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Gerät zum Festwalzen von Hohlkehlen Die Erfindung bezieht sich auf
ein Gerät zum Festwalzen von Hohlkehlen mit mehreren gleichmäßig auf einem Kreisumfang
verteilten, frei drehbeweglichen Festwalzrollen.
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Es ist bekannt, an Glatt- oder Festwalzgeräten erstens die Prägerollen
um das Werkstück umlaufen zu lassen, zweitens die Prägerollen gleichmäßig auf einem
Kreis um das Werkstück verteilt anzuordnen und drittens die Prägerollen lose drehbar
in einem Käfig so anzuordnen, daß sich die Rollen einerseits an der zu bearbeitenden
Werkstückfläche und andererseits an einem gemeinsamen Lagerkörper abstützen.
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Auch das Festwalzen von Hohlkehlen mittels großer Rollen ist an sich
bekannt. Vorrichtungen, die große Rollen verwenden, haben den Nachteil, daß große
Walzkräfte eingeleitet werden müssen und daß infolgedessen die Geräte aufwendig
und teuer sind.
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Gegenüber den bekannten Konstruktionen bezweckt die Erfindung, das
Festwalzen von Hohlkehlen mit einfachen Geräten vorzunehmen, deren Rollen einen
sehr kleinen Durchmesser aufweisen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Anordnung von mehreren gleichmäßig
auf einem Kreisumfang verteilten, frei drehbeweglichen Festwalzrollen, die in einem
frei beweglichen Käfigring gelagert sind und sich gegen einen gemeinsamen, konzentrisch
zum Käfigring angeordneten Lagerring derart abstützen, daß die Achse jeder einzelnen
Festwalzrolle und die Achse des gemeinsamen Lagerringes einen Winkel von etwa 45°
einschließen. Es handelt sich dabei um ein einfaches preiswertes Gerät, das auch
an die Güte und Art der Werkzeugmaschine, auf der es verwendet wird, keine hohen
Ansprüche stellt. Es kann sowohl an der Drehbank als auch an der Bohrmaschine oder
einer ähnlichen Maschine verwendet werden. Die Walzkraft der Festwalzrollen ist
in vorteilhafter Weise in radialer Richtung zum Werkstück vollständig ausgeglichen,
so daß nach außen hin keine radialen Kräfte zur Auswirkung kommen.
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In axialer Richtung muß die Walzkraft von der Spindel bzw. vom Maschinentisch
aufgenommen werden. Da aber der Rollendurchmesser sehr gering ist, ist auch die
Axialkraft, die von diesen Festwalzrollen ausgeübt wird, gering. Der Festwalzvorgang
selbst wird in günstigster Weise durch Axialkräfte eingeleitet. Die Verfestigung
der Hohlkehle erfolgt also in günstigster Weise durch Eindringen der Festwalzrollen
in die Hohlkehle unter einem Winkel von 45° gegen die Achse des Werkstücks. Es werden
vorteilhafterweise Festwalzrollen verwendet, deren Durchmesser nur etwa 20 mm beträgt
gegenüber bisher gebräuchlichen Rollen mit einem Durchmesser von 150 mm und mehr.
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Die Festwalzrollen sind auf je einer in einem Käfigring befestigten
Achse drehbar gelagert. Auf diese Weise wird der Abstand der Festwalzrollen zueinander
stets gleichgehalten. Die Festwalzrollen können aus dem Gerät nicht herausfallen,
wenn es nicht in Betrieb ist.
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Der Bohrungsdurchmesser der Festwalzrollen ist größer als der Durchmesser
ihrer Achsen, und die Schlitzbreite im Käfigring für die Aufnahme der Festwalzrollen
ist größer als die Breite einer Festwalzrolle. Es ist damit zu rechnen, daß der
Durchmesser der Werkstücke und der Radius der Hohlkehle innerhalb eines Toleranzbereiches
verschieden groß sind. Diese Toleranzen gleicht das Gerät vorteilhafterweise dadurch
aus, daß die Festwalzrollen mehr oder weniger schräg steilbar sind. Die Ausführung
des Gerätes in vorgenannter Weise ermöglicht diese Schrägstellung.
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Der Käfigring wird von einem Deckel derart festgehalten, daß er innerhalb
des Gerätes frei beweglich ist. Auf diese Weise wird in vorteilhafter Weise verhindert,
daß der Käfigring herausfallen kann. Andererseits behält er die freie Beweglichkeit
bei, die notwendig ist, um die vorgesehene Lage der Festwalzrollen zu gewährleisten.
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Die Laufrille für die Festwalzrollen ist in dem gemeinsamen Lagerring
kreisbogenförmig ausgebildet und läuft in eine horizontale Ebene und eine Zylinderebene
aus. Die Ausbildung des gemeinsamen Lagerringes gemäß der Erfindung ermöglicht in
vorteilhafter Weise eine einfache Herstellung der Laufrille des Lagerringes. Mit
einer Schleifscheibe, deren Außendurchmesser kleiner ist als die Bohrung des Lagerringes
und, deren Achse der Werkstückachse parallel gerichtet ist, läßt sich die Laufrille
in einfachster Weise schleifen..
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Sowohl die Festwalzrollen als auch der gemeinsame Lagerring werden
aus Hartmetall gefertigt. Die gegenüber bekannten Festwalzgeräten sehr geringen
Abmessungen des erfindungsgemäßen Gerätes ermöglichen die Herstellung der Festwalzrollen
und des
Lagerringes aus Hartmetall, auch bei Berücksichtigung erträglicher
Fertigungskosten für dieses Gerät.
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Gegenüber den üblichen Werkstoffen besitzen die Hartmetalle eine erheblich
größere Härte, so daß die Lebensdauer dieses Greätes erheblich heraufgesetzt wird.
Der gemeinsame Lagerring ist gegenüber dem Einspannschaft nach allen Richtungen
beweglich. Die Eindringtiefe der Festwalzrollen in die Hohlkehle beträgt nur Bruchteile
eines Millimeters. Es ist schwierig, Werkstück und Festwalzwerkzeug in die Maschine
gleichachsig einzubauen. Ferner ist damit zu rechnen, daß auch die Größe des Durchmessers
der Festwalzrollen toleriert ist. Aus diesen Gründen wird die Hohlkehle an verschiedenen
Stellen des Zylinderumfanges in dem Falle verschieden stark festgewalzt werden,
wenn Werkstück und Festwalzgerät eine starre Lage zueinander besitzen. Die Werkstückspindel
bzw. das Werkstück würde verdrückt werden. Das muß verhindert werden, weil sonst
mit bleibenden ungewollten Verformungen des Werkstücks zu rechnen ist. Durch freie
Beweglichkeit des Lagerringes werden vorteilhafterweise solche Schäden ausgeschaltet.
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Der gemeinsame Lagerring und der Einspannschaft des Gerätes sind durch
eine aufvulkanisierte Gummiwalze miteinander verbunden. Diese Verbindung von Lagerring
und Einspannschaft ergibt große Nachgiebigkeit der Achse des Werkzeugs in radialer
Richtung.
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Sie ermöglicht ferner Taumelbewegungen der Vorrichtung, so daß auch
nicht genau planparallele Hohlkehlen festgewalzt werden können. Sie ist dagegen
widerstandsfähig gegen Verdrehungen. Auch beansprucht das an sich nur sehr geringe
Drehmoment des arbeitenden Gerätes die Gummiwalze sehr gering. Mit anderen Worten,
Taumelbewegungen des Werkzeugs und Achsverlängerungen von Werkzeug und Werkstück
erfolgen unter großer Last. Demgegenüber ist die Gummiwalze außerordentlich nachgiebig.
Drehbewegungen erfolgen bei sehr geringen Widerständien. Denen gegenüber ist die
Gummiwalze unnachgiebig.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in zwei Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt das Gerät in einem Längsschnitt gemäß Linie I-I der Fig.
2; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1; Fig.3 zeigt den
Käfigring mit den darin befindlichen Festwalzrollen als Einzelteil herausgezeichnet;
Fig. 4 zeigt in größerer Darstellung einen Teil des Längsschnittes der Fig. 1; Fig.
5 zeigt das erfindungsgemäße Gerät in der Verwendung für das Festwalzen von Hohlkehlen
bei Bohrungen.
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Auf einem nicht dargestellten Tisch einer Bohrmaschine ist das Werkstück
1 in gezeichneter Lage befestigt. Die Hohlkehle 2 des Werkstückes 1 steht in Kontaktschluß
mit drei Festwalzrollen 3. Der Radius der Werkstückhohlkehle 2 und der Radius der
Abrundung der Festwalzrollen 3 sind gleich. Die Festwalzrollen 3 stützen sich an
einem Lagerring 4 ab. Die Abstützung erfolgt in einer Laufrille 5, deren Hohlkehle
6 den gleichen Radius hat wie die Abrundung der Festwalzrollen. Die Laufrillenhohlkehle
6 läuft aus in eine Rillenplanfläche 7 und in eine Rillenzylinderfläche 8 (Fig.
4). Den Abstand der Festwalzrollen voneinander auf einem Kreisumfang des Gerätes
während der Arbeit sichert ein Käfigring 9. Die Festwalzrollen 3 sind in Schlitzen
des Käfigringes 9 angeordnet, deren Breite größer ist als die Breite der Festwalzrollen
3 und deren Länge größer ist als der Größtdurchmesser der Festwalzrollen 3. In dem
Käfigring 9 ist eine Achse 10 befestigt. Die Mittellinie der Achse 10 bildet mit
der Achse des Werkstücks 1 einen Winkel von 45°. Auf dieser Achse 10 ist die Festwalzrolle
3 gelagert. Dabei ist die Lagerbohrung 11 der Festwalzrolle3 größer als der Durchmesser
der Achse 10.
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Bei Beginn des Festwalzens nimmt die Achse der Festwalzrolle 3 eine
solche Lage ein, daß zwischen der Achse der Festwalzrolle 3 und der Achse des Werkstücks
ein Winkel von 45 bzw. kleiner als 45° erreicht wird. Nach Beendigung des Festwalzens
und nach dein Eindringen der Festwalzrolle in die Werkstückhohlkehle 2 wird der
vorgenannte Winkel größer als 45°. Diese genannten Winkel sind nur angenähert angegeben.
Sie ändern sich, wenn auch die Größen der Durchmesser des Werkstücks 1 und der Durchmesser
der Festwalzrolle und die Abmessungen der Werkstückhohlkehle 2 verschieden sind.
Die angegebene Spielfreiheit der Festwalzrolle 3 im Käfigring 9 und auf der Achse
10 ermöglichen ein Pendeln der Festwalzrolle von einem Winkel unter 45° zu einem
Winkel über 45°.
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Der Lagerring 4 ist konzentrisch in einer Scheibe 12 gelagert. Eine
Deckscheibe 13 hält den Lagerring 4 in der Scheibe 12 fest und verhindert durch
ihre Deckplatte 14 ein Herausfallen des Käfigringes 9. Der Käfigring selbst ist
innerhalb des Gerätes frei beweglich. Auf der Scheibe 12 ist eine Gummiwalze 15
aufvulkanisiert, derart, daß sie mit der Oberfläche der Scheibe 12 an der Vulkanisierstelle
querschnittsgleich ist. An ihrem freien Ende ist die Gummiwalze 15 mit einem Werkzeugschaft
16 durch Vulkanisation verbunden. Der kegelige Teil 17 des Werkzeugschaftes 16 wird
in eine Werkzeugaufnahme 18 beispielsweise einer Bohrmaschine eingespannt. Die Werkzeugaufnahme
18 steht in nicht gezeichneter Verbindung mit der Bohrspindel der Bohrmaschine.
Die Bohrspindel vollführt die Drehung und wird axial gegen das Werkstück 1 gedrückt.
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Die Arbeitsweise des Gerätes ist folgende: Die Arbeitsspindel der
Bohrmaschine wird vom Bohrmaschinenmotor in Drehung versetzt. Von Hand wird die
Bohrspindel gleichzeitig mit dem Festwalzwerkzeug auf das Werkstück gesenkt, bis
die Festwalzrollen 3 auf dem Bund des Werkstücks 1 aufliegen. Während des Absenkens
der Bohrspindel liegen die Festwalzrollen 3 deshalb nicht am Werkstück an, weil
sie durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrückt werden. Erst nach Anliegen am
Bund des Werkstücks 1 verkleinern sie ihren Arbeitsdurchmesser bis zum vollen Anliegen
an der Werkstückhohlkehle 2. Danach wird die Bohrspindel mit entsprechender Kraft
heruntergedrückt, und die Festwalzrollen walzen die Werkstückhohlkehle 2 fest. Wenn
die Werkstückhohlkehle 2 genügend festgewalzt ist, wird die Bohrspindel abgezogen.
Die Festwalzrollen 3 vergrößern unter der Wirkung der Zentrifugalkraft ihren Arbeitsdurchmesser,
so daß das Gerät bequem vom Werkstück 1 abgezogen werden kann.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 bearbeiten die Festwalzrollen
3 die Hohlkehle einer Bohrung. Bei diesem Gerät bringt die Arbeitsspindel das Festwalzgerät
an die Arbeitsstelle, ohne daß sie eine Rotation ausführt. Der Antrieb für die Drehung
der Arbeitsspindel wird erst eingeschaltet, wenn sich die Festwalzrollen an der
Arbeitsstelle befinden. Der Grund für diese Maßnahmen liegt darin, daß in diesem
Falle die Festwalzrollen unter der Wirkung der Zentrifugalkraft an die Bohrungswandung
geschleudert
würden und dort Beschädigungen verursachen könnten.
Wenn der Festwalzvorgang beendet ist, wird die Arbeitsspindel stillgesetzt, dann
erst das Werkzeug aus der Bohrung herausgezogen.