DE2311188A1 - Rollierwerkzeug - Google Patents

Description

AMTEL, INC., Providence, VStA

Rollierwerkzeug

Die Erfindung betrifft ein Rollierwerkzeug mit einem Dorn, dessen Längsachse koaxial zur Längsachse der zu rollierenden Oberfläche des Werkstücks angeordnet werden kann, mit einem koaxial zum Dorn und axial relativ zu diesem verschiebbaren Käfig, in dem mehrere gleiche kegelstumpfförmige Rollen gelagert sind, die an einem kegelstumpfförmigen Endteil des Dorns anliegen und mit der zu rollierenden Werkstückoberfläche in Berührung bringbar sind, wobei die Längsachse der Rollen schräg zur Längsachse des Dorns gerichtet ist, so daß eine relative Drehung von Dorn und Werkstück um die Längsachse des Dorns einen Eigenvorschub des Rollierwerkzeugs relativ zum Werkstück in Richtung der Längsachse des Dorns sowie die Ausbildung eines Rollierdrucks der Rollen auf die zu rollierende Werkstückoberfläche radial in bezug auf den Dorn zur Folge hat.

Ein Rollierwerkzeug dient zum Glätten einer Oberfläche eines Werkstücks.

Ein Rollierwerkzeug der eingangs genannten Art ist in der US-Patentschrift 2 843 918 beschrieben. Ein derartiges Werkzeug sorgt, nachdem es einmal mit dem Werkstück in Eingriff gekommen ist, selbsttätig für seinen Vorschub, während eine Vorrichtung, die eine schwache Feder zwischen Dorn und Käfig

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enthält, ermöglicht, daß sich der Käfig relativ zum Dorn verschiebt und zu einem größeren oder kleineren Durchmesser übergeht, je nachdem, ob es sich um ein Innen- oder ein Außenroll ierwerkzeug handelt, und daß der Käfig in jedem Falle von dem rollierten Werkstückteil weggezogen v/erden kann. Y/enn sich das Nennmaß des zu rollierenden Teils ändert, entsteht ein zu hoher Druck im Verlaufe des Rolliervorgangs, und häufig ist es mit einem Rollierwerkzeug nach der erwähnten Patentschrift nicht möglich, Werkstückteile zu rollieren, deren Abmessungen sich um bis zu 0,127 mm (0,005 Zoll) ändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rollierwerkzeug der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das die Ausbildung eines zu hohen Rollierdrucks bei einer Abweichung der Abmessung des zu rollierenden Werkstückteils vom Nennmaß selbsttätig verhindert.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Kupplung zwischen dem Dorn und dem Käfig, die eine relative Drehung von Dorn und Käfig gestattet und eine nachgiebige Vorrichtung enthält, die normalerweise eine axialgerichtete Kraft ausübt, die die Rollen mit dem Werkstück in Eingriff bringt und derart betreibbar ist, daß sie eine Wegbewegung der Rollen vom Werkstück solange gestattet, bis sich ein optimaler Rollierdruck ausgebildet hat.

Bei diesem Rollierwerkzeug kann in üblicher Weise eine mit Gewinde versehene Vorrichtung zur Einstellung der relativen Lage von Käfig und Dorn auf das Nennmaß des zu rollierenden Werkstückteils vorgesehen sein und außerdem der Dorn innerhalb vorbestimmter Grenzen selbsttätig eingestellt werden, vorzugsweise dadurch, daß der Dorn in zwei Teile unterteilt ist, die gleitend verbunden sind, und daß eine unter Federvorspannung stehende Vorrichtung zwischen den beiden Teilen des Doms angeordnet ist, die Abweichungen des Werkstücks vom Nennmaß gestattet.

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Diese elastisch nachgiebige Vorrichtung übt dann eine Kraft aus, die den Dorn mit einer auf ein vorbestimmtes Nennmaß der '■v'erkzeugabmessung eingestellten Vorspannung an einem Anschlag hält. Diese Anordnung bildet praktisch eine Kupplung zwischen dem Käfig und dem Dorn. Wenn das Werkzeug durch Anschluß an eine Antriebsvorrichtung so angetrieben wird, daß zwischen dem zu rollierenden Teil und dem Werkzeug ebenfalls eine Antriebsdrehung erfolgt, und außerdem eine vorbestimmte Kraft in axialer Richtung ausgeübt wird, so daß ein Vorschub des V/erkzeugs relativ zum Werkstück oder umgekehrt bewirkt wird, dann kommen die Rollen mit dem zu rollierenden Werkstückteil zunächst mit der Nennmaßeinstellung in Eingriff. Wenn der zu rollierende Werkstückteil ein Übermaß - bei einem Werkstück mit zu rollierender Außenfläche - oder ein Untermaß - bei einem Werkstück mit zu rollierender Innenfläche - aufweist, wird ein höherer Druck auf die nachgiebige Vorrichtung ausgeübt, die Dorn und Käfig normalerweise in der eingestellten Lage hält, jedoch dann in Abhängigkeit davon, auf welche Nennmaßeinstellung die nachgiebige Vorrichtung ausgelegt ist, nachgeben kann, so daß sich die Dornspitze relativ zum Käfig mit den Rollen verschiebt und den Rollen ermöglicht, ihren Lagedurchmesser zur Anpassung an den optimalen Rollierdruck zu vergrößern oder zu verringern. Das heißt, bei einem Innenrollierwerkzeug verlagern sich die Rollen radial nach innen und bei einem Außenrollierwerkzeug radial nach außen, und auf diese Weise passen sie ihre Lage selbsttätig der Abweichung vom Nennmaß an, ohne daß die beiden Teile beschädigt werden und weder Schwierigkeiten beim Rollieren des Werkstücks selbst oder in der den Rolliervorgang antreibenden Vorrichtung auftreten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch ein Innenrollierwerkzeug in seiner normalen Betriebslage dar.

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Fig. 2 stellt einen ähnlichen Längsschnitt desselben Werkzeugs dar, bei dem sich ein zu hoher Druck ausgebildet und die nachgiebige Vorrichtung eine stark übertrieben dargestellte Lageänderung von Käfig und Dornspitze gestattet hat.

Fig. 3 stellt eine teilweise im Längsschnitt dargestellte Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels in Form eines Außenroll ierwerkzeugs in seiner normalen Betriebslage dar.

Fig. 4 stellt eine ähnliche Schnittansicht wie die nach Fig. für den Fall dar, daß sich die relative Lage der Teile aufgrund eines Ubermaßteils des Werkstücks geändert hat, wobei die Lageänderung stark vergrößert dargestellt ist.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 stellt ein Innenrollierwerkzeug dar, das zum Rollglätten einer zylindrischen inneren Oberfläche 11 mittels kegelstumpfförmiger Rollen 12 dient. Die Rollen 12 sind in Längsschlitzen eines Käfigs 14 gelagert und werden durch einen kegelstumpfförmigen Endteil 15 des vorderen Teils 16 des Dorns an die Oberfläche 11 gedrückt. Der vordere Teil 16 des Dorns ist an seinem inneren Ende 17 stärker ausgebildet und mit einem Schlitz 18 versehen. Der vordere Teil 16 des Dorns endet mit einer Stirnfläche Das innere Ende des Käfigs 14 ist mittels einer Feststollschraube 21 an einem mit einem größeren Durchmesser ausgebildeten, hülsenförmigen Käfighalter 22, der mit seiner inneren Stirnfläche 23 an einem Axiallager 24 anliegt, angeschlossen.

Der hintere Teil des Dorns hat einen Antriebsschaft 25 mit einer axialen Bohrung 26, der den Teil 17 des vorderen Teils des Dorns aufnimmt, wobei ein Stift 19 durch den Schlitz IS

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geführt ist, der die beiden Dornteile in gleitender Verbindung hält. Die äußere Oberfläche des hinteren Teils des Dorns ist mit einem Gewinde 27 versehen, auf das eine Einstellmutter 28 und eine Kontermutter 29 zusammen mit einer Hilfskontermuttcr 30 geschraubt sind. Ein Gehäuse 31 umgibt die Einstellmutter und die Kontermutter 29 sowie das Axiallager 24 und erstreckt sich in Längsrichtung des Werkzeugkörpers bis über eine Auslösefeder 32. In das Ende des Gehäuses 31 ist eine Sicherungsmutter 33 geschraubt, die die Auslösefeder 32 zwischen der inneren Stirnfläche 34 der Sicherungsmutter 33 und einer Gegendruckunterlegscheibe 35 hält, die an einem geteilten Sicherungsring 36 anliegt, der in einer Nut im inneren Ende des Käfighalters 22 eingesetzt ist. Ein Sicherungsring 37 hält das Gehäuse in einer vorbestimmten Lage relativ zu den darin enthaltenen Teilen, die gerade beschrieben wurden.

In der Bohrung 26 des hinteren Dornteils ist eine elastisch nachgiebige Vorrichtung angeordnet, die Tellerfedern 40 aufweist. Die Tellerfedern 40 liegen an der Stirnfläche 20 des inneren Endes des vorderen Teils 16 des Dorns an und werden durch einen Bolzen 41 zusammengedrückt, der ein Ende 42 mit größerem Durchmesser aufweist, das an den Federn 40 anliegt. Die Lage des Bolzens 41 in der Bohrung 26 kann durch eine Einstellschraube 43 eingestellt werden, die in einer Gewindebohrung 44 des Antriebsschaftes 25 sitzt. Die Einstellschraube 43 sorgt für eine Vorspannung der Tellerfedern 40 und drückt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, den vorderen Dornteil 16 nach vorne gegen den Stift oder Anschlag 19.

Während des Betriebs bewirkt die Einstellmutter 28 eine Anfangsdurchmessereinstellung, soweit es den Lagedurchmesser der Rollen 12 auf dem kegelstumpfförmigen Endteil 15 des Dorns bzw. die Dornspitze betrifft, wobei der Stift 19 im Schlitz 18 des Dorns diese Einstellung bewahrt, da er als Anschlag wirkt. Das Rollierwerkzeug wird dann in die Bohrung des Werkstücks 10 ein-

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geführt, indem zwischen Rollierwerkzeug und Werkstück eine relative Axialkraft und eine relative Drehung ausgeübt wird, nämlich dadurch, daß entweder das Werkstück festgehalten und der Dorn gedreht wird oder der Dorn festgehalten und das Werkstück gedreht wird. Die Vorschubgeschwindigkeit des Rollierwerkzeugs wird auf einen dem Fachmann geläufigen Wert eingestellt. Wenn sich der Durchmesser der Bohrung während des Werkzeugvorschubs in der Bohrung unter den am Rollierwerkzeug eingestellten Nennwert verringert, entsteht ein zu hoher Druck zwischen den Rollen 12 und dem kegelstumpfförmigen Endteil 15 des Doms. Infolgedessen drücken die Rollen den Dornteil 16 nach rechts und die Tellerfedern 40 der elastisch nachgiebigen Vorrichtung zusammen. Bei konstant gehaltener Vorschubgeschwindigkeit und konstantem Drehmoment setzt das Rollierwerkzeug dagegen seine Vorschubbewegung fort, wobei es den Lagedurchmesser der Rollen 12 aufgrund der vorher eingestellten Vorspannung der Tellerfedern 40 selbsttätig auf einen optimalen Rollierdruck einstellt. Aufgrund dieser verhältnismäßig einfachen Einrichtung ergibt sich mithin ein Rollierwerkzeug mit selbsttätiger Durchmessereinstellung, die sich innerhalb vorbestimmter Grenzen ändern kann, wobei der Anfangslagedurchmesser der Rollen auf einen maximal zulässigen Werkzeugdurchmesser eingestellt wird. Das Rollierwerkzeug sorgt daher für eine selbsttätige Durchmessereinstellung innerhalb von Grenzen, die in der Größenordnung von etwa 0,3 mm (etwa 0,01 Zoll) liegen, so daß es eine Bohrung mit einem sich geringfügig ändernden Untermaß ohne unzulässig hohen Rollierdruck rollieren kann.

Die Fig. 3 und 4 stellen ein Außenrollierwerkzeug dar. Es unx'aßt ein Werkstück 50 mit kegelstumpfförmigen Rollen 51, die ebenfalls in einem Käfig 52 gelagert sind, der mit einem hülsenförmigen Käfighalter 53 mit einem radial nach innen ragenden Teil

54 verbunden ist. Die Rollen 51 liegen an einem vorderen Teil

55 des Dorns an, der eine kegelstumpfförmige innere Oberfläche

56 hat, und das innere Ende 57 dieses vorderen Teils 55 liegt

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an einem Federführungsstück 58 an, das einen inneren zylindrischen Teil 58a aufweist. Der vordere Teil 55 oder die Dornspitze wird durch eine Sicherungsmutter 60 gehalten, die mit dem hinteren Dornteil 61 verschraubt ist, 4^er auch ein Gehäuse bildet, und normalerweise an einem Flansch 62 des vorderen Teils 55 anliegt. Ein Zwischenraum 63 zwischen Sicherungsmutter 60 und Gehäuse 61 gestattet eine Relativbewegung der Dornteile. Das Antriebsdrehmoment des vorderen Teils 55 wird vom hinteren Teil 61 über mehrere Stifte 59, die in Schlitzen 59a angeordnet sind, abgeleitet. Auf diese Weise ergibt sich eine Gleitverbindung zwischen den beiden Dornteilen. Ein Antriebsschaft 65 ist mit einem Antriebsende 66, einem Gewindeteil 67 und zwei inneren Teilen 68 und 69 mit geringerem Durchmesser versehen. Der radial nach innen ragende Teil 54 des Käfighalters 53 umgibt den Teil 69 zwischen zwei Axiallagern 70. Eine Auslösefeder 72 liegt zwischen einem Sicherungsring 73 und einem der Axiallager 70 an. Das andere Axiallager 70 stützt sich an dem Absatz des Antriebsschafts 65 ab, so daß die Axialkraft des Käfigs vom Antriebsschaft aufgenommen wird und sich der Käfig nur nach links gegen die Kraft der schwachen Auslösefeder 72 verschieben kann. Auf dem mittleren Teil 68 des Antriebsschafts 65 sitzt der zylindrische Hülsenteil 58a des Federführungsstücks 58, und auf dem Gewindeteil 67 ist die Durchmessereinstellmutter 75 aufgeschraubt. Die Durchmessereinstellmutter ist mit dem hinteren Dornteil oder Gehäuse 61 durch einen Sicherungsring 76 verbunden, so daß sie den hinteren Dornteil 61 und über diesen die Dornspitze 55, die mit diesem verbunden ist, relativ zum Antriebsschaft verschiebt und sich, da der Käfighalter praktisch mit dem Antriebsschaft verbunden ist, eine relative Durchmessereinstellung durchführen läßt.

Der zylindrische Teil 53a des Federführungsstücks 5S ist von mehreren Tellerfedern 78 umgeben. Diese Tellerfedern liegen einerseits an einem Absatz des Federführungsstücks 58 und an-

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dererseits an einem Stiftring 79 an, der über mehrere radial nach innen ragende Stifte 80 mit einer Einstellmutter 81 gekuppelt ist, die auf dem hinteren Dornteil oder Gehäuse 61 aufgeschraubt ist. Eine Sicherungsmutter 82 ist zur Erleichterung des Einsetzens der radial nach innen ragenden Stifte 80 vorgesehen und bildet mit der Einstellmutter 81 eine Einheit. Die Einstellmutter 81 dient zur Änderung des Kompressionsgrades der Tellerfedern 78, die den die Rollen nach innen drückenden Dorn vorspannen und den Flansch 62 am vorderen Rand des Zwischenraums 63 an der Sicherungsmutter 60 anliegend halten, die als Anschlag wirkt.

Die Wirkungsweise dieses Außenrollierwerkzeugs entspricht im wesentlichen der des beschriebenen Innenrollierwerkzeugs. Mit Hilfe der Durchmessereinstellmutter 75 wird das Werkzeug auf einen Mindestwerkstückdurchmesser eingestellt, so daß, wenn der Durchmesser des Werkstücks 50 größer wird, dadurch die Dornspitze 55 nach rechts (in Fig. 4) verschoben und die Tellerfedern 78 zusammengedrückt werden, was die Aufrechterhaltung eines optimalen Rollierdrucks zur Folge hat.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Dorn soweit nach hinten verlängert, daß er durch eine Bohrung im Antriebsschaft hindurchragt. Der Dornverlängerungsteil 85 ist über eine Kupplung 86 mit einem Kolben 88 in einem Zylinder 87 verbunden. In die eine Kammer des Zylinders 87 wird ein hydraulisches Mittel oder kompressibles Fluid, z.B. Luft, über einen Regler 89 und eine Sperrvorrichtung, z.B. ein Ventil, geleitet. Dieses pneumatische Mittel oder kompressible Fluid ersetzt somit die erwähnten Tellerfedern in der elastisch nachgiebigen Vorrichtung, und bewirkt eine Vorspannung oder Vorbelastung des Dorns in der gleichen Weise wie die Tellerfedern. Wenn das Rollierwerkzeug dann durch eine V/erkzeugmaschine mit einer axial durchbohrten Spindel 90 angetrieben wird, kann der KoI-

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ben 88 durch Zuführung von beispielsweise Luft in den Zylinder 87 beispielsweise über einen rotierenden Luftverdichter auf die Dornspitze eine vorbestimmte Axialkraft über die Kupplung 86 ausüben, so daß die Hollen radial nach innen oder radial nach außen gedrückt werden, je nachdem, ob ein Innenoder ein Außenrollierwerkzeug verwendet wird. Das kompressible hydraulische Mittel hinter dem Kolben wirkt in der gleichen Weise wie die Tellerfedern. Die Verschiebung des Dorns relativ zum Käfig ist durch einen Stift 92 begrenzt, der in einen Dornschlitz 93 eingreift. Das Y/erkzeug ist in üblicher Y/cise ausgebildet und mit einer Auslösefeder 94 zwischen dem Küfighalter oder einer zylindrischen Käfigverlängerung 14' und Gcia Gehäuse 31* versehen. Der Nenndurchmesser läßt sich mit Hilfe einer Einstellmutter 95 einstellen, die die relative Lage von Käfig uhd Dorn 16' verstellt.

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Claims (2)

1. - ίο - 211 1 188

   Patentansprüche

   lj Rollierwerkzeug mit einem Dorn, dessen Längsachse koaxial zur Längsachse der zu rollierenden Oberfläche des Werkstücks angeordnet werden kann, mit einem koaxial zum Dorn und axial relativ zu diesem verschiebbaren Käfig, in dem mehrere gleiche kegelstumpfförmige Rollen gelagert sind, die an einem kegelstumpf förmi gen Endteil des Dorns anliegen und mit der zu rollierenden Werkstückoberfläche in Berührung bringbar sind, wobei die Längsachse der Rollen schräg zur Längsachse des Dorns gerichtet ist, so daß eine relative Drehung von Dorn und Werkstück um die Längsachse des Dorns einen Eigenvorschub des RoI-lierwerkzeugs relativ zum Werkstück in Richtung der Längsachse des Dorns sowie die Ausbildung eines Rollierdrucks der Rollen auf die zu rollierende Werkstückoberfläche radial in bezug auf den Dorn zur Folge hat, gekennzeichnet durch eine Kupplung (24, 28, 25, 40; 61, 80, 78, 58) zwischen dem Dorn (15; 55) und dem Käfig (14; 52), die eine relative Drehung von Dorn und Käfig gestattet und eine nachgiebige Vorrichtung (<L0; 78) enthält, die normalerweise eine axialgerichtete Kraft ausübt, die die Rollen (12; 51) mit dem Werkstück (10; 50) in Eingriff bringt und derart betreibbar ist, daß sie eine Wegbewegung der Rollen vom Werkstück solange gestattet, bis sich ein optimaler Rollierdruck ausgebildet hat.
2. 2. Rollierwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine Vorrichtung enthält, mittels der die Anfangslage von Dorn und Käfig einstellbar ist, und ein Anschlag vorgesehen ist, der die Bewegung der Rollen in Richtung auf das Werkstück begrenzt.

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