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Bez.: Vorrichtung zum Walzen von Hohlkehlen
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Walzen von Hohlkehlen,
insbesondere an Kurbelwellen, mit mindestens einer in einem Käfig frei drehbeweglich
gelagerten Walzrolle, die über eine Außenprofilkehle einer in einem Gehäuse der
Vorrichtung gelagerten Stützrolle in einem Winkel anpreßbar ist.
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Es ist bekannt, daß die durch Biegewechselbeanspruchung verursachten
Brüche von Kurbelwellen an den Ubergangsstellen der Lagerzapfen zu den Kurbelwangen
oder in Haarrissen der Laufflächen ihren Ausgang nehmen. Es ist
gleichfalls
bekannt, diese kritischen Stellen festzuwalzen und damit die Biegewechselfestigkeit
erheblich zu verbessern.
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Um derartige Verbesserungen der Biegewechselfestigkeit zu erreichen,
ist es gemäß der deutschen Patentschrift 10 70 955 bekannt, mehrere Festwalzrollen
in einem Käfig so zu führen, daß sie gleichzeitig den Bereich der Kurbelwellenkehle
festwalzen. Diese Festwalzrollen stützen sich gegen eine in einem Gehäuse angeordnete
Stützrolle ab.
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Hierbei treten schädliche Aufwalzungen in den anschließenden Lager
zonen auf, die eine zusätzliche Nachbearbeitung der Kurbelwelle erforderlich machen.
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Desweiteren ist gemäß der deutschen Patentschrift 10 05 869 ein Gerät
zum Festwalzen von Hohlkehlen mit mehreren gleichmäßig auf einem Kreisumfang verteilten
freibeweglichen Festwalzrollen bekannt. Diese Festwalzrollen sind in einem freibeweglichen
Käfigring gelagert und stützen sich gegen einen gemeinsamen, konzentrisch zum Käfigring
angeordneten Lagerring derart ab, daß die Achse jeder einzelnen Festwalzrolle und
die Achse des gemeinsamen Lagerringes einen Winkel von etwa 450 einschließen. Die
Festwalzrollen sind auf je einer im Käfigring befestigten Achse drehbar gelagert,
wobei der Bohrungsdurchmesser der Festwalzrollen größer ist als der Durchmesser
ihrer Achsen und die Schlitzbreite im Käfig ring für die Aufnahme der Festwalzrollen
größer ist als die Breite einer Festwalzrolle.
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Die Forderung, insbesondere tangierende Kurbelwellenhohlkehlen festzuwalzen,
ohne dabei schädliche Aufwalzungen in den anschließenden Lygerzonen zu hinterlassen,
führte zur Anwendung einer Profilfestwalzrolle mit einer schmalen Kontaktzone. Die
bei allen Festwalzpperationen zwangsläufig
auftretenden Aufwalzungen
wurden hier innerhalb der Hohlkehle abgelagert. Die Geometrie der anschließenden
radialen sowie axialen Lagerzonen wird nicht verändert. Die Steigerung der Biegewechselfestigkeit
ist gleichwertig mit der Steigerung, die mit Vollprofilrollen erreicht wird.
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Beim Arbeiten mit Profilfestwalzrollen mit einer schmalen Kontaktzone
entsteht jedoch durch ungleiche Umfangsgeschwindigkeiten in Verbindung mit dem Walzdruck
ein Drehmoment, das zur Verschränkung der ungelagerten Profilrolle führt.
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Eine Zwangs führung derartiger Rollen im bisher üblichen zweiteiligen
Schlitzkäfig ist nicht möglich, da zunächst die Herstelltoleranzen des Käfigs zu
groß sind, darüberhinaus aber auch die Führungsflächen des Käfigs starr fixiert
sind und somit den im Rahmen der zulässigen Breitentoleranz schwankenden Lagerbreiten
nicht folgen. Die erforderliche seitliche Führung schafft sich die Rolle dadurch
selbst, daß sie mit ihrer Kante, infolge der auftretenden Verschränkung eine Aufwalzung
bzw. Bordkante in der zu bearbeitenden Hohlkehle erzeugt und sich son in der selbsterzeugten
Laufspur hält. Diese Aufwalzung aber liegt infolge der Verschränkung, durch die
ja die wirksame Rollenbreite vergrößert wird, wieder an unzulässigen Stellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der einleitend
genannten Art zu schaffen, der die vorerwähnten Nachteile nicht anhaften, die vielmehr
so ausgebildet ist, daß die Profilfestwalzrollen mit schmaler Kontaktzone geführt
sind und die Verschränkung der Rollen verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Walzrolle
ständig durch die Kraft einer, mit einem Ende am Gehäuse und mit einem anderen Ende
am schwenkbar zum Gehäuse angeordneten Käfig angreifenden Feder jeweils punktförmig
mit ihrer Außenumfangsfläche an der Außenprofilkehle der Stützrolle und mit einer
ihrer Seitenflächen an der Mantelfläche einer im Käfig gehaltenen Nadelrolle in
Berührung ist. Auf diese Weise gelangt man zu einer Vorrichtung zum Walzen von Hohlkehlen
der einleitend genannten Art, die die vorerwähnte Aufgabe voll erfüllt.
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Hinzu kommt, daß durch die Führung der Rolle letztere siek nicht mehr
eine zu breite Laufspur mit den beschriebenen Nachteilen erzeugt. Desweiteren läuft
die Festwalzrolle genau dort, wo sie zur Herstellung der gewünschten Festigkeitswerte
laufen muß, ohne daß die nachteilhafte Möglichkeit besteht, daß sich die Festwalzrolle
in unkontrollierter Weise aus der gewünschten Bahn entfernt. Breitenschwankungen
der Lagerstellen der Kurbelwelle können ohne weiteres hingenommen werden, ohne auf
die sorgfältige Führung der Walzrolle verzichten zu müssen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in dem
die Walzrolle haltenden Käfig ein austauschbares Gleitstück angeordnet ist. Dieses
Gleitstück bewirkt, wie weiter unten noch auszuführen sein wird, daß bei allen Walzdrücken
die gewünschte Führung der Festwalzrolle immer gewährleistet ist.
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Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß der Käfig in zwei senkrecht
zueinander stehenden Ebenen schwenkbar am Gehäuse gelagert ist. Das bringt den Vorteil,
daß man sich auf diese Art und Weise den Toleranzen und auch anderen Ungenauigkeiten
ohne weiteres anpassen kann.
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Mach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgeschen, daß in an
sich bekannter Weise in Kafig spiegeltildlich zwei Walzrollen gespreizt zueinander
angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich mit einem Arbeitsgang zwei gegenüberliegende
Hchlkehlen, wie es bei Kurbelwellen überwiegend der Fall ist, gleichzeitig bearbeiten.
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In der Ziechnung sind zwei Ausfübrungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 eine Ansicht auf ein erztor SAusführungsboispiel gemäß dor Erfindung,
FIg. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 2a einen Schnitt länge
der Linie XI-Xi der rt. 2, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig.
1, Tig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 1, Fig. 5 eine Ansicht auf
den Käfig bei abgedommenen Gehäuse, Fig. 8 eine Ansicht von unten gegen den Käfig,
Fig. 7 eine Ansicht auf eine zweite Ausführungsform der Erfindung, Fig. 8 einen
Schnitt längs der Linie VIII-VIII der Fig;. 7, Fig. 8a einen Schnitt längs der Linie
XII-XII der Fig. 8 Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie XXIIX der Fig. 7,
Fig.
9a in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt "A" aus Fig. 9 Fig. 10 einen Schnitt
längs der Linie X-X der Fig. 7, Fig. 11 eine Draufsicht auf den Käfig bei abgenommenem
Gehäuse und Fig. 12 eine Ansicht auf den Käfig von unten her.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zum Walzen von
Hohlkehlen, insbesondere an Kurbelwellen 1.
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Hierzu ist in dem Gehäuse 2 die Stützrolle 3 mit ihren Außenprofilkehlen
4 und 5 drehbeweglich gelagert. Im unteren Bereich des Gehäuses 2 ist der Rollenkäfig
6 um die Schwenkachse 7 in Richtung des Doppelpfeiles S schwenkbar. Die Feder 9
drückt bei der dargestellten Ausführungsform den Rollenkäfig 6 in Richtung auf das
Werkzeuggehäuse 2.
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Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß die Nadelrollen 10 und 11 bei der
genannten Bewegung des Käfigs die Walzrollen 12 und 13 nach außen spreizen. Die
Nadelrollen 10 und 11 sind mit den Stiftschrauben 10 und 11' festgeklemmt.
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Die Rollen 12 und 13 haben bei herkömmlichen Werkzeugen wegen der
beim Abrollen der Rollen 12 und 13 im Kurbelwellenradius über den Bereich des Radius
auftretenden Umfangsgeschwindigkeitsunterschiede das Bestreben, sich um die Achse
XI-XI zu verschwenken. Da mit herkömmlichen Werkzeugen eine derartige Verschwenkung
bisher nicht vermieden werden konnte, haben infolge eingetretener Verschwenkung
um die Achse XI-XI die Rollen 12 und 13 das Bestreben, am Planspiegel der Kurbelwelle
1 radial nach außen zu laufen.
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Hierdurch bedingt kann der tatsächliche Arbeitsbereich der Rollen
12 und 13 nicht mehr kontrolliert werden. Beim Walzen unvermeidlich entstehende
Aufwalzungen werden in unerwünschte Zonen der Kurbelwelle 1 getragen. Eine auf den
zu bearbeitenden Radius bezogene, extrem schmale Rolle mit einem entsprechend kleinen
Kontaktbereich würde die Biegewechselfestigkeit der Kurbelwelle nur in nicht ausreichendem
Maße erhöhen.
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Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zum Walzen von Hohlkehlen
werden zur Vermeidung der genannten Nachteile die Rollen 12 und 13 geführt. Da die
Rollen 12 und 13 entsprechend den Breitentoleranzen der Kurbelwellenlagerstellen
von Werkstück zu Werkstück eine unterschiedliche Schräglage einnehmen, müssen die
Rollenkäfige an bekannten Werkzeugen den Walzrollen hierfür genügend seitliches
Spiel lassen.
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Diese seitliche Beweglichkeit darf wegen der Notwendigkeit des breiten
Toleranzausgleiches nicht verlorengehen.
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Um die dargestellte Vorrichtung mit den in Spreizstellung befindlichen
Rollen 12 und 13 in die Arbeitsposition bringen zu können, wird sie tangential in
Richtung auf den Kurbelzapfen bewegt. Bei einer derartigen Vorgehensweise können
die Planspiegel der Kurbelwellé 1 die schrägstehenden Walzrollen 12 und 13 wieder
zusammendrücken und über die Nadelrollen 10 und 11 den Rollenkäfig 6 gegen die Kraft
der Feder 9 nach unten drücken. Die Kraft der Feder 9 drückt demnach über den Rollenkäfig
6 die NadelrolleL0 und 11 gegen die Stirnflächen der Walzenrollen 12 und 13.
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Wenn sich die Walzrollen 12 und 13 um die Achse XI-XI verdrehen wollen,
so-müssen sie dazu den Rollenkäfig 6 über die Nadelrollen 10 und 11 gegen die Kraft
der Feder 9 nach unten drücken. Andererseits ist die Kraft, die so auf die
Rollen
12 und 13 wirkt, daß die Tendenz besteht, daß sich die Rollen 12 und 13 um die Achse
XI-XI verschränken, abgängig von der aufgewendeten Festwalzkraft. Das bedeutet,
daß mit größer werdender Festwalzkraft auch die die Walzrollen 12 und 13 um die
Achse XI-XI verdrehende Kraft größer wird, mithin also auch die Kraft, die über
die Nadelrollen 10 und 11 den Rollenkäfig 6 gegen die Kraft der Feder 9 nach unten
drückt. Nach Überschreiten einer bestimmten Festwalzkraft würden die auf den Rollenkäfig
6 nach unten wirkenden Kräfte größer als die Kraft der Feder 9. Das würde bedeuten,
daß bei einer solchen Kräfteverteilung die Walzrollen 12 und 13 nicht mehr genügend
sicher über die Nadelrollen 10 und 11 geführt würden.
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Da aber gleichzeitig in Abhängigkeit von der Walzkraft der Rollenwiderstand
zwischen der Kurbelwelle 1 und den Walzrollen 12 und 13 durch die Entstehung eines
Werkstoffwulstes, dessen Größe von der Walzkraft abhängig ist, zunimmt, entsteht
ebenfalls in Abhangigkeit von der Walzkraft eine die Walzrollen 12 und 13 vorwärtstreibende
Kraft F, die in Richtung des Pfeiles 14 wirkt. Diese Kraft F verursacht eine Verschiebung
der Rollen 12 und 13 in Richtung des Pfeiles 14, wodurch sich die Rollen 12 und
13 gegen das im Rollenkäfig 6 vorgesehene Gleitstück 15 anlegen.
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Hierdurch entsteht an dem Gleitstück 15 eine von der Walzkraft abhängige
Kraft F1, die in Richtung des Pfeiles 16 nach oben wirkt. Da sie in der gleichen
Richtung wirkt wie die Federkraft, wird hierdurch gewährleistet, daß auch bei variierenden
Walzkräften die Walzrolien 12 und 13 über die Nadelrollen 10 und 11 immer sicher
geführt sind.
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Die parallel montierten, auswechselbaren Nadelrollen 10 und 11 schwenken
um den Spurzapfen 17 in Richtung des
Doppelpfeiles 18. Der Spurzapfen
17 muß auch die auftretenden Tangentialkräfte aufnehmen. Übliche Herstelltoleranzen
im Werkzeug wie auch bei der Kurbelwelle 1 treten aufgrund der großen Ausgleichsmöglichkeiten
des Werkzeuges nicht störend in wrscheinung. Desweiteren ist auch eine Verschiebbarkeit
des Rollenkäfigs 6 in Richtung des Doppelpfeiles 19 vorgesehen.
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Aus Figer-6 sind die Öffnungen 20 und 21 zu erkennen, durch die die
in Figu 6 nicht näher dargestellten Walzrollen 11 und 12 austreten.
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Bei der in Figur 7 und den nachfolgenden Figuren dargestellten Vorrichtung
handelt es sich um eine Vorrichtung der grundsätzlich gleichen Art, wie vorstehend
beschrieben. Bei dem vorstehend dargestellten Werkzeug jedoch arbeiten zwei Walzrollen
12 und 13 , deren seitlich gerichtete, auf den Rollenkäfig 6 wirkende Kräfte (Führungskräfte)
sich gegenseitig aufheben. Soll jedoch nur mit einer Walzrolle 22 einseitig, beispielsweise
am Endlager der Kurbelwelle 1 gewalzt werden, so würden die no;twendigen Führungskräfte
bei der vorstehend beschriebenen Version dazu führen, daß der Rollenkäfig 6 seitlich
ausdreht. Dies aber wird bei der Ausführungsform gemäß Fig ç 7 und folgende dadurch
vermieden, daß der Rollenkäfig 23 nicht mehr seitlich ausdrehen kann, sondern seitlich
abgestützt ist, so daß über diese Abstützung die zu den Führungskräften notwendigen
Reaktionskräfte aufgebracht werden können. Die seitliche Abstützung ist so ausgebildet,
daß der Rollenkäfig 23 um den Abstützpunkt 24 eine geringe Schwenkbewegung ausführen
kann, so daß hierdurch dafür Sorge getragen ist, daß die die Walzrolle 22 führende
Nadelrolle 25 immer an der Walzrolle 22 anliegt. Die Nadelrolle 25 ist mit der Stiftschraube
25' festgeklemmt.
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Auch hier ist in dem Gehäuse 2 die Stützwalze 26 drehbeweglich gelagert.
Sie hat im Gegensatz-zu der ersten Ausführungsform der Erfindung nur eine Außenprofilkehle
27, gegen die die einzige Walzrolle 22 sich beim Rollen der Hohlkehle 28 beispielsweise
des Ventilatorzapfens 29 abstützt. Dte Walzrolle 22 wird durch die Nadelrolle 25
geführt. Diese befindet sich gegenüber der Außenprofil kehle 27 der Stützrolle 26
in dem Rollenkäfig 23, der zur Stützrolle 26 einen solchen Abstand einnimmt, daß
noch gewisse Pendelbewegungen zur Anpassung an Toleranzen und dergleichen möglich
sind. Die Schwenklagerung erfolgt mittels einer Messerschneide 30, die sich im Schwenkpunkt
24 abstützte Der Rollenkäfig 23 ist über die Schraubenbolzen 31 und die Federn 32
an dem Gehäuse 2 federnd nachgiebig befestigt. Durch die Öffnung 33 tritt die Walzrolle
22 hindurch.