispiel dafür ist ein O-Ring, der während der Hubbewegung des zugeordneten Kolbens an der Innenwand des Zylinders vor- und zurückgeschoben wird. Der Bearbeitungsvorgang bei der Herstellung der Innenwand hinterläßt, gleichgültig ob es sich um einen Schleif-, Räum-, Schnittoder ähnlichen Bearbeitungsvorgang handelt, kleine Furchen und Vorsprünge, die zwar als fein betrachtet werden können, jedoch grob genug sind, daß sie zu einem beträchtlichen Verschleiß • der anliegenden Dichtfläche des O-Ringes führen.

Durch das erfindungsgemäße Werkzeug werden die Vorsprünge zerquetscht und in die Furchen gedrückt, so daß eine äußeret „

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glatte, mikrofein bearbeitete Fläche geschaffen wird. Die dabei erhaltene Durchmesseränderung ist unbeachtlich und für eine genaue Bemessungfler Zylinderbohrung muß nicht gesorgt werden, da eine derartige Durchmesseränderung die Druckanlage mit der 0-Ringdichtung nicht beeinträchtigt. Jedoch wird die Lebensdauer der O-Ringdichtung beträchtlich erhöht und die Gefahr eines unzulässig hohen Verschleißes, der sich infolge der gleitenden Anlage der Dichtung an einer rauhen Oberfläche ergibt, wird ausgeschaltet.

Das erfindungsgemäße Glättwerkzeug enthält eine zylindrische Spindel mit einem Antriebs- und einem Arbeitsende, wobei am Arbeitsende der Spindel ein kegelstumpfförmiger Spindelkopf ausgebildet ist, der sich zum Spindelende hin erweitert. Eine Hülse ist über der Spindel angeordnet und am Arbeitsende mit einem Rollenkäfig versehen, in dem Schlitze ausgebildet sind, in welchen kegelstumpfförmige Rollen derart einsitzen, daß sie nach außen und innen verschoben werden, wenn der Käfig und der Spindelkopf in Längsrichtung relativ zueinander verstellt werden. Zwischen der Spindel und der Hülse sind Stellvoaichtungen angeordnet, die die Relativverschiebungen bewirken, durch die die konischen Rollen gegenüber der Spindelachse aus- oder eingefahren werden. Die Stellvorrichtungen können als Strömungsmittelbetatigter Druckstempel und als Federeinrichtung ausgebildet sein, durch die die Rollen mit einer beträchtlichen, nach außen gerichteten geregelten Druckkraft beaufschlagt werden und dadurch die Vorsprünge auf der zylindrischen Innenwand des Werkstückes zu glätten vermögen, wenn das Werkstück über die Rollen fährt. Die kegel-

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stumpfförmigen Rollen liegen mit ihren kleinen Enden am Käfigende, so daß sie sich geringfügig verschieben können, wenn sie ins Werkstück gelangen und der Glatt- und Prägevorgang beginnt. Wenn die Rollen das zylindrische Werkstück durchlaufen haben, wird der Druck zwischen den Rollen und dem Spindelkopf durch eine Relativverschiebung in der umgekehrten Richtung entfernt, wodurch die Rollen eingefahren werden und das Werkstück abgenommen werden kann. Eine geringfügige Winkelanstellung der Rollen am Spindelkopf, beispielsweise von 3° oder weniger, hat zur Folge, daß die Rollen für einen Werkstück-Vorschub sorgen, durch den das Werkstück während des Glättvorganges selbsttätig über die RcLlen vorgeschoben wird.

Insgesamt enthält das erfindungsgemäße Glättwerkzeug also am Arbeitsende der Spindel einen Käfig, in dem verjüngt ausgebildete Rollen einsitzen, die mit einem am Spindelende angeordneten, divergenten kegelstumpfförmigen Spindelkopf zusammenwirken. Die Spindel wird an ihrem gegenüberliegenden Ende angetrieben, und an diesem Ende ist zur Druckbeaufschlagung des Glättwerkzeuges eine Stellvorrichtung drehfest angeordnet. Im einen Fall ist die Stellvorrichtung ein Druckstempel, dessen Arbeitskolben die den Käfig halternde Hülse mit Druck beaufschlagt und die kegelstumpfförmigen Rollen über den kegelstumpfförmigen Spindelkopf nach außen drückt, wodurch die Rollen während des Glättvorganges mit einer beträchtlichen nach außen gerichteten Kraft beaufschlagt werden. Anstelle des stromungsmittelbetätigten Druckstempels kann zur Kraftbeaufschlagung der Hülse und der Rollen eine Federeinrichtung vorgesehen sein.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden beispielsweisen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeuges,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt der Stellvorrichtung des in Fig. 1 gezeigten Werkzeuges,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt des in Fig. 1 gezeigten Werkzeuges längs der Linie 3-3,

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines erfindungsgemäßen Glättewerkzeuges mit einer unterschiedlich ausgebildeten Stellvorrichtung, und

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt der Stellvorrichtung des in Fig. 4 gezeigten Werkzeuges.

Das erfindungsgemäße Glättwerkzeug gemäß den Fign. 1 bis 3 enthält eine Spindel 11 mit einem Antriebsende 12 und einem Arbeitsende 13. Am Arbeitsende ist ein divergenter, kegelstumpfförmxger Spindelkopf 14 vorgesehen, der einen Schraubzapfen 15 enthält, welcher mit einer Gewindebohrung 16 im Ende der Spindel 11 verschraubt ist. Das Antriebsende 12 enthält einen erweiterten Abschnitt 17, der einen nach außen verlaufenden Flansch 18 aufweist, welcher einen geflanschten Kragen 19 zwischen einem Druckrollenlager 21 und einer Scheibe 22 haltert, die mittels eines

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in einem Schlitz einsitzenden Sprengrings 2 3 am erweiterten Abschnitt 17 festgelegt ist. An einem Flansch 24 des Kragens 19 ist über mehrere Schrauben 2 6 ein zylindrischer Einsatz 25 befestigt.

Der zylindrische Einsatz 2 5 ist auf seiner zylindrischen Außen- · wand 2 7 mit einem Gewinde 2 8 versehen. In der zylindrischen Außenwand ist eine Durchgangsöffnung 2 9 ausgebildet, die ein Anschlußstück 31 enthält, über das Druckmittel in den Innenraum des zylindrischen Einsatzes 2 5 einführbar ist. Eine innere zylindrische Muffe 32 ist mit einer zylindrischen Gewindebohrung 33 des zylindrischen Einsatzes 2 5 verschraubt, so daß ein Ringraum 34 gebildet wird, in dem ein ringförmiger Betätigungskolben 35 einsitzt. Die Innen- und Außenwände des Kolbens sind gegenüber den Innen- und Außenwänden der zylindrischen Bauteile 32 und 25 durch O-Ringe 36 bzw. 37 abgedichtet. Der Ringkolben 35 ist im Ringraum 34 durch eine geflanschte Mutter 38 gehaltert, die auf das Gewinde 28 der zylindrischen Wand 2 7 des zylindrischen Einsatzes 25 aufgeschraubt und durch mehrere Madenschrauben 39 festgehalten ist. Der Kolben 35 ist auf seiner Bodenseite mit mehreren Bohrungen 41 versehen, von denen bei dem gezeigten Ausführungsbexspiel sechs vorgesehen sind, in denen Federn 42 einsitzen. Die Federn beaufschlagen den Ringkolben in Einfahrrichtung und drücken ihn nach innen in den Ringraum 34.

Der Kolben ist an seiner Innenwand mit einem Gewinde 43 versehen, mit dem eine ringförmige Platte 44 verschraubt ist. Eine O-Ringdichtung 45 dichtet die Platte 44 zur Spindel 11 hin ab. Eine Hülse 46, die einen Kugelkäfig trägt, ist an einer Ringplatte 47

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einerseits mittels einer Scheibe 48 und eines Sprengrings 49 und andererseits mittels eines Flansches 41 und eines Druckrollenlagers 42 gehaltert. Die Platte 47 enthält eine Durchgangsöffnung 53, die an ihrem äußeren Ende erweitert und mit einem Anschlußstück 54 verschraubt ist, über das ein Kühlmittel in die öffnung 53 einführbar ist. Die öffnung steht mit einem Ringschlitz 5 5 in der Wandung der Hülse 46 in Verbindung, welcher mit mehreren Durchgangsöffnungen 56 versehen ist, so daß das Schmier- und/oder Spülmittel zwischen die Spindel 11 und die Hülse 46 einführbar ist.

Die Hülse 46 ist an ihrem Ende mit einem Außengewinde 47 versehen, mit welchem ein Rollenkäfig 58 varechraubt ist. Der Käfig enthält mehrere axial verlaufende Schlitze 59, die am Arbeitsende des Werkzeuges schmaler als am gegenüberliegenden Ende ausgebildet sind. In den Schlitzen sitzen kegelstumpfförmige Rollen 61, deren Neigungswinkel gleich dem halben Neigungswinkel des Spindelkopfes 14 ist, so daß sie an ihren äußeren Rändern 62 parallel zueinander und zur Achse des Spindelkopfes und der Spindel verlaufen. Wie Fig. 3 zeigt, sind die Schlitze auf ihrer einen Seite 63 winklig ausgebildet, so daß verhindert wird, daß die Rollen 61 vollständig durch die Schlitze hindurchwandern, wobei die Rollen jedoch um einen gewünschten Betrag über die Außenfläche des Kugelkäfigs ausgefahren werden können.

Bei einer Strömungsmittelzufuhr über ein am Anschlußstück 31 des zylindrischen Einsatzes 25 befestigtes Rohr 64 gelangt Druckmittel zum inneren Ende des Ringraums 34, so daß der Kolben 35 mit einer im Sinne der Figuren nach rechts gerichteten Stellkraft

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beaufschlagt wird. Hierdurch wird die Hülse 46 nach rechts verschoben und die Rollen 61 werden auf dem Spindelkopf 14 vorgeschoben, so daß sich die Rollen nach außen verstellen und die Innenwand 65 eines zylindrischen Werkstückes 66 mit einer beträchtlichen Druckkraft beaufschlagt wird, welche von der Höhe des am Kolben anliegenden Strömungsmitteldruckes abhängt. Das Werkstück 6 6 ist durch einen Werkstückspanner 67 bekannter Bauart an einem Tisch 68 festgeklemmt, der verschiebbar auf einer Tragplatte 69 gehaltert und durch einen Druckstempel 71 vor- und zu^ückstellbar ist. Bei einem Durchgang des Werkstückes über die Rollen 61 werden die auf den Werkstückinnenflächen vorhandenen VorSprünge in die benachbarten Furchen gedrückt und dadurch sehr schwache, mikrofeine Ausschläge auf der Werkstückfläche erhalten, wobei die Werkstückfläche durch den Bearbeitungsvorgang weiterhin gehärtet wird. Wenn die Rollen 61 mit einem geringen Winkel von nicht mehr als 3° schräg angestellt werden, wird das Werkstück während des Bearbeitungsvorganges selbsttätig über die Rollen vorgeschoben.

Nachdem das Werkstück über die Rollen 61 gewandert ist, wird die Strömungsmittelzufuhr über die Rohrleitung 64 mit Hilfe eines

nicht gezeigten Ventils gesperrt, welches das im Ringraum verwährend bliebene Strömungsmittel bei Ausdehnung der Federn 42 und/des Rückhubs des Kolbens 35 zu einem Vorratstank führt. Beim Rückhub des Kolbens 35 verschiebt sich die Hülse 46 im Sinne der Fign. nach links, so daß die Rollen 61 längs des Spindelkopfes 14 eingefahren werden und der Gesamtdurchmesser der Rollen verkleinert wird, wodurch sich das Werkstück abnehmen läßt. Da der

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Spindelkopf 14 nach außen hin divergiert, können die schmäleren Enden der Rollen mit der Innenfläche des Werkstückes zusammenwirken, so daß sie zu Beginn des Glättvorganges verschoben werden und beim Einsetzen des Glattvorganges die ordnungsgemäße Lage einnehmen können. Hierdurch wird ein Verklemmen der Rollen am Spindelkopf während des Werkstückvorschubs verhindert.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Glättwerkzeug horizontal angeordnet, es kann jedoch auch an einer vertikal angetriebenen Spindel angebracht sein und in Vertxkalrichtung arbeiten. Anstelle des in den Fign. 1, 2 und 3 gezeigten Druckstempels kann ferner eine Federeinrichtung 72 vorgesehen sein. Ehe.derartige Federeinrichtung ist in den Fign. 4 und 5 gezeigt, wobei eine geflanschte Platte 73 an einer Hülse 74 mit Hilfe eines mit einem Flansch 76 versehenen verstärkten Abschnittes 75 am inneren Ende der Hülse 74 angebracht ist. Die Platte 73 wird an einem Druckrollenlager 77 und dem Flansch 76 durch eine Scheibe 78 festgelegt, die durch einen in einem Schlitz des Abschnitts einsitzenden Sprengring 79 gehaltert ist. Mittels eines Schraubbolzens 82 ist an der Platte 73 ein Arm 81 befestigt, der an seinem äußeren Ende an einem nicht gezeigten stationären Bauteil anliegt, um eine Drehung der Platte 7 3 zu verhindern.

Am Arm 81 ist eine Kolbenstange 8 3 befestigt, die zu einem Stellmotor 84 verläuft, durch den die Platte 7 3 und die Hülse 74 im Sinne der Figuren nach links entgegen der Kraft mehrerer Tellerfederpaare 85 verstellbar sind, wodurch die Tellerfedern 85 zusammengedrückt und die Rollen 61 zu dem oben beschriebenen Zweck eingefahren werden. Eine Spindel 86 verläuft durch die Feder-

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sätze 85 und die Hülse 74 und trägt den kegelstumpfförmigen Spindelkof It, der in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 1 bis 3 ausgebildet ist. Die Spindel ist mit einem erweiterten Abschnitt 87 versehen, der ein Gewinde 88 enthält, auf das eine geflanschte Muffe 8 9 geschraubt und durch eine

fest-

Mutter Sl/gelegt ist. Die Muffe 89 liegt am einen Ende am Tällerfeder stapel an und wirkt über einen Flansch 92 mit einem Druckrollenlager 94 zusammen. Eine Platte 9 3 ist durch einen Sprengring 95 am Druckrollenlager 94 gehalten und drehbar an der Muffe 8 9 angebracht. Ein Arm 96 verläuft von der Platte 93 nach außen und verhindert eine Drehung der Platte 93. Eine Dichtung 97 liegt zwischen dem linken Ende des erweiterten Abschnitts 75 der Hülse 74 und verhindert, daß das über die öffnung 56 zugeführte Spülmittel von dem im Sinne der Figuren links gelegenen Ende des Ringraums zwischen der Spindel 86 und der Hülse 74 nach außen entwicht. Die Kolbenstange 8 3 zieht die Hülse oder das Rohr 74 zurück und verschiebt es im Sinne der Figuren nach links entgegen der Druckkraft der Federpaare 85, so daß die Rollen 61 eingefahren werden und das Werkstück abgenommen werden kann. Wenn die Druckbeaufschlagung der Kolbenstange 8 3 nachläßt, beaufschlagen die Federn 8 5 die Hülse 74 mit einer Druckkraft, die eine Verschiebung der Hülse 74 im Sinne der Figuren nach rechts relativ zur Spindel 86 und zum Spindelkopf 14 bewirkt, so daß die Rollen 61 ausgefahren und mit einer merklichen, nach außen gerichteten Druckkraft beaufschlagt werden, die durch den Strömungsmitteldruck im Zylinder 84 regulierbar ist. Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie die im einzelnen beschriebene Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels gemäß den Fign.l bis 3, mit der Ausnahme, daß der beim ersten Ausführungsbeispiel

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vorgesehene Arbeitskolben 35 durch die Federeinheiten 8 5 ersetzt ist. Bei dem in den Fign. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Betätigungskraft durch die Druckbeaufschlagung des Ringkolbens 35 und die Rückhubkraft auf die Rollen durch die Ausdehnung der Federn 42 aufgebracht, wenn der Strömungsmitteldruck entfernt wird. Bei dem in den Fign. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Federn 8 5 derart bemessen, daß sie den gewünschten Arbeitsdruck erzeugen, und der Rollenrückhub wird durch den Druckstempel bewirkt, wenn die Federn 8 5 zusammengedrückt werden, wobei der Druckstempel weiterhin dazu benutzt werden kann, die Größe des durch die Federn 85 aufgebrachten Arbeitsdrucks zu regulieren.

Das erfindungsgemäße Werkzeug vermag die Innenwandung der Bohrung ähnlicher·Werkstücke in gleicher Weise zu glätten, auch wenn ihre Durchmesser über einen beträchtlichen Bereich schwanken. Bei der Durchführung gleichartiger Glättvorgänge vermag sich das erfindungsgemäße Werkzeug daher selbsttätig einzustellen, unabhängig von Durchmesseränderungen der zu glättenden Bohrungen.

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Claims

Cogsdill Tool Products
Inc.

7OO Grand River

Farmington, Michigan 48o24/USA 8. April 1971

Anwaltsakte M-1533

Patentansprüche

ί 1.!Glättwerkzeug zum Feinglätten der zylindrischen Innenwand eines Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, daß das Glättwerkzeug enthält: eine Spindel (11) mit einem kegelstumpfförmigen Spindelkopf (IU), eine auf der Spindel (11) angeordnete Hülse (46) mit einem Rollenkäfig (58), in dem mit den Kegelstumpfflächen des Spindelkopfes (14) zusammenwirkende kegelstumpfförmige Rollen (61) einsitzen, eine erste Stelleinrichtung (34, 35; 72), durch die die Spindel (11) und die Hülse (46) in einer ersten Richtung relativ zueinander verstellbar und die Rollen (61) ausfahrbar und mit einer beträchtlichen nach außen gerichteten Kraft beaufschlagbar sind, und eine zweite Stelleinrichtung (42; 83, 84), durch die die Spindel(ll) und die

in
Hülse (46)/der entgegengesetzten Richtung relativ zueinander verstellbar und dadurch die Rollen 61 einfahrbar und von der Druckbeaufschlagung entlastbar sind, und daß die Spindel (11) und die Hülse (46) in der einen Richtung durch Strömungsmittel und in der anderen Richtung durch eine Federeinrichtung (42; 72) relativ zueinander verstellbar sind.

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2. Glättwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel einen drehfesten Druckstempel (3M-, 35) betätigt, durch den die Spindel (11) und die Hülse (46) relativ zueinander verstellbar und dadurch die Rollen (61) mit einer beträchtlichen, durch die Strömungsmitteldruckbeaufschlagung des Druckstempels regulierten Druckkraft beaufschlagbar sind (Fign. 1 bis 3).
3. Glättwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (11) und die Hülse (46) beim Einfahren des Druckstempels (34, 35) durch die Federeinrichtung (42) in Richtung einer Relativverschiebung der Spindel (11) und des Käfigs (58) und eines Zusammenschiebens der Rollen (61) verstellbar sind.
4. Glättwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (72) die Spindel (86) und die Hülse (74) relativ zueinander verstellt und dadurch die Rollen (61) mit einer beträchtlichen, vom Stellweg der Federeinrichtung (72) abhängigen Druckkraft beaufschlagt (Fign. 4 und 5).
5. Glättwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, d.aß die Spindel (86) und die Hülse (74) durch die druckmittelbetätxgte Stelleinrichtung (83, 84) unter Zusammendrücken der Federeinrichtung (72) in Richtung einer Einfahrbewegung zwischen Spindel (86) und Rollenkäfig (58) und einer Kontraktion der Rollen (61) verstellbar sind.
6. Glättwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Spindelkopf (14)

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zum Arbeitsende (13) des Werkzeuges hin divergent ausgebildet ist und die Rollen (61) zum Arbeitsende (13) hin konvergent ausgebildet sind.
7. Glättwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (61) zwecks Erzeugung einer ' Vorschubbewegung des Werkstückes (66) zur Achse des Spindelkopfes (14) unter einem geringen Winkel angestellt sind.
8. Glättwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Halterung (67, 68) für das Werkstück (66) und eine Hubvorrichtung (71) zum Vor- und Zurückfahren der Halterung (67, 68) und des Werkstückes (66) relativ zu den Rollen (61).

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