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Die Erfindung betrifft ein Rollierwerkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es sind Rollierwerkzeuge zur Oberflächenbearbeitung von Bohrungen bekannt. Zur Bearbeitung der inneren Oberfläche weist das Rollierwerkzeug Rollen auf, die auf der Oberfläche abrollen und diese dadurch verändern, insbesondere glätten oder prägen. Das Rollierwerkzeug wird entlang einer Vorschubrichtung in die Bohrung eingeführt, wobei die Rollen auf die zu bearbeitende Oberfläche gepresst werden. Die Bearbeitung der Oberfläche zeichnet sich insbesondere durch eine Verringerung der Rautiefe aus. Um die Taktzeiten bei der Bearbeitung von Bohrungen zu erhöhen, ist eine schnelle Rückwärtsbewegung nach einem Bearbeitungsschritt vorteilhaft.
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Solch ein herkömmliches Rollierwerkzeug ist in der
DE 198 02 842 C2 offenbart. Die Rollen sind dort auf einem konischen Element angeordnet und werden während eines Vorschubs durch die Schräge des konischen Elements gegen die Oberfläche einer Bohrung gedrückt. Jedoch bleiben bei einer dem Vorschub entgegengesetzten Rückwärtsbewegung des Rollierwerkzeugs die Rollen in Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche, sodass die Rollen auch bei dieser Bewegung die Oberfläche verändern. Dadurch entstehen Veränderungen die nicht gewollt sind, da sie unter undefinierten Bedingungen erfolgen und zu einer Verschlechterung der Oberfläche führen. Um die Verschlechterung der Oberfläche bei der Rückwärtsbewegung gering zu halten, ist es bei diesem herkömmlichen Rollierwerkzeug notwendig, die Rückwärtsbewegung mit einer sehr geringen Geschwindigkeit auszuführen, was zulasten der Taktzeiten geht.
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Ein weiteres bekanntes Rollierwerkzeug wird in der
DE 10 2013 018 899 A1 vorgeschlagen. Bei diesem Rollierwerkzeug werden ebenfalls auf einem konischen Element Rollen angeordnet. Das konische Element führt bei einer Vorschubbewegung zu einem Anpressen der Rollen an die zu bearbeitende Oberfläche, jedoch belässt auch dieses Rollierwerkzeug die Rollen bei einer entgegengesetzten Bewegung auf der zu bearbeitenden Oberfläche. Auch mit diesem herkömmlichen Werkzeug sind nur geringe Taktzeiten bei der Bearbeitung von Bohrungen realisierbar, da geringe Geschwindigkeiten für die Rückwärtsbewegung vorgesehen werden müssen.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Werkzeuge weiter zu verbessern und ein Rollierwerkzeug bereitzustellen, das hohe Taktzeiten bei der Bearbeitung ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Taktzeiten bei der Bearbeitung von Bohrungen zu erhöhen, indem man die wenigstens eine Rolle während einer Bewegung in Vorschubrichtung des Rollierwerkzeugs auf eine zu bearbeitende Oberfläche presst, während die Rolle bei einer Rückwärtsbewegung von der Oberfläche abgehoben wird. Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass an der Rolle ein Rückstellmittel angeordnet ist, welches die Rolle mit einer bezüglich des Abrollelements radial nach innen gerichteten Kraft beaufschlagt. Insbesondere drückt die Kraft die Rolle radial nach innen, sodass die Rolle von der Oberfläche einer Bohrung weggedrängt wird, wenn keine entgegenwirkende Kraft erzeugt wird. Die entgegenwirkende Kraft kann durch das Abrollelement erzeugt werden. Vorzugsweise bewirkt die radial nach innen gerichtete Kraft bei einer Rückwärtsbewegung ein Abheben der Rolle von der zu bearbeitenden Oberfläche. Die Rolle kann einen Hub von beispielsweise 0,25 mm in radialer Richtung ausführen. Die radiale Richtung, entlang der die Kraft ausgerichtet ist, entspricht der radialen Richtung der Bohrung beziehungsweise des Rollierwerkzeugs. Das Rollierwerkzeug kann auch mit einer Mehrzahl von Rollen ausgeführt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das verjüngte Abrollelement entlang der Werkzeugachse verschiebbar sein, wobei das Abrollelement bei einer zur Richtung der Verjüngung entgegengesetzten Verschiebung die Rolle für eine radial nach innen gerichtete Bewegung freigibt. Insbesondere wird durch die Verschiebung entgegen der Verjüngungsrichtung des Abrollelements ein stärker verjüngter Abschnitt unter die Rolle befördert, sodass die Rolle durch die Kraft des Rückstellmittels radial nach innen gedrängt wird. Dadurch wird ein automatisches Abheben der Rollen bei einer Verstellung des Abrollelements durch einfache Maßnahmen ermöglicht.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen werden, dass das Rückstellmittel eine in axialer Richtung der Rolle wirkende Feder und eine durch die Feder beaufschlagte Schräge umfasst. Die Feder erzeugt eine Federkraft, die die Schräge beaufschlagt. Die Schräge wirkt als schiefe Ebene, sodass ein Teil der Federkraft zur radial ausgerichteten Kraft umgewandelt wird. Vorteilhafterweise kann die Schräge zur radialen Richtung quer ausgerichtet sein. Ferner kann die Federkraft der Feder quer zur radialen Richtung wirken, wobei die Federkraft mit der Schräge einen Winkel einschließt. So können mit einfachen mechanischen Mitteln die Taktzeiten bei der Bearbeitung der Oberflächen erhöht werden. Die Feder kann eine Spiralfeder, eine Torsionsfeder, eine Tellerfeder, eine Schraubenfeder, eine Blattfeder und/oder eine sonstige Feder sein.
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Das Rückstellmittel kann ein die Schräge aufweisendes Druckstück umfassen, an das die Feder gekoppelt ist. Hierdurch kann das Druckstück vorzugsweise als ein separates Bauteil in dem Rückstellmittel vorgesehen werden. Insbesondere können so anhand eines Baukastensystems Druckstücke mit unterschiedlichen Winkeln zwischen der Feder und der Schräge beziehungsweise der radialen Richtung in dem Rückstellmittel nach Bedarf angeordnet werden. Das Druckstück kann fest mit der Feder verbunden werden oder lediglich lose an der Feder anliegen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann am Rückstellmittel ein verjüngter Abschnitt und an der Rolle ein mit dem verjüngten Abschnitt in gleitender Verbindung stehender vorzugsweise an einem axialen Ende der Rolle ausgebildeter verjüngter Gegenabschnitt ausgeformt sein. Insbesondere ist der verjüngte Abschnitt in dem Druckstück ausgebildet. Der verjüngte Abschnitt und Gegenabschnitt sind rotationssymmetrisch, wobei die Symmetrieachsen insbesondere gegenüber der Rotationsachse der Rolle in radialer Richtung aufgrund des Spiels des Abschnitt und des Gegenabschnitts verstellt werden kann. Der verjüngte Abschnitt und/oder Gegenabschnitt sind insbesondere konisch ausgebildet. Alternativ sind verjüngte Abschnitte und/oder Gegenabschnitte möglich, die einer nichtlinearen Beziehung folgen. Beispielsweise sind kalottenartige Abschnitte und Gegenabschnitte denkbar. Die auf die vorstehend genannten Weisen verjüngten Abschnitte und Gegenabschnitte können vorteilhaft eine Rotationsbewegung der Rolle lagern und gleichzeitig eine Federkraft radial nach innen umlenken. Insbesondere der Kontaktbereich, der durch die aufeinander gleitenden Flächen der Abschnitte erzeugt wird, kann dabei quer zur radialen Richtung beziehungsweise zur Federkraft ausgerichtet sein, sodass ein Teil der Federkraft zur radial nach innen gerichteten Kraft umgewandelt wird.
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Bei einer erfinderischen Alternative kann vorgesehen sein, dass der verjüngte Abschnitt eine taschenförmige Verjüngung und der verjüngte Gegenabschnitt ein verjüngter Vorsprung ist. Eine weitere Alternative beinhaltet, dass der verjüngte Abschnitt ein verjüngter Vorsprung und der verjüngte Gegenabschnitt eine taschenförmige Verjüngung ist. Bei beiden Alternativen ist der verjüngte Vorsprung in der taschenförmigen Verjüngung eingesetzt. Hierbei bildet sich ein Gleitlager aus. Solch ein Gleitlager aus ineinander gefügten Abschnitten weist vorteilhafte Gleiteigenschaften als auch kraftumlenkende Eigenschaften auf. Insbesondere bildet sich aufgrund des Spiels je nach Richtung der resultierenden radialen Kraft in dem Gleitlager eine in Umfangsrichtung begrenzte Gleitfläche zwischen dem verjüngten Abschnitt und Gegenabschnitt aus. Drückt beispielsweise das Abrollelement die Rolle radial nach au-ßen, dann bildet sich die Gleitfläche in einem radial nach außen gerichteten Bereich des Gleitlagers aus. Die Rotationsachse der Rolle kann dadurch gegenüber der Symmetrieachse des verjüngten Abschnitts bzw. Gegenabschnitts im Drückstück radial nach außen verschoben werden. Diese Verschiebung zeichnet sich durch einen Hub der Rolle in radialer Richtung aus, wobei der Hub vorzugsweise 0,25 mm betragen kann. Wird der Druck des Abrollmittels entfernt, dann kann das Rückstellmittel den verjüngten Abschnitt und Gegenabschnitt dazu drängen sich gegenseitig zu zentrieren, was einen radial nach innen gerichteten Hub der Rolle zur Folge hat.
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Eine weitere Ausführung des Rollierwerkzeugs zeichnet sich durch einen weiteren verjüngten Abschnitt und verjüngten Gegenabschnitt an einem gegenüberliegenden axialen Ende der Rolle aus. Somit sind an beiden axialen Enden der Rolle verjüngte Gegenabschnitte eingerichtet. Wenigstens eines der verjüngten Gegenabschnitte wirkt mit dem verjüngten Abschnitt des Rückstellmittels zusammen. Es ist denkbar, alternativ eine Rolle mit zwei Rückstellmitteln zu versehen, die an jeweils einem axialen Ende angeordnet sind. Durch die beidseitige Anordnung der verjüngten Abschnitte wird ein vorteilhaftes Verkippen der Rolle und damit der Kraft gegenüber der radialen Richtung vermieden.
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Es ist besonders vorteilhaft die Rolle in einem das Abrollelement umringenden Rollenkäfig in radial durchgehenden Aussparungen anzuordnen, wobei die Feder zwischen einem Abschnitt des Rands der Aussparung und der Rolle angeordnet sein kann. Der Rollenkäfig kann hülsenartig sein, wobei das Abrollelement in etwa koaxial innerhalb des Rollenkäfigs angeordnet sein kann. Die Rolle ragt sowohl auf der radialen Innenseite als auch Außenseite des Rollenkäfigs aus der Aussparung heraus. Mit dem auf der radialen Innenseite des Rollenkäfigs herausragenden Abschnitt rollt die Rolle auf dem Abrollelement ab, während der Abschnitt der Rolle auf der radialen Außenseite des Rollenkäfigs der zu bearbeitenden Oberfläche der Bohrung zugewandt ist. Die Rolle kontaktiert dabei die Oberfläche und verändert ihre Rautiefe. Diese Veränderung kann durch ein Prägen und/oder Quetschen der Oberfläche erfolgen. Der Rollenkäfig kann relativ bezüglich des übrigen Rollierwerkzeugs um die Werkzeugachse gedreht werden. Der Rollenkäfig kann Wälzlager für die relative Drehung zum Rollierwerkzeugs aufweisen. Dabei kann sich die Rolle planetenartig auf einer Kreisbahn um eine Rotationsachse des Rollierwerkzeugs herum mitbewegen. Insgesamt wird die Rolle durch den Rollenkäfig stabilisiert und auf einer definierten Umlaufbahn über die zu bearbeitende Oberfläche gerollt. Ferner wird die Rolle innerhalb der Aussparung bei einer nach innen oder außen gerichteten Bewegung in radialer Richtung geführt. Insbesondere die Federkraft des Rückstellmittels wird innerhalb der Aussparung zur radial nach innen gerichteten Kraft der Rolle umgewandelt, wobei die Feder in Wechselwirkung mit einem Rand der Rolle steht. Vorzugsweise kann zwischen dem Rand und der Rolle das Druckstück angeordnet sein. Außerdem fixiert der Rollenkäfig die Rolle in axialer Richtung während der Stellbewegung des Abrollelements. Der Rollenkäfig führt keine axiale Bewegung aus.
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Die Feder und/oder das Druckstück können in einer Tasche, die in dem Rand der Aussparung ausgebildet ist, untergebracht sein. Die Tasche kann so beschaffen sein, dass sie eine Führung für die Feder und/oder das Druckstück bildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Feder eine Schraubenfeder sein, während das Druckstück ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Bauteil sein kann, wobei die Feder und das Druckstück mit der Rolle fluchten. Hierbei kann die Tasche eine zylindrische Bohrung sein, welche sich in Längsrichtung des hülsenförmigen Rollenkäfigs erstreckt und mit einer Längserstreckungsrichtung der Aussparung fluchtet. Diese bevorzugte Ausführungsform stellt ein sehr kompaktes und dennoch kraftvolles Rückstellmittel dar. Ferner kann am Rand ein verjüngter Abschnitt ausgebildet sein, der mit dem verjüngten Gegenabschnitt des zweiten axialen Endes der Rolle zusammenwirkt. Der verjüngte Abschnitt des Rands kann mit diesem einstückig ausgebildet sein. Eine alternative Ausführungsform der Rolle beinhaltet eine Tasche in der Rolle selbst, sodass die Feder und das Druckstück in der Rolle geführt werden.
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Damit eine möglichst hohe Oberflächengüte durch die Bearbeitung erreicht wird, kann vorgesehen sein, dass sich die Rolle verjüngt und zum verjüngten Abrollelement komplementär ausgebildet ist, wobei eine für das Bearbeiten der Oberfläche vorgesehene Seite der Rolle in etwa parallel zur Vorschubrichtung ausgerichtet ist. Die Seite der Rolle, welche die Oberfläche bearbeitet, kann wenigstens während des Bearbeitens aus dem Rollenkäfig herausragen. Hierbei kann die Seite der Rolle wenigstens abschnittsweise parallel zur Oberfläche der zylindrischen Bohrung sein. Ist beispielsweise das Abrollelement konisch ausgebildet und weist einen bestimmten Verjüngungswinkel auf, so kann die Rolle ebenfalls konisch sein und sich mit einem Winkel verjüngen, der den Winkel des Abrollelements derartig ergänzt, dass die der zu bearbeitenden Oberfläche zugewandte Seite parallel zur Vorschubrichtung des Rollierwerkzeugs ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist der Winkel der Verjüngung der Rolle in eine entgegengesetzte Richtung wie der Winkel des Abrollelements geöffnet.
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Vorteilhafterweise kann das Abrollelement mit einem Stellmittel wirkverbunden sein, wobei sich das Abrollelement in einer Stellrichtung des Stellmittels verjüngen kann, sodass mit dem Abrollelement die Rolle zur Vergrößerung eines Durchmessers des Rollierwerkzeugs radial nach außen gegen die Kraft des Rückstellmittels zustellbar ist. Der Durchmesser des Rollierwerkzeugs wird durch den Abstand der zu bearbeitenden Oberfläche zugewandten Seite der Rolle zu einem Mittelpunkt, um den sich die Rolle dreht, bestimmt. Der Mittelpunkt kann auf einer Rotationsachse des Rollenkäfigs liegen. Der Durchmesser richtet sich nach der Position des Abrollelements entlang der Stellrichtung, wobei die Rolle nach außen gedrückt wird, wenn das Abrollelement in Richtung seiner Verjüngung verstellt wird. Dadurch kann ein Bereich des Abrollelements mit einem größeren Durchmesser radial unterhalb der Rolle positioniert werden. Die Steigung der Verjüngung erzeugt eine radial nach außen gerichtete Kraft, die der radial nach innen gerichteten Kraft des Rückstellmittels entgegenwirkt, sodass die Rolle durch eine resultierende Kraft nach außen gedrückt wird. Das Stellmittel schiebt das verjüngte Abrollelement keilartig unter die Rolle. Insbesondere ist das Stellmittel koaxial mit dem Rollenkäfig angeordnet.
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Zweckmäßigerweise kann der Durchmesser durch die Kraft des Rückstellmittels verringert werden, wenn das Abrollelement die Rolle durch das Stellmittel freigibt. Das Abrollelement kann die Rolle freigeben, indem das Stellmittel das Abrollelement entgegengesetzt zu seiner Verjüngung verstellt. Dadurch kann ein Bereich des Abrollelements mit einem verringerten Durchmesser unterhalb der Rolle positioniert werden. Durch die radial nach innen gerichtete Kraft des Rückstellmittels wird die Rolle auf den verringerten Durchmesser des Abrollelements nachgeführt, sodass sich der Durchmesser des Rollierwerkzeugs ebenfalls verringert.
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Einen besonders kompakten Aufbau des Rollierwerkzeugs kann erreicht werden, indem die Vorschubrichtung mit der Stellrichtung fluchtet und vorzugsweise einer Werkzeugachse des Rollierwerkzeugs entspricht. Dadurch können die wesentlichen Bauteile des erfindungsgemäßen Rollierwerkzeugs koaxial ineinander gefügt werden, wobei der verstellbare Durchmesser des Rollierwerkzeugs konzentrisch zur Vorschubrichtung ausgerichtet ist. Hierbei wird das Abrollelement relativ zum Rollenkäfig entlang der Werkzeugachse durch das Stellmittel verstellt. Der Rollenkäfig ist bezüglich der Werkzeugachse des Rollierwerkzeugs fest im Rollierwerkzeug angeordnet. Somit wird der Abschnitt des Rollierwerkzeugs mit dem durch die Rolle verstellbaren Durchmesser in eine zu bearbeitende Bohrung eingeführt. Zum Bearbeiten der Oberfläche wird wenigstens der in der Bohrung eingefügte Abschnitt des Rollierwerkzeugs in Umfangsrichtung rotiert. Dabei rollt die Rolle über die zu bearbeitende Oberfläche und das Abrollelement.
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Eine optimale Ausrichtung der Seite der Rolle, welche für die Bearbeitung der Oberfläche vorgesehen ist, zu erlangen, kann die Rotationsachse der Rolle gegenüber der Werkzeugachse des Rollierwerkzeugs verkippt sein. Insbesondere schließt die Rotationsachse der Rolle mit der Werkzeugachse einen Winkel ein der bezüglich der Stellrichtung des Abrollelements in die gleiche Richtung geöffnet ist wie der Winkel der Verjüngung des Abrollelements.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Abrollelement eine sich verjüngende Fläche für das Abrollen der Rolle aufweist, die eine umlaufende Ringnut beinhaltet, um einen Freiraum für einen Bund der Rolle bereitzustellen. Die verjüngende Fläche ist eine Mantelfläche des Abrollelements und bildet vorzugsweise eine ringförmige Bahn für das Abrollen der Rolle um das Abrollelement herum. Die Ringnut liegt in der Bahn für das Abrollen und umringt das Abrollelement vorzugsweise in geschlossener Weise. Weist beispielsweise die Rolle einen Bund für die Bearbeitung der Oberfläche auf, so kann der Bund innerhalb der Ringnut frei laufen, während Bereiche neben der Ringnut die Bahn für das Abrollen von Abschnitten der Rolle, die neben dem Bund angeordnet sind, bereitstellen. Es ist ein axiales und radiales Spiel für den Bund durch die Ringnut gegeben. Erfolgt nun eine Verstellung des Abrollelements entlang der Werkzeugachse, so kann der Bund innerhalb der Ringnut axial verschoben werden, ohne mit dem Material des Abrollelements zu kollidieren. Während des Abrollens kann der Bund ungehindert in dem Freiraum eine Rotationsbewegung ausführen. Ferner kann der Bund eine glatte oder eine mit harten Partikeln aus Diamant, Korund und/oder Hartmetall bestreute oder eine feilenartig Profilierte Umfangsoberfläche aufweisen. Die Umfangsoberfläche des Bunds kann die Oberfläche der Bohrung bearbeiten. Alternativ kann die Rolle ohne Bund ausgeführt sein.
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Am Stellmittel kann ein Justiermittel vorgesehen sein mittels dem die Position des Stellmittels zu dem Abrollelements justierbar ist. Dadurch kann eine Justage des Durchmessers des Rollierwerkzeugs erfolgen. Insbesondere kann dies vorteilhaft sein, wenn die Rolle aufgrund von Verschleiß ihren Rollendurchmesser verringert hat, sodass der für die Bearbeitung effektive Durchmesser des Rollierwerkzeugs verringert wird. Durch das Justiermittel kann der Durchmesser des Rollierwerkzeugs wieder auf das Nennmaß für die Bearbeitung gebracht werden. Ferner sind auch fertigungstoleranzbedingte Variationen der Rollenabmessungen durch das Justiermittel kompensierbar. Das Justiermittel kann mittels einer Stellschraube eingestellt werden, die vorzugsweise mit 15 Nm geschraubt wird.
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Das Rollierwerkzeug kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung einen Aufnahmeabschnitt aufweisen, der in ein Futter einer Werkzeugmaschine gesteckt wird. Die Werkzeugmaschine kann eine Drehung des Rollierwerkzeugs erzeugen. Ferner kann insbesondere konzentrisch zum Rollierwerkzeug im Aufnahmeabschnitt ein hydraulischer Anschluss vorgesehen sein. Der hydraulische Anschluss beaufschlagt wenigstens eine hydraulische Wirkfläche an dem Stellmittel mit einem hydraulischen Druck. Durch die hydraulische Wirkfläche kann das Stellmittel in Stellrichtung verstellt und der Durchmesser des Rollierwerkzeugs größer werden. Vorzugsweise ist eine gegen die Wirkfläche wirkende Stellfeder an das Stellmittel angekoppelt, sodass wenn der hydraulische Druck entfernt wird, die Stellfeder eine Rückstellung des Stellmittels bewirken und der Durchmesser des Rollierwerkzeugs verringert werden kann. Das Stellmittel mit der hydraulischen Wirkfläche ist ähnlich einem hydraulischen Kolben ausgebildet, wobei die Wirkfläche quer zur Stellrichtung ausgerichtet ist. Der hydraulische Druck kann durch eine Bohrmittelemulsion für die Bearbeitung der Oberfläche der Bohrung erzeugt werden. Die Bohrmittelemulsion kann durch das Rollierwerkzeug zu derr Rolle befördert werden und gleichzeitig die hydraulische Wirkfläche beaufschlagen, wobei die Kraft der Stellfeder überwunden wird und die Rolle gegen die Oberfläche der Bohrung gepresst wird. Wenn die Bearbeitung beispielsweise in der Rückwärtsbewegung nicht erfolgen soll, wird die Bohrmittelemulsionszuführung gestoppt, wodurch der Kraft der Stellfeder nicht mehr entgegengewirkt wird. Daher verschiebt die Stellfeder das Abrollelement und das Rückstellmittel treibt die Rolle radial nach innen auf einen kleineren Durchmesser, wodurch sie von der Oberfläche abhebt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
- 1 einen Axialschnitt durch ein Rollierwerkzeug mit einem Rückstellmittel und einem hydraulischen oder pneumatischen Stellmittel.
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Das in 1 gezeigte Rollierwerkzeug 10 wird verwendet, um eine zylindrische Innenfläche einer Bohrung zu bearbeiten. Durch die Bearbeitung mittels des Rollierwerkzeugs 10 wird die Oberflächengüte verbessert, wobei insbesondere die Rautiefe der Oberfläche verringert wird. Die Oberfläche wird geprägt. Dazu wird ein vorderer Abschnitt 11 des Rollierwerkzeugs 10 mit einem Vorschub in die Bohrung geführt und wenigstens der vordere Abschnitt 11 des Rollierwerkzeugs 10 um dessen Werkzeugachse 3 rotiert.
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Das Rollierwerkzeug 10 umfasst ein Abrollelement 12, welches in dem vorderen Abschnitt 11 des Rollierwerkzeugs 10 angeordnet ist. Das Abrollelement 12 verjüngt sich konisch entlang der Werkzeugachse 3 längs des Rollierwerkzeugs 10, wobei die verjüngte Seite des Abrollelements 12 in Vorschubrichtung 1 des Rollierwerkzeugs 10 weist.
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Es ist wenigstens eine Rolle 14 auf einem Außenumfang des Abrollelements 12 angeordnet. In der Ausführungsform der 1 ist eine Mehrzahl an Rollen 14 vorgesehen, wobei wenigstens zwei Rollen 14 in dem Werkzeug zu Verwendung kommen können. Die Rollen 14 weisen ebenfalls eine konisch verjüngte Form auf. Die konischen Verjüngungen des Abrollelements 12 und der Rollen 14 ergänzen sich derartig, dass eine der zu bearbeitenden Oberfläche zugewandte Seite 13 der Rollen 14 im Wesentlichen parallel zur Werkzeugachse 3 ausgerichtet ist. Der Winkel der Verjüngung der jeweiligen Rolle 14 ist hierbei in Vorschubrichtung 1 geöffnet.
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Die Rollen 14 liegen auf dem Abrollelement 12 auf, wobei die Rollen 14 durch die für die Bearbeitung notwendige Rotation des Rollierwerkzeugs 10 und einem Anpressdruck in eine eigene Rotation versetzt werden. Die Rotationsachse 4 der Rollen 14 ist gegenüber der Werkzeugachse 3 verkippt, wobei die Rotationsachse 4 einen Winkel mit der Werkzeugachse einschließt, der entgegengesetzt zur Vorschubrichtung 1 geöffnet ist. Die Rotationsachse 4 der Rollen 14 ist durch eine gestrichelte Linie in der 1 dargestellt.
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Durch die Rotation des Rollierwerkzeugs 10 rollen die Rollen 14 auf der zu bearbeitenden Oberfläche der Bohrung ab und verändern dabei die Oberflächengüte. Während der Rollbewegung wälzen sich die Rollen 14 auf dem Abrollelement 12 ab und umlaufen es in einer planetenartigen Kreisbewegung.
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An einem axialen Ende 15 einer jeweiligen Rolle 14 ist ein Rückstellmittel 16 ausgebildet. Das Rückstellmittel 16 umfasst eine drückende Schraubenfeder 18. Zwischen dem axialen Ende 15 und der Feder 18 ist ein Druckstück 20 angeordnet, welches die Feder 18 mit der Rolle 14 koppelt. Die Rolle 14, die Feder 18 und das Druckstück 20 fluchten in einem eingefahrenen Zustand miteinander entlang der Rotationsachse 4 der Rolle 14, wobei der eingefahrenen Zustand eingenommen wird, wenn die Rolle 14 von der zu bearbeitenden Oberfläche abgehoben ist. Während der Bearbeitung der Oberfläche liegt die Rolle 14 auf dieser auf und die Rotationsachse 4 ist gegenüber der Symmetrieachse des Druckstücks 20 radial nach außen versetzt.
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Das axiale Ende 15 der Rolle 14 weist einen konisch verjüngten Gegenabschnitt 24 auf. Bei der Ausführungsform der 1 ist der verjüngte Gegenabschnitt 24 als Vorsprung ausgebildet, der in konvexer Weise von dem axialen Ende der Rolle 14 absteht. Das Druckstück 20 weist einen verjüngten Abschnitt 22 auf, der bei der besonderen Ausführungsform der 1 als taschenförmige Verjüngung ausgeführt ist. Die taschenförmige Verjüngung ist im Wesentlichen komplementär zum verjüngten Vorsprung der Rolle 14 ausgebildet. Alternativ kann das Druckstück ein verjüngten Vorsprung und das axiale Ende 15 der Rolle 14 eine taschenförmige Verjüngung aufweisen. Der verjüngte Vorsprung wird in die taschenförmige Verjüngung eingeführt, wodurch ein verjüngtes Gleitlager ausgebildet wird.
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Vorzugsweise weist der verjüngte Vorsprung einen entlang seiner Verjüngung etwas geringeren Durchmesser als die taschenförmige Verjüngung auf, sodass ein bezüglich der Rotationsachse 4 in radialer Richtung ausgebildetes Spiel in dem verjüngten Gleitlager vorliegt. Entlang des Spiels wird die Rolle 14 gegenüber dem Druckstück 20 durch das Abrollelement 12 während der Bearbeitung radial nach außen versetzt.
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Das Abrollelement 12 ist mit einem Stellmittel 25 wirkverbunden. Das Stellmittel 25 erstreckt sich entlang der Werkzeugachse 3 und ist entlang einer Stellrichtung 2 axial verschiebbar. Da das Abrollelement 12 starr mit dem Stellmittel 25 verbunden ist, bewirkt eine Verstellung des Stellmittels 25 eine Verstellung des Abrollelements 12 entlang der Werkzeugachse 3. Der Außenumfang des Abrollelements 12 umfasst eine verjüngte Fläche 34, auf der die Rollen 14 beweglich aufliegen. Das Abrollelement 12 und die Rollen 14 können in axialer Richtung relativ zueinander gleitend verschoben werden. Bewegt nun das Stellmittel 25 das Abrollelement 12 entlang der Längsrichtung 3 in Vorschubrichtung 1 nach vorne, dann drückt die verjüngte insbesondere kegelförmige Fläche 34 aufgrund der in Vorschubrichtung abfallenden Steigung der Verjüngung die Rolle 14 radial nach außen, wodurch im verjüngten Gleitlager das radiale Spiel in einem radial nach außen gerichteten Bereich ausgelöscht wird. Der verjüngte Abschnitt 23 liegt in diesem radial nach außen gerichteten Bereich an dem verjüngten Gegenabschnitt 24 an. Insgesamt ist die Rotationsachse 4 gegenüber einer Symmetrieachse des verjüngten Abschnitts 22 radial nach außen verschoben.
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Das Rückstellmittel 16 übt eine Federkraft auf das axiale Ende 15 der Rolle 14 aus. Die Federkraft bewirkt, dass sich der verjüngte Abschnitt 22 und Gegenabschnitt 24 zueinander zentrieren wollen. Liegt nun wie vorhergehend beschrieben der verjüngte Abschnitt 22 an einem radial äußeren Bereich des verjüngten Gegenabschnitts 24 durch den Versatz der Rolle 14 gegenüber dem Druckstück 20 an, dann wird eine radial nach innen gerichtete Kraft durch das Rückstellmittel 16 erzeugt, welche die Rolle 14 radial nach innen gegen das Abrollelement 12 drückt.
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Durch ein axiales Verstellen des Stellmittels 25 kann die radiale Position der Rolle 14 und damit eines Durchmessers D, welcher den Nenndurchmesser für die Bearbeitung der Oberfläche einer Bohrung darstellt, eingestellt werden. Wird das Stellmittel 25 in Vorschubrichtung 1 geschoben, bewegt sich das Abrollelement 12 ebenfalls in Vorschubrichtung 1, wodurch sich ein Durchmesser T des Abrollelements 12, der unterhalb der Rolle 14 positioniert ist, aufgrund des entgegengesetzt zur Vorschubrichtung 1 geöffneten Winkels der verjüngten Fläche 34 vergrößert. Durch die Kraft des Stellmittels 25 wird über die verjüngte Fläche 34 eine radial nach außen wirkende Kraft erzeugt, welche der Kraft F des Rückstellmittels 16 entgegengewirkt. Wenn die Kraft des Abrollelements 12 größer ist als die Kraft F des Rückstellmittels 16, wird der Durchmesser D des Rollierwerkzeugs 10 vergrößert, da die Rollen 14 nach au-ßen gedrückt werden.
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Wird das Abrollelement 12 durch das Stellmittel 25 in eine zur Vorschubrichtung 1 entgegengesetzten Richtung bewegt, so wird der effektive Durchmesser T verringert. Durch die Kraft F des Rückstellmittels 16 werden die Rollen 14 auf den verringerten Durchmesser T gedrängt, sodass sich der globale Durchmesser D des vorderen Abschnitts 11 des Rollierwerkzeugs 10 ebenfalls verringert.
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Auf diese Weise kann bei einer Bewegung des Rollierwerkzeugs 10 in Vorschubrichtung 1 das Stellmittel 25 innerhalb des Rollierwerkzeugs 10 in Vorschubrichtung 1 verstellt werden, wobei sich der Durchmesser D auf den Nenndurchmesser für die Bearbeitung der Oberfläche vergrößert. Das Abrollelement 12 stellt die Rollen 14 durch eine Keilwirkung radial nach außen zu. Wenn nun eine Rückwärtsbewegung 5 mit dem Rollierwerkzeug 10 ausgeführt wird, kann das Stellmittel 25 entgegengesetzt zur Vorschubrichtung 1 verstellt und der Durchmesser D gegenüber dem Nenndurchmesser für die Bearbeitung verringert werden. Die Rollen 14 heben aufgrund der Kraft F des Rückstellmittels 16 von der Oberfläche ab und können einen Hub von etwa 0,25 mm in radialer Richtung ausführen. Das Abrollelement 12 gibt die Rollen 14 frei, indem die Unterkeilung entfernt wird. Wenn die Rollen 14 nicht mehr in Kontakt mit der Oberfläche stehen, kann die Rückwärtsbewegung 5 mit einer hohen Geschwindigkeit ausgeführt werden.
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Die Rollen 14 sind in Aussparungen 28 eines hülsenförmigen Rollenkäfigs 26 angeordnet. Die Aussparungen 28 sind radialer Richtung als Durchführungen ausgebildet. Auf einer radialen Außenseite des Rollenkäfigs 26 ragt die Seite 13 der jeweiligen Rolle 14 zur Bearbeitung der Oberfläche heraus. Auf der radialen Innenseite ragt die Rolle 14 ebenfalls aus dem Rollenkäfig 26 heraus und liegt auf der verjüngten Fläche 34 des Abrollelements 12 auf.
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An einem dem Stellmittel 16 gegenüberliegenden axialen Ende der Rolle 14 ist ebenfalls ein verjüngter Gegenabschnitt 24 ausgebildet, der mit einem verjüngten Abschnitt 22 des Rollenkäfigs 26 zu einem verjüngten Gleitlager zusammengesetzt ist. Der verjüngte Abschnitt 22 ist in einem axialen Bereich des Rollenkäfigs 26 ausgeformt. Der axiale Bereich des Rollenkäfigs 26 kann als axial aufliegender und angeschraubter und verstifteter Ring 27 ausgebildet sein. Durch den axialen Ring 27 werden die Aussparungen 28 axial abgeschlossen, sodass die Rollen 14 sicher gelagert sind. Durch die Aussparungen 28 werden die Rollen 14 während ihrer Rollbewegung als auch ihrer Radialbewegung geführt. Ferner fixiert der Rollkäfig 26 die Rollen 14 bezüglich der axialen Bewegung des Abrollelements 12.
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Die Feder 18 und das Druckstück 20 des Rückstellmittels 16 sind in einer Tasche 29 in einem dem axialen Ring 27 gegenüberliegenden Rand 30 angeordnet. Die Tasche 29 kann als Bohrung ausgeführt sein, sodass insbesondere eine zylindrische Schraubenfeder und ein rotationssymmetrisches Druckstück 20 bei einer axialen Bewegung entlang der Rotationsachse 4 der Rolle 14 geführt werden. Die Feder 18 drückt sich innerhalb der Tasche 29 ab. Die Feder 18 kann lose in der Tasche 29 angeordnet sein.
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Während des Bearbeitungsvorgangs bewegen sich die Rollen 14 planetenartig auf einer Kreisbahn, wobei der wälzgelagerte Rollenkäfig 26 eine Relativbewegung zum Abrollelement 12 ausführt. Für die Bewegung der Rollen 14 auf dem Abrollelement 12 ist ein ringförmiger Abrollbereich 32 auf der verjüngten Fläche 34 vorgesehen.
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Die Rollen 14 weisen einen Bund 36 auf, der in etwa axial mittig am Außenumfang von der Rollen 14 angeordnet ist. Der Bund 36 weist eine Außenumfangsfläche für die Bearbeitung der Oberfläche auf. Der Bund 36 kann eine glatte oder eine mit harten Partikeln aus Diamant, Korund und/oder Hartmetall bestreute oder eine feilenartig profilierte Umfangsoberfläche aufweisen. Damit der Bund 36 nicht mit der verjüngten Fläche 34 des Abrollelements 12 kollidiert, ist eine Ringnut 38 in dem Abrollelement 12 vorgesehen. Die Ringnut 38 erstreckt sie in geschlossener Weise um das Abrollelement 12 herum. Links und rechts der Ringnut 38 ist der Abrollbereich 32 ausgebildet, sodass der Bund 36 in der Ringnut 38 angeordnet ist, während sich benachbarte Abschnitte der Rollen 14 auf dem Abrollbereich 32 abwälzen. Durch die Ringnut 38 wird ein Freiraum 40 für den Bund 36 in axialer als auch in radialer Richtung erzeugt. Der Bund 36 kann während des Abwälzens der Rollen 14 innerhalb der Ringnut 38 frei laufen. Ferner ist die axiale Länge des Freiraums 40 so bemessen, dass ein Verstellen des Abrollelements 12 erfolgen kann, ohne dass der Bund 36 an die Abrollbereiche 32 des Freiraums 40 stößt.
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Das Abrollelement 12 wird durch ein Justiermittel 42 bezüglich des Stellmittels 25 verstellt. Das Justiermittel 42 ist als koaxiale Schraube in dem Stellmittel 25 und dem Abrollelement 12 eingeschraubt. Für die Verstellung des Justiermittels 42 kann eine Stellschraube 43 mit Skalierung an einem axialen Ende im vorderen Abschnitt 11 des Rollierwerkzeugs 10 vorgesehen sein. Durch das Justiermittel 42 kann der Durchmesser D des vorderen Abschnitts 11 eingestellt werden, da der Abstand des Abrollelements 12 zum Stellmittel 25 vergrößert oder verringert werden kann. Ferner ist im Bereich der Stellschraube 43 ein Kontrollnippel vorgesehen. Der Bereich der Stellschraube 43 kann in eine maschinenseitige Vorrichtung mit einem Zweiflach aufgenommen werden. Die Stellschraube 43 weist eine vielkantige jedoch insbesondere einen achtkantige Kontur auf.
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An einem hinteren Abschnitt 48 des Rollierwerkzeugs 10 ist ein Hohlschaftkegel 50 angeordnet, der einen hydraulischen Kanal 52 aufweist. Der Hohlschaftkegel 50 wird in eine Pinole einer Werkzeugmaschine aufgenommen. Durch den hydraulischen Kanal 52 kann eine Bohrmittelemulsion in das Innere des Rollierwerkzeugs 10 geführt werden. Die Bohrmittelemulsion gelangt so zu einer hydraulischen Wirkfläche 44 des Stellmittels 25. Die hydraulische Wirkfläche 44 ist kolbenartig quer zur Stellrichtung 2 ausgerichtet. Ferner ist an der hydraulischen Wirkfläche 44 eine Membran 54 angebracht, welche eine Dichtung zwischen dem hydraulischen Kanal 52 und dem Stellmittel 25 darstellt. Wird die hydraulische Wirkfläche 44 mit einem Druck beaufschlagt, führt das Stellmittel 25 eine axiale Stellbewegung in Stellrichtung 2 aus, sodass sich der Durchmesser D vergrößert.
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Der Wirkfläche 44 wirkt eine Stellfeder 46 entgegen. Die Stellfeder 46 kann als Schraubenfeder oder als Tellerfederpacket ausgebildet sein. Wenn nun der hydraulische Druck von der Wirkfläche 44 entfernt wird, stellt die Stellfeder 46 das Stellmittel 25 entgegen der Stellrichtung 2 zurück, sodass sich der Durchmesser D verringert. Das Rückstellmittel 16 drängt dabei die Rollen 14 mit der Kraft F auf einen kleineren Durchmesser T des Abrollelements 12.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorschubrichtung
- 2
- Stellrichtung
- 3
- Werkzeugachse
- 4
- Rotationsachse
- 5
- Rückwärtsbewegung
- 10
- Rollierwerkzeug
- 11
- vorderer Abschnitt
- 12
- Abrollelement
- 13
- Seite der Rolle
- 14
- Rolle
- 15
- axiales Ende
- 16
- Rückstellmittel
- 18
- Feder
- 20
- Druckstück
- 22
- verjüngter Abschnitt
- 24
- verjüngter Gegenabschnitt
- 25
- Stellmittel
- 26
- Rollenkäfig
- 27
- axialer Ring
- 28
- Aussparungen
- 29
- Tasche
- 30
- Rand
- 32
- Abrollbereich
- 34
- verjüngte Fläche
- 36
- Bund
- 38
- Ringnut
- 40
- Freiraum
- 42
- Justiermittel
- 43
- Stellschraube
- 44
- hydraulische Wirkfläche
- 46
- Stellfeder
- 48
- hintere Abschnitt
- 50
- Hohlschaftkegel
- 52
- hydraulische Kanal
- 54
- Membran
- D
- Durchmesser Rollierwerkzeug
- F
- Kraft
- T
- Durchmesser Abrollelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19802842 C2 [0003]
- DE 102013018899 A1 [0004]
