DE102013012665B4

DE102013012665B4 - Vorrichtung zum Rollieren von runden Löchern

Info

Publication number: DE102013012665B4
Application number: DE102013012665.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Löschner
Original assignee: Wenaroll Tools And Systems GmbH
Current assignee: Wenaroll Tools And Systems GmbH
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: DE102013012665A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Rollieren von runden Löchern (2) a) mit einer Versorgung (3) von unter hohem Druck stehendem Fluid (18), b) mit einem Rüssel (4), b1) der mit einem Drehantrieb (5) ausgerüstet ist, c) mit mindestens einem abgedichteten Axialkanal (6), d) mit Rollierwerkzeugen, d1) die in der Nähe des freien Endes (7) des Rüssels (4) angeordnet sind, d2) die alle als Kugeln (8, 9) ausgebildet sind; d2i) die Kugeln (8, 9) sind aus Hartmetall, d2ii) die Kugeln (8, 9) sind beschichtet; d2iiα) die Beschichtung umfasst diamantartigen Kohlenstoff; d2iii) die Kugeln (8, 9) sind in Taschen (10, 11, 12) im Rüssel (4) angeordnet, d2iiiα) die Taschen (10, 11, 12) erstrecken sich zumindest partiell in radialer Richtung, d2iiiβ) und sind mit einer Durchbrechung (13, 15) mit dem Axialkanal (6) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rollieren von runden Löchern mit einer Versorgung von unter hohem Druck stehendem Fluid, mit einem Rüssel, der mit einem Drehantrieb für Drehzahlen über 2000 min–1 ausgerüstet ist, mit mindestens einem abgedichteten Axialkanal, mit Rollierwerkzeugen, die in der Nähe des freien Endes des Rüssels angeordnet sind und die alle als Kugeln ausgebildet sind. Die Kugeln sind in Taschen im Rüssel angeordnet, welche sich zumindest partiell in radialer Richtung erstrecken und mit einer Durchbrechung mit dem Axialkanal verbunden sind.
Derartige Vorrichtungen werden u. a. dazu gebraucht um Einspritzdüsen an ihrer Innenoberfläche durch Walzen zu verfestigen. Obwohl für die Einspritzdüsen hochfeste Stähle verwendet werden, reicht die „einfache” Festigkeit der Einspritzdüsen nicht aus, um gesteigerte Drücke, wie sie technologisch Sinn machen, dauerhaft auszuhalten.
Es kommt hinzu, dass technische Grenzen sichtbar werden, wenn wenige Millimeter große Bohrungen innen gewalzt werden sollen, wie das bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2009 037 233 B3 bekannt. Sie ist bestimmt zum Rollieren von runden Löchern, weist eine Versorgung von unter hohem Druck stehendem Fluid auf und ist ausgestattet mit einem Rüssel, der mit einem Drehantrieb ausgerüstet ist. Ferner ist sie ausgestattet mit mindestens einem abgedichteten Axialkanal mit Rollierwerkzeugen, die in der Nähe des freien Endes des Rüssels angeordnet sind und die alle als Kugeln ausgebildet sind. Die Kugeln sind in Taschen im Rüssel angeordnet, wobei die Taschen sich zumindest partiell in radialer Richtung erstrecken, und sind mit einer Durchbrechung (13, 15) mit dem Axialkanal (6) verbunden.
Dabei hat sich herausgestellt, dass die als Kugeln ausgebildeten Rollierwerkzeuge zu schnell verschleißen.
Die dem Anmeldungsgegenstand nächstkommende Lösung für das Glattwalzen von runden Innenoberflächen ist aus der US 2002/0119858 bekannt. Dort werden Vorschläge gemacht, mit welchen Verfahren Stahlkugeln eine härtere Oberfläche erhalten können. Z. B. ist dort das Gasnitrieren genannt [0018]. Bei den dort gezeigten Kugeln wird das Trägermaterial an der Oberfläche gehärtet. Dieser Härtezuwachs reicht in manchen Fällen mit den erzielten Standzeiten nicht aus.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Rolliervorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass der Verschleiß der Rollierwerkzeuge verringert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 wiedergegeben. Die hier beschriebene Lösung betrifft insbesondere im Durchmesser kleine Bohrungen von weniger als 10 mm. Die Kugeln und die Durchmesser der sie aufnehmenden Taschen sind eng gepasst, weil der hohe Fluiddruck von mehr als 20 MPa sonst zu viel Leckage verursachen würde und der Druckaufbau erschwert würde. Der Fluiddruck wird unterstützt durch die Zentrifugalkraft der vergleichsweise schweren Hartmetallkugeln. Der Drehantrieb beherrscht Drehzahlen über 2000 min–1. Die Taschen für die Kugeln in dem Rüssel sind von zylindrischer Form. Die Kugeln werden darin radial nach außen gedrückt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Beschichtung der Kugeln mit diamantartigem Kohlenstoff vorgesehen. Da die Kugeln die am meisten dem Verschleiß unterliegenden Teile sind, ist es wichtig, dass sie beschichtet sind. Die Beschichtung ist weniger als 10 μm dick.
Zum Aufbau eines ausreichenden Maßes an gleichmäßig verteilten Druckeigenspannungen ist es vorteilhaft, wenn die Kugeln in ihrer Bewegung radial zum Rüssel ausschließlich vom Fluiddruck gesteuert sind. So können die Kugeln dem tatsächlichen Verlauf der regelmäßig gebohrten Fläche leicht folgen und müssen keine Kalibrieraufgaben wahrnehmen.
Nach einem ergänzenden Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Taschen für die Kugel-Werkzeuge nach außen hin vollständig offen sind und nach innen eine Verjüngung aufweisen. Die Kugeln werden bei stillstehendem Werkzeug von außen in die Taschen eingelegt. Damit sie nicht in den Axialkanal im Rüssel rollen, ist für jede Tasche die Verjüngung vorgesehen. So wird verhindert, dass eine Kugel in den Axialkanal des Rüssels rollt. Damit wird erreicht, dass alle Kugeln unter dem Fluiddruck nach außen in ihre Arbeitsposition gedrückt werden.
Nach einem weiterführenden Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass eingangsseitig zu dem zu rollierenden Loch in dem Werkstück in unmittelbarer Nähe desselben eine relativ zu dem Rüssel axial bewegliche Fanghülse vorgesehen ist, die den Rüssel einschließt und die verhindert, dass die Hartmetallkugeln beim Verlassen des runden Loches im Werkstück herausgeschleudert werden. Damit wird erreicht, dass der Drehantrieb zum Werkstückwechsel nicht stillgesetzt werden muss, wohingegen es sich empfiehlt, den Fluiddruck wegzunehmen um einen hohen Werkzeugverschleiß und Verschleiß an der Fanghülse zu vermeiden.
Die Erfindung wird im Einzelnen an Hand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen:
1: Eine schematische Gesamtdarstellung der Rolliervorrichtung;
2: eine Abschnittsvergrößerung des unteren Abschnitts des Rüssels im Vertikalschnitt;
3: ein kugelförmiges Rollierwerkzeug mit Beschichtung;
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Rollieren von runden Löchern 2 mit einer als Pumpe ausgebildeten Versorgung 3 von unter hohem Druck stehendem Fluid 18 mit einem Rüssel 4, der mit einem als Motor ausgebildeten Drehantrieb 5 versehen ist. Der Motor beherrscht Drehzahlen von deutlich über 2000 min–1. Der Rüssel 4 hat einen Axialkanal 6, der beim Betrieb der Vorrichtung 1 vom Fluid 18 langsam durchströmt wird und dem das Fluid über einen gedichteten, nicht rotierenden Schleifring 19 von der Pumpe 3 zugeführt wird. Das freie Ende 7 des Rüssels 4 ist in der in 1 dargestellten Position von einer Fanghülse 17 eingeschlossen, die verhindert, dass bei zurückgezogenem, rotierendem Werkzeug die Kugeln 8, 9 aus ihren Taschen 10, 11, 12 herausgeschleudert werden können. Die Fanghülse 17 wird von einem Niederhalter 20 konzentrisch gegen das Werkstück 16 mit dem zu rollierenden Loch 2 gedrückt. Der Rüssel 4 ist in dem Maschinengehäuse 21 drehbar gelagert und in vertikaler Richtung verfahrbar. Ergänzend oder alternativ ist auch der Maschinentisch 22 in vertikaler Richtung verfahrbar entsprechend Pfeil 23.
Der Innendurchmesser der Fanghülse 17 und des Werkstücks 16 stimmen genau überein, so dass die Kugeln 8, 9 unter Last in das Werkstück 16 eingeführt werden können. Dadurch kann das Werkstück 16 von Anfang an den erwünschten Aufbau von Druckeigenspannungen durch das Rollieren erfahren. Ggf. ist eine zweite Fanghülse am unteren Werkstückende vorzusehen (nicht gezeigt).
Der in 2 gezeigte vergrößerte Ausschnitt zeigt das in das Werkstück 16 eingeführte Ende 7 des Rüssels 4. Dabei ist die Kugel 8 in Arbeitsstellung gezeigt, während die Kugel 9 in der Drucklosstellung gezeigt ist. Beide Kugeln 8, 9 sind in ihren Taschen 11, 12 gezeigt, die die Kugeln auf ihrem Weg nach außen nicht behindern, aber an einem Eindringen in den Axialkanal 6 durch die als Verjüngungen ausgebildeten Durchbrechungen 13, 15 gehindert sind.
In 3 ist die Kugel 8 mit einer allseitigen Beschichtung 14 gezeigt. Die Beschichtung besteht aus einer wenige μm dicken Lage von diamantähnlichem Kohlenstoff-Material. Alle Kugeln 8, 9 weisen eine solche Beschichtung auf. Mit der diamantähnlichen Beschichtung wird erreicht, dass sich die Lebensdauer der hoch beanspruchten Kugeln 8, 9 merklich verlängert.
Alle beschriebenen oder bildlich dargestellten Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Claims

Vorrichtung (1) zum Rollieren von runden Löchern (2) a) mit einer Versorgung (3) von unter hohem Druck stehendem Fluid (18), b) mit einem Rüssel (4), b1) der mit einem Drehantrieb (5) ausgerüstet ist, c) mit mindestens einem abgedichteten Axialkanal (6), d) mit Rollierwerkzeugen, d1) die in der Nähe des freien Endes (7) des Rüssels (4) angeordnet sind, d2) die alle als Kugeln (8, 9) ausgebildet sind; d2i) die Kugeln (8, 9) sind aus Hartmetall, d2ii) die Kugeln (8, 9) sind beschichtet; d2iiα) die Beschichtung umfasst diamantartigen Kohlenstoff; d2iii) die Kugeln (8, 9) sind in Taschen (10, 11, 12) im Rüssel (4) angeordnet, d2iiiα) die Taschen (10, 11, 12) erstrecken sich zumindest partiell in radialer Richtung, d2iiiβ) und sind mit einer Durchbrechung (13, 15) mit dem Axialkanal (6) verbunden.
Vorrichtung (1) zum Rollieren von runden Löchern (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (8, 9) in ihrer Bewegung radial zum Rüssel (4) ausschließlich vom Fluiddruck gesteuert sind.
Vorrichtung (1) zum Rollieren von runden Löchern (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (10, 11, 12) für die Kugel-Werkzeuge (8, 9) nach außen hin offen sind und nach innen eine Verjüngung aufweisen.
Vorrichtung (1) zum Rollieren von runden Löchern (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig zu dem zu rollierenden Loch (2) in dem Werkstück (16) in unmittelbarer Nähe desselben eine relativ zu dem Rüssel (4) axial bewegliche Fanghülse (17) vorgesehen ist, die den Rüssel (4) einschließt und die verhindert, dass die mit diamantartigem Kohlenstoff beschichteten Hartmetallkugeln (8, 9) beim Verlassen des runden Loches (2) im Werkstück (16) herausgeschleudert werden.