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Die Erfindung betrifft ein Rollierwerkzeug zur Glättung und Verfestigung von Werkstoffoberflächen, insbesondere von Innenflächen von zylindrischen Bohrungen.
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Ein Rollierwerkzeug umfasst eine Mehrzahl von Rollierkörpern, die umfangsseitig in Vertiefungen eines Grundkörpers des Rollierwerkzeugs angeordnet sind und dabei die Außenseite des Grundkörpers in radialer Richtung überragen. Zum Rollieren einer zylindrischen Bohrung wird das rotierend angetriebene Rollierwerkzeug entlang der Bohrungsachse verfahren, wobei das plastische Verformen dadurch realisiert wird, dass der von den Rollierkörpern ausgebildete größte Kreisumfang im Durchmesser größer als der Innendurchmesser der Bohrung vor dem Verdichten ist. Ein solches Rollierwerkzeug wird bspw. von der Wenaroll tools and systems GmbH hergestellt und vertrieben.
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Dieses Rollierwerkzeug von Wenaroll tools and systems GmbH umfasst als Innen-Glattwalzwerkzeug einen Schaft mit einer aus einem Grundkörper und einem Rollierkörper-Käfig aufgebauten Rollierkörperhalterung. Dabei sind zylindrische Rollen als Rollierkörper in dem Rollierkörper-Käfig drehbar gehalten und werden in einer rotierenden Arbeitsposition über einen Kegel druckbeaufschlagt und dabei an die zu rollierende Innenfläche einer Bohrung gedrückt.
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Aus der
DE 10 2009 037 233 B3 ist eine Vorrichtung zum Rollieren von nichtzylindrischen Bohrungen von Werkstücken, wie bspw. von kleinen Pleuelaugen von Pleueln von Hubkolben-Brennkraftmaschinen bekannt.
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Zudem beschreibt die
DE 2013 012 665 A1 eine Vorrichtung zum Rollieren von runden Bohrungen mit einer Versorgung von unter hohem druckstehendem Fluid, mit einem Rüssel, der mit einem Drehantrieb für Drehzahlen über 2000 min
–1 ausgerüstet ist, mit mindestens einem abgedichteten Axialkanal und mit als Kugeln ausgebildete Rollierkörpern, die in der Nähe des freien Endes des Rüssels angeordnet sind. Um den Verschleiß dieser kugelförmigen Rollierkörper zu vermindern, sind diese Kugeln beschichtet und aus Hartmetall hergestellt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein Rollierwerkzeug mit einer Rollierkörperhalterung zur Aufnahme von kugelförmigen Rollierkörpern und einem die Rollierkörperhalterung aufnehmenden Werkzeugschaft bereitzustellen, bei welchem ein einfacher Kugelwechsel ermöglicht wird.
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Aufgabe wird gelöst durch ein Rollierwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder mit den Merkmalen des Patentanspruches 3.
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Ein solches Rollierwerkzeug mit einer Rollierkörperhalterung zur Aufnahme von kugelförmigen Rollierkörpern und einem die Rollierkörperhalterung aufnehmenden Werkzeugschaft zeichnet sich gemäß der erstgenannten Lösung erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- – die Rollierkörperhalterung mit einem zylinderförmigen Grundkörper und einer Rollierkörper-Kappe ausgebildet ist,
- – der Grundkörper in Umfangsrichtung auf dem Umfang gleichmäßig verteilte Aufnahmetaschen zur Aufnahme der kugelförmigen Rollierkörper aufweist,
- – die Rollierkörper-Kappe mit einem Deckelabschnitt und einem Wandöffnungen aufweisenden Mantelabschnitt ausgebildet ist,
- – die Rollierkörper-Kappe an einer Stirnseite des Grundkörpers angeordnet ist und der Mantelabschnitt sich über den Bereich der Aufnahmetaschen derart erstreckt, dass die Wandöffnungen mit den Aufnahmetaschen fluchten, und
- – die Wandöffnungen als kegelstumpfförmige Bohrungen ausgeführt sind, so dass der Durchmesser auf der Außenfläche des Mantelabschnittes kleiner als der Durchmesser des kugelförmigen Rollierkörpers und kleiner als der Durchmesser auf der Innenfläche des Mantelabschnittes ist.
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Gemäß der zweitgenannten Lösung zeichnet sich das Rollierwerkzeug erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- – die Rollierkörperhalterung mit einem zylinderförmigen Grundkörper und einer Rollierkörper-Kappe ausgebildet ist,
- – die Rollierkörper-Kappe mit einem Deckelabschnitt und einem Mantelabschnitt ausgebildet ist,
- – der Grundkörper in Umfangsrichtung auf dem Umfang gleichmäßig verteilte Aufnahmetaschen zur Aufnahme der kugelförmigen Rollierkörper aufweist,
- – die Rollierkörper-Kappe mit vom Rand des Mantelabschnittes ausgehende axiale Wandeinschnitten ausgebildet ist,
- – die Rollierkörper-Kappe an einer Stirnseite des Grundkörpers angeordnet ist und der Mantelabschnitt sich über den Bereich der Aufnahmetaschen derart erstreckt, dass die Wandeinschnitte mit den Aufnahmetaschen fluchten, und
- – jeder Wandeinschnitt des Mantelabschnitts in Umfangsrichtung der Rollierkörper-Kappe eine Breite aufweist, so dass die Breite am Außenumfang kleiner als der Durchmesser des kugelförmigen Rollierkörpers und am Innenumfang der Rollierkörper-Kappe gleich oder größer ist als der Durchmesser des kugelförmigen Rollierkörpers ist.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Rollierwerkzeug werden die kugelförmigen Rollierkörper in den Aufnahmetaschen geführt, so dass diese in Bezug auf den zylinderförmigen Grundkörper einen radialen Hub ausführen können, wobei die kugelförmigen Rollierkörper verliersicher von der Rollierkörper-Kappe gehalten und somit am Herausfallen gehindert werden. Der Unterschied zwischen der erstgenannten Lösung und der zweitgenannten Lösung besteht in einer unterschiedlichen Ausgestaltung der Rollierkörper-Kappe.
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Nach der erstgenannten Lösung sind die Wandöffnungen in dem Mantelabschnitt der Rollierkörper-Kappe als runde Öffnungen ausgeführt, die jeweils mit einer Aufnahmetasche korrespondieren.
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Der Mantelabschnitt der Rollierkörper-Kappe gemäß der zweitgenannten Lösung weist vom Rand des Mantelabschnittes ausgehende axiale Wandeinschnitte auf, so dass es möglich ist zum Austauschen der kugelförmigen Rollierkörper die Rollierkörper-Kappe vom Grundkörper abzuziehen.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß der erstgenannten Lösung sind auf der Innenfläche des Mantelabschnittes der Rollierkörper-Kappe eine den Rand des Mantelabschnittes jeweils mit der Wandöffnung verbindende axiale Nuten vorgesehen, deren Querschnitte an die Kontur der kugelförmigen Rollierkörper derart angepasst sind, dass die Rollierkörper-Kappe von dem Grundkörper abziehbar ist. Damit ist ein einfacher Austausch der kugelförmigen Rollierkörper möglich.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
- – die Rollierkörper-Kappe derart auf den Grundkörper gestülpt ist, dass der Deckelabschnitt an der Stirnseite des Grundkörpers anliegt, und
- – der Deckelabschnitt mit der Stirnseite des Grundkörpers kraftschlüssig und lösbar verbunden ist.
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Somit kann bspw. in einfacher Weise mittels einer lösbaren Schraubverbindung die Rollierkörper-Kappe mit dem Grundkörper verbunden werden.
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Schließlich sind nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die Aufnahmetaschen mit einem Axialkanal des Grundkörpers verbunden, so dass die kugelförmigen Rollierkörper mit Fluid hydrostatisch beaufschlagbar sind und dabei radial nach außen gegen die Wandöffnungen bzw. Wandeinschnitte der Rollierkörper-Kappe gedrückt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische und perspektivische Teilansicht eines Rollierwerkzeugs gemäß der Erfindung,
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2 einen Teillängsschnitt des Rollierwerkzeugs nach 1,
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3 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Rollierkörper-Kappe des Rollierwerkzeugs gemäß den 1 und 2 in einer ersten Ausführungsform,
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4 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Rollierkörper-Kappe in einer zweiten Ausführungsform,
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5 einen Teillängsschnitt eines Rollierwerkzeugs mit einer Rollierkörper-Kappe gemäß 4, und
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6 eine Querschnittansicht im Bereich der kugelförmigen Rollierkörper.
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Die 1 und 2 zeigen ein Rollierwerkzeug 1 zum Rollieren von kreisförmigen Bohrungen mit einer Rollierkörperhalterung 2 zur Aufnahme von kugelförmigen Rollierkörpern 3 und einem Werkzeugschaft 4, welcher von einer Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) aufgenommen und mit derselben verbunden wird. Zum einen wird das Rollierwerkzeug 1 in Rotation versetzt und gleichzeitig über einen Axialkanal 2.12 (vgl. 2) die kugelförmigen Rollierkörper 3 mit Fluid hydrostatisch druckbeaufschlagt, so dass diese eine radial nach außen gerichtete Hubbewegung ausführen können.
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Die Rollierkörperhalterung 2 gemäß den 1 und 2 besteht aus einem zylinderförmigen Grundkörper 2.1, welcher an einer Stirnseite mit dem Werkzeugschaft 4 verbunden ist und an der anderen freien Stirnseite 2.0 eine Rollierkörper-Kappe 2.2 aufweist, die ausgehend von dieser Stirnseite 2.0 auf einen Kappenaufnahmeabschnitt 2.11 des Grundkörpers 2.1 gestülpt ist. Die Rollierkörper-Kappe 2.2 besteht aus einem Deckelabschnitt 2.20 und einem Mantelabschnitt 2.21 zur Bildung einer becherförmigen Gestalt. Der Durchmesser des Kappenaufnahmeabschnittes 2.11 ist so gewählt, dass die äußere Umfangsfläche des Mantelabschnittes 2.21 der Rollierkörper-Kappe 2.2 mit der Umfangsfläche 2.16 außerhalb des Kappenaufnahmeabschnittes 2.11 fluchtet. Hierzu weist der Grundkörper 2.1 eine umlaufende Schulter 2.17 auf, deren Tiefe der Dicke des Mantelabschnittes 2.21 der Rollierkörper-Kappe 2.2 entspricht.
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Im Bereich des Kappenaufnahmeabschnittes 2.11 befinden sich auf dem Umfang gleichmäßig verteilte Aufnahmetaschen 2.10 zur Aufnahme der kugelförmigen Rollierkörper 3. Diese als radial zur Längsachse A des Grundkörpers 2.1 ausgerichteten und als kreisförmige Bohrungen ausgebildeten Aufnahmetaschen 2.10 sind an den Durchmesser der Rollierkörper 3 angepasst, so dass diese in radialer Richtung einen vorgegebenen Hub ausführen können. Quer zur Richtung der Längsachse A sind diese Aufnahmetaschen 2.10 über eine kreisförmige Bohrung 2.13 mit einem Axialkanal 2.12 verbunden, wobei der Durchmesser dieser Bohrung 2.13 kleiner als der Durchmesser der Rollierkörper 3 ist, so dass dieser nicht in den Axialkanal 2.12 fallen kann. Über diesen Axialkanal 2.12 wird das die Rollierkörper 3 druckbeaufschlagende Fluid zugeführt. In Richtung der Stirnseite 2.0 des Grundkörpers 2.1 endet der Axialkanal 2.12 als Sackbohrung.
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Um die kugelförmigen Rollierkörper 3 in ihrer Arbeitsposition zu fixieren sowie am Herausfallen aus den Aufnahmetaschen 2.10 zu hindern, erstreckt sich der Mantelabschnitt 2.21 der Rollierkörper-Kappe 2.2 im Bereich des Kappenaufnahmeabschnittes 2.11 über diese Aufnahmetaschen 2.10. Ferner sind in diesem Mantelabschnitt 2.21 Wandöffnungen 2.22 vorgesehen, wobei jeder Aufnahmetasche 2.10 jeweils eine Wandöffnung 2.22 zugeordnet ist, so dass die Bohrungsachse B1 der Wandöffnung 2.22 koaxial zur Bohrungsachse B2 der Aufnahmetaschen 2.10 gerichtet ist.
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Diese Wandöffnungen 2.22 der Rollierkörper-Kappe 2.2 sind als kegelstumpfförmige Bohrungen ausgeführt, so dass der Durchmesser d1 auf der Außenfläche des Mantelabschnittes 2.21 kleiner als der Durchmesser d des kugelförmigen Rollierkörpers 3 und kleiner als der Durchmesser d2 auf der Innenfläche des Mantelabschnittes 2.21 ist. Aufgrund des gegenüber dem Kugeldurchmesser d des Rollierkörpers 3 kleineren „äußeren” Durchmessers d1 der Wandöffnung 2.21 kann der Rollierkörper 3 nicht durch die Wandöffnung 2.21 hindurch. Der Durchmesser d2 auf der Innenfläche des Mandelabschnittes 2.21 entspricht dem Durchmesser des Rollierkörpers 3. Idealerweise ist die schräge Fläche einer Wandöffnung 2.21 an die Kugelkontur des Rollierkörpers 3 angepasst.
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Die Rollierkörper-Kappe 2.2 liegt mit dem Deckelabschnitt 2.20 an der Stirnseite 2.0 an und ist mittels einer Schraube 5 mit dem Grundkörper 2.1 verbunden. Hierzu weist der Deckelabschnitt 2.20 eine Senkbohrung 2.27 und der Grundkörper 2.1 im Bereich des Klappenaufnahmeabschnittes 2.11 eine axiale Sackbohrung 2.14 mit einem Gewinde auf. Zur lagegenau Ausrichtung der Rollierkörper-Kappe 2.2 gegenüber dem Grundkörper 2.1 dient ein Bolzen 6, der über eine Sacklochbohrung 2.15 in dem Grundkörper 2.1 und eine durchgehende Bohrung 2.26 des Deckelabschnittes 2.20 die Rollierkörper-Kappe 2.2 gegenüber dem Grundkörper 2.1 ausrichtet.
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Nach Entfernung der Schraube 5 lässt sich die Rollierkörper-Kappe 2.2 von dem Klappenaufnahmeabschnitt 2.11 des Grundkörpers 2.1 abziehen. Hierzu ist es jedoch erforderlich, dass die Wandöffnungen 2.22 in dem Mantelabschnitt 2.21 über jeweils eine axiale Nut 2.24 auf der Innenfläche des Mantelabschnittes 2.21 mit dessen Rand 2.23 verbunden ist, da die Länge der die Aufnahmetasche 2.10 bildende Bohrung so gewählt ist, dass bei Anliegen des Rollierkörpers 3 an der die Aufnahmetasche 2.10 mit der axialen Bohrung 2.12 verbindenden Bohrung 2.13 der Rollierkörper 3 die Umfangsfläche des Grundkörpers im Bereich des Kappenaufnahmeabschnittes 2.11 in der Form einer Kugelkappe überragt. Daher ist diese axiale Nut 2.24 an die Kontur dieser Kugelkappe angepasst.
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Eine alternative Ausführung einer Rollierkörper-Kappe 2.2 zeigt die 4, die gemäß den 4 bis 6 entsprechend von 2 von einer Stirnseite 2.0 aus auf einen Grundkörper 2.1 im Bereich eines Kappenaufnahmeabschnittes 2.11 gestülpt ist. Der Endbereich dieses Grundkörpers 2.1 mit dem Kappenaufnahmeabschnitt 2.11 entspricht demjenigen Grundkörper 2.1 nach 2, weist also ebenso Aufnahmetaschen 2.10 mit kugelförmigen Rollierkörpern 3 sowie einen Axialkanal 2.12 auf, der über radiale Bohrungen 2.13 mit den als zylinderförmigen Bohrungen ausgeführten Aufnahmetaschen 2.10 verbunden ist.
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Auch die Rollierkörper-Kappe 2.2 gemäß den 4 bis 6 besteht aus einem Deckelabschnitt 2.20 und einem Mantelabschnitt 2.21. Der konstruktive Unterschied zu der Rollierkörper-Kappe 2.2 gemäß 3 besteht in einer alternativen Ausführung der Wandöffnung in 2.22.
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Aus 4 ist zu kennen, dass der Mantelabschnitt 2.21 ausgehend von dessen Rand 2.23 gleichmäßig auf dem Umfang verteilte axiale Wandeinschnitte 2.25 aufweist, die von stegartigen Wandabschnitten 2.28 des Mandelabschnittes 2.21 gebildet werden. Stirnseitig liegen diese Wandabschnitte 2.28 an der umlaufenden Schulter 2.17 des Grundkörpers 2.1 an. Jeder Aufnahmetasche 2.10 des Grundkörpers 2.1 ist ein Wandeinschnitt 2.25 zugeordnet, so dass ein Wandeinschnitt 2.25 zusammen mit der in diesem Bereich liegenden Schulter 2.17 eine Wandöffnung 2.22' gebildet wird.
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Dieser Wandeinschnitt 2.25 weist eine axiale Länge L auf, die größer ist als der Durchmesser d des kugelförmigen Rollierkörpers 3. Um den Rollierkörper 3 am Herausfallen aus der Aufnahmetasche 2.10 zu hindern, weist der Wandabschnitt 2.25 in Umfangsrichtung eine Breite b1 bzw. b2 auf, die am Außenumfang kleiner als der Durchmesser d des kugelförmigen Rollierkörpers 3 und am Innenumfang gleich oder größer ist als der Durchmesser des kugelförmigen Rollierkörpers 3 ist, wie dies insbesondere aus 6 ersichtlich ist.
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Der Wandeinschnitt 2.25 wird in axialer Richtung von einem Randabschnitt 2.29 begrenzt, der als Abschreckungsfläche ausgebildet ist, wie dies insbesondere, aus den 4 und 5 ersichtlich ist. Dies bedeutet, dass die Länge L auf der Innenseite kürzer ist als auf der Außenseite des Mantelabschnittes 2.21. Gemäß 5 endet die innere Kante des Randabschnittes 2.29 mit dem Rand der Aufnahmetasche 2.10.
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind in der Rollierkörperhalterung 2 fünf kugelförmige Rollierkörper 3 angeordnet. Die Rollierkörperhalterung 2 kann auch mit mehr oder weniger als fünf Rollierkörper 3 realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rollierwerkzeug
- 2
- Rollierkörperhalterung
- 2.0
- Stirnseite des Grundkörpers 2.1
- 2.1
- Grundkörper der Rollierkörperhalterung 2
- 2.10
- Aufnahmetasche des Grundkörpers 2.1
- 2.11
- Kappenaufnahmeabschnitt des Grundkörpers 2.1
- 2.12
- Axialkanal des Grundkörpers 2.1
- 2.13
- radiale Bohrung des Grundkörpers 2.1
- 2.14
- Sackbohrung des Grundkörpers 2.1
- 2.15
- Sacklochbohrung des Grundkörpers 3.1
- 2.16
- Umfangsfläche des Grundkörpers 2.1
- 2.17
- umlaufende Schulter des Grundkörpers 3.1
- 2.2
- Rollierkörper-Kappe der Rollierkörperhalterung 2
- 2.20
- Deckelabschnitt der Rollierkörper-Kappe 2
- 2.21
- Mantelabschnitt der Rollierkörper-Kappe 2
- 2.22
- Wandöffnungen des Mantelabschnittes 2.21
- 2.22'
- Wandöffnung des Mittelabschnittes 2.21
- 2.23
- Rand des Mantelabschnittes 2.21
- 2.24
- axiale Nuten
- 2.25
- axialer Wandeinschnitt des Mantelabschnittes 2.21
- 2.26
- Bohrung des Deckelabschnittes 2.20
- 2.27
- Senkbohrung des Deckelabschnittes 2.20
- 2.28
- Wandabschnitt des Mantelabschnittes 2.21
- 2.29
- Randabschnitt des Wandeinschnittes 2.25
- 3
- Rollierkörper
- 4
- Werkzeugschaft
- 5
- Schraube
- 6
- Bolzen
