Verfahren zur Erzielung einer schmiegsamen und nachgiebigen Oberflächenschicht an unnachgiebigen Körpern aus spanlos verformbarem Material, und nach dem Verfahren hergestellter Körper. Die Erfindung bezieht sieh auf ein Ver fahren zur Behandlung von Oberflächen von unnachgiebigen Körpern aus spanlos verform barem Material, wie z. B. aus Nichteisenmetal len oder Stählen, zwecks Erzielung einer nach giebigen und schmiegsamen Oberflächen schicht.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf einen nach dem Verfahren hergestellten Kör per mit einer nachgiebigen und schmiegsamen Oberflächenschicht, der z. B. aus Nichteisen- metallen oder Stahl mit Festigkeiten bis zu 80 bis 100 kg.'mni2 bestehen kann.
In der Technik isst in vielen Fällen die Aufgabe gestellt, eine Oberflächenscliielit eines an sich unnachgiebigen, z. B. metalli schen Körpers, schmiegsam und nachgiebig zu machen. Beispielsweise kann es sich dabei um die Lösung der folgenden Aufgaben handeln:
Vermeidung einer genauen Bearbeitung der Flächen zweier eng miteinander zu ver bindender Gegenstände zwecks Gewährleistung des Anschmiegens eines Körpers an eine rauhe oder irgendwie profilierte Oberfläche des an dern, Erzielung eines festen Sitzes von Einzel teilen an oder innerhalb anderer Teile ohne Zuhilfenahme von Keilen, Stiften oder sonsti gen Sicherungen, Erreichung einer nachgiebigen Abdichtung durch eine nachgiebige, schmiegsame Ober flächenschicht,
Ermöglichung einer sonst unmöglichen ge genseitigen Bewegungsmöglichkeit zweier oder mehrerer Körper vermittels einer nachgiebigen Oberflächenschicht, (Iewährleistung einer sicheren Führupig eines Teils mit entsprechend profilierter Ober fläche in oder an einem andern Teil mit nach giebiger, schmiegsamer Berührungsflächen schicht in einer Richtung und Veimeidung von Relativbewegungen in den andern Richtungen, Ermöglichung einer Lageveränderung,
die sonst ohne Oberflächen- oder Totalzerstöiuing nicht möglich wäre.
In den aufgezählten Fällen musste man sich bisher damit behelfen, auf die unnach giebigen Körper Materialien aufzubringen, die die erwünschten Eigenschaften besitzen, wie z. B. Blei, Gummi usw. Diese an sich um ständliche Zuhilfenahme fremder Materialien hatte ausserdem noch erhebliche, durch Män gel des Haftvermögens, der Festigkeitseigen schaften und der Widerstandsfähigkeit sowie des Korrosionsverhaltens bedingte Nachteile zur Folge und konnte daher nicht. befriedigen.
Erfindungsgemäss wird die betreffende Oberflä.chenschieht des aus eine spanlose Ver formung zulassendem Material, vorzugsweise aus Flussstahl oder unvergütetem Einsatzstahl, bestehenden Werkstückes durch mechanische Bearbeitung mit einer Vielzahl.
von an der Körperoberfläche mindestens annähernd ge- sehlossenen Hohlräumen versehen, die durch dünnere Wände, als die lichte Weite der Hohl räume ist, voneinander getrennt sind.
Die schmiegsame ilnd nachgiebige Ober- flächenschicht des nach diesem Verfahren her gestellten erfindungsgemässen Körpers weist nebeneinanderliegende Hohlräume auf, wobei die Stärke der Trennwände an ihrer dünnsten Stelle die Hälfte his ein Viertel der grössten Hoblratunbreite beträgt und die Tiefe der Hohlräume die Tiefe der schmiegsamen,
nach giebigen Schicht bestimmt.
In der Zeichnung sind Teile verschiedener Vorrichtungen zur Durchführung beispiels- wei3er Ausführungsformen des Verfahrens ge mäss der Erfindung schematisch dargestellt, an Hand von denen im folgenden diese Aus- führungsformen des Verfahrens und Ausfüh- rungsbeispiele des erfindungsgemässen Kör pers beschrieben sind.. Es zeigen:
Fig. l eine Lamellenwalze, teilweise in An sicht und teilweise im Längsschnitt, Fig. 2 eine Rillenwalze in gleicher Darstel- hing, Fig.3 eine Anordnung mit drei Profil walzen, in der Ansicht, Fig. 4 eine Anordnung mit einer Lamellen- und einer Stützwalze,
Fig. 5 eine Anordnung mit einer L ameflen- walze, mit drehbar eingespanntem zu bearbei tendem Körper, und Fig.6 eine schematische Darstellung des Stauchvorganges am Werkstück mittels einer Egalisierwalze.
In Fig 1 ist eine Lamellenwalze dargestellt, deren Walzenkörper aus einzelnen Federstahl lamellen 1 und dazwischenliegenden Blech scheiben 2 kleineren Durchmessers zusammen gesetzt ist. Die Federstahllamellen 1 und Blechscheiben 2 sind auf die Achse 4 auf geschoben und mittels Schraubenmuttern 3 zusammengehalten und auf der Achse be- festigt.
Bei der Rillenwalze nach Fig.2 ist der Walzenkörper aus einem Stück hergestellt und trägt an seinem Umfang durch eine entspre chende Profilierung gebildete Stege 5.
In Fig. 3 ist schematisch eine Drei-Profil- wa#lzen-Anordnimg dargestellt, mittels der das Hochwalzen von parallelen Rippen auf der Mantelfläche des Rotationskörpers 6 durch geführt wird. Die drei Walzen 7, 8, 9, die gemäss Fig.1 oder 2 ausgebildet sein können, iungeben den zu bearbeitenden Körper 6 iii. gleichen Abständen, so dass sie an der Ober fläche dieses Körpers gleichzeitig an verschie denen Stellen angreifen. Die Walzen laufen in entgegengesetztem Sinne zum Körper um.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 4 ist eine einzige Lamellenwalze 10 vorgesehen, die den zu bearbeitenden Rotationskörper 6 an dem zu bearbeitenden Teil 11 seiner Mantelfläche berührt. Eine drehbare Stützwalze 12 liegt mit ihren vorragenden Teilen 13, 14 an den nicht zu bearbeitenden Teilen der Mantel fläche des Körpers 6 an. Es könnten auch zwei oder mehr solcher am Körper in der beschrie benen Weise anliegender Stützwalzen vorgese hen sein, durch die der Körper gegen den Druck der Profilwalze gehalten wird.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 5 ist ebenfalls eine ein zige, an der Mantelfläche des zu bearbeitenden Rotationskörpers 6 angreifende Lamehenwalze 10 angeordnet; der Körper selbst ist mittels eines Spannfutters 15 und eines Zapfens 16 drehbar gelagert, die an Körperteilen beidseits der zu bearbeitenden Mantelfläche angreifen.
In Fig. 6 ist der Stauchvorgang an einer Teilstück der mit den Rippen versehenen Oberfläche eines Körpers 6 im Schnitt ver anschaulicht. Auf dem linken Teil sind die beim ersten Bearbeitungsgang mit der bzw. den Profilwalzen erhaltenen parallelen Rippen 17 und die dazwischenliegenden Vertiefun gen 18 zu sehen, während auf dem rechten Teil die unter der Wirkung einer Egalisierwalze 19 gebildeten Kanäle in der Oberflächen schicht zu erkennen sind.
Die Rippen 17 wer den bei diesem zweiten Arbeitsgang zur Bil dung einer glatten, geschlossenen Oberfläche 20 am Körper zusammengestaucht, so dass die Vertiefungen 18 an ihrer Aussenseite über brückt und zu Ilohlräumen 21 umgeformt werden.
Es könnten auch zwei oder mehr Ega- Jisierwalzen, von denen mindestens eine an- getrieben wird, auf (len Körper einwirken, wobei bei der Bearbei.tiuig einer 14lantedfläche eines Rotationskörpers die Walzen auf gegen überliegenden bzw. auf verschiedenen Seiten des Körpers an der Fläche angreifen.
Die beschriebenen Einrichtungen arbeiten zur Erzielung einer schmiegsamen und nach giebigen Oberfläche an unnachgiebigen Kör pern in zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen. Der erste Arbeitsgang besteht in der Bearbeitung der zumindest geschnipp- ten Oberfläche durch eine oder mehrere rasch rotierende Profilwalzen.
Dabei wird an der zii behandelnden Oberfläche des Körpers eine Vielzahl paralleler Rippen gebildet,.die hier auf im zweiten Arbeitsgang,<B>7.B.</B> zwischen EgalWerwa'lzen, zusammengedrückt werden, um die Oberflächenschicht mit geschlossenen Hohlräumen bzw. Luftkammern bei Mantel flächen von Rotationskörpern zu bilden.
Dabei richtet sich die Dicke und Höhe der von den Lamellen bzw. durch die Rillen gebil deten Stege der Walze (Fig.l bzw. 2) nach der gewünschten Feinheit der Hohlräume, das heisst Nachgiebigkeit und Schmiegsamkeit, der weich zu machenden Oberflächenschicht bzw. Tiefe der letzteren. Zweekniässig wird man die letztere mindesten 0,1 mm machen.
Das bzw. die walzenförmigen Werkzeuge (Fig.1 bzw. 2)werden durch einen nicht ge zeichneten Antrieb auf hohe Drehzahlen, z. B. 9.000 bis 5000 Umdrehungen pro Minute, ge bracht und unter Druck gegen den zu be arbeitenden Körper gepresst.
Hierbei wird da,5 Werkstück, wenn es sich um einen rotations- symmetrischen Körper handelt, durch eben falls nicht gezeichnete Mittel in ebenso whnelle, zweckmässig aber in noch wesentlich raschere Umdrehung versetzt.
Die profilierte Oberfläche der Walze drückt sieh in selbst sehr hartes Material bei den beträchtlichen Berührungsgeschwindigkeiten ein und be wirkt, dass zwischen den einzelnen Lamellen bzw.
Stegen der Walze (las Material des an sich unnachgiebigen Körpers zu entsprechenden nebeneinanderliegenden, ringförmigen Rip pen hochwächst. Dieser Vorgang ist mit einer starken örtlichen Wärmeentwicklung verbun- den, die zweckmässig durch eine Kühlung der Walze mit Spülöl innerhalb gewisser Grenzen, gehalten wird, um ein Fressen oder Reissen des hochgewalzten Materials züi vermeiden.
Dieses Hochwalzen von Rippen an einer Oberfläche lässt sich beispielsweise selbst bei härtestem Stahl innerhalb einer Sekunde durchführen, da infolge der hohen Drehzahl des zu bearbeitenden Gegenstandes eine Viel zahl von äusserst kurzzeitigen Anpressvorgän- gen jedes Oberfläehenteiils mit der rotierenden Profilwalze stattfindet.
Der Körper, dessen Oberfläche in der be schriebenen Weise vorbearbeitet worden ist., wird nun in dem erwähnten zweiten Arbeits- gang, z. B. zwischen Egalisierwalzen mit. glat ter harter Oberfläche (aus der Zeichnung nicht ersichtlich), die ebenfalls mit hoher Drehzahl umlaufen, bearbeitet.
Der Egalisier- vorgang ist nur bei hohen Drehzahlen gut durchführbar, weil nur dann Sicherheit gegen Verbiegen oder Abbrechen bzw. ungleiehmässi- ges Stauchen der zweckmässig feinen Rippen besteht. Diese sollen ja nur an ihrer Stirnseite zusammengestairtcht werden, bis der zwischen ihnen bestehende Zwischenraum überbrückt ist.
Nach der Durchführung dieses zweiten Arbeitsganges ist eine glatte Oberfläche am Körper entstanden, die etwas grösseren Durch messer als die ursprüngliche besitzt, während die Oberflächensehiclit des Körpers nun eine (gewisse Nachgiebigkeit und Schmiegsamkeit besitzt bis zu völligen Zusammenpressen der Luftkammern und der sie voneinander tren nenden Zwischenwände.
Die Querschnittsform der nebeneinander liegenden Hohlräume bzw. Kammern kann verschieden sein. Je nach der Form der La mellen bnv. Stege der Walze bestimmt sich der Profilquerschnitt, das heisst. ob eckig, rund oder oval, wobei er auch noch abhängig von der zeitlichen Dauer und der Tiefe des Zuwalzens der erzeugten, nach aussen offenen Rillen ist.
Voraussetzung für die Durchführung des Verfahrens ist natürlich, dass die Körper ans Materialien bestehen, die eine spanlose Ver formung zulassen, also vor allem Nichteisen- raetal'le oder Stahl mit Festigkeiten bis 80 bis 100 kg/mm".
Die Hohlräume der Oberflächenschicht be stehen bei rotationssymmetrischen Körpern aus ringförmigen, nebeneinanderliegenden Kanälen, die in zurr Rotationsachse senkrech ten Ebenen liegen, bei Körpern anderer Form gebung hingegen aus parallelliegenden, der Oberflächenform folgenden Kanälen,
wobei die Stärke der die Kanäle voneinander tren nenden Wände an ihrer dünnsten Stelle die Hälfte bis ein Viertelader grössten Kanalbreite betragen soll (vergl. Fig. 6).
Bei den nach dem beschriebenen Verfahren behandelten Gegenständen ist die Oberflächen- schicht mit den in ihr gebildeten, an der Oberfläche des Körpers geschlossenen oder auch nur fast geschlossenen Hohlräumen ge gen eine Formveränderung oder eine Defor mierung wesentlich nachgiebiger, als es das homogene Material wäre, da die Schicht gleich sam porös geworden ist.
Die Nachgiebigkeit der Schacht ist graduell veränderlich durch entsprechende Bemessung der Stegdicke, das heisst des Luftkammerabstandes; sie ist also unabhängig von der Materialfestigkeit. Die Tiefe der eingearbeiteten Hohlräume bestimmt die Dicke der nachgiebigen schmiegsamen Schicht.
Durch Anwendung des beschriebenen Ver fahrens auf mindestens eine der ihre Berüh rungsflächen aufweisenden Schichten wird es ermöglicht, eine vollständige, dichtende und doch nachgiebige Verbindung zweier oder mehrerer unnachgiebiger Körper aus hartem Material, z. B. metallischer Körper, zu schaf fen.
Diese Verbindung besitzt in sich einen gewissen Bewegmngsspielraum, der sonst über haupt nicht oder nur unter Beschädigung möglich wäre bzw. unter Zuhilfenahme ande rer schmiegsamer bzw. abdichtender und nach giebiger Stoffe angestrebt werden müsste. In.
der beschriebenen Weise behandelte Ober- flächenschichten können beispielsweise bei Körpern für die folgenden Zwecke vorteilhaft verwendet werden Für Achsen, Stiften, Bolzen oder ähnliche Maschinenelemente, die in zu kleine oder un- bearbeitete Bohrungen in ebenso hartem oder noch härterem Material einzutreiben bestimmt sind.
Zier Schaffung einer gewissen Bewegungs- mögliehkeit zweier oder mehrerer Körper ge geneinander, die sonst wegen zu grosser Ober flächenreibung oder Unnachgiebigkeit der Körper nicht oder nur mit grossen Kräften bzw. nur unter teilweiser oder välliger Zer- störung möglich wäre, z. B. klemmende, grab bearbeitete Kolben im Zylinder, Geschosse im. Lauf, Maschinenelemente auf genuteten Wel len und dergleichen.