DE102019111784A1

DE102019111784A1 - Rollierwerkzeug zur Bearbeitung einer Werkstückoberfläche

Info

Publication number: DE102019111784A1
Application number: DE102019111784.4A
Authority: DE
Inventors: Gerd Heckel
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2020-11-12
Also published as: US20220134508A1; WO2020224710A1; EP3965994A1

Abstract

Rollierwerkzeug 1 zur Bearbeitung einer Werkstückoberfläche mit einem Grundkörper 12 mit mindestens einem radial verstellbar angeordneten Walzenhalter 2, wobei an jedem Walzenhalter 2 eine Rollierwalze 3 drehbeweglich angeordnet ist, und wobei mindestens eine Rollierwalze 3 eine Außenfläche mit einem rauen Arbeitsabschnitt 4 mit einer vorgestimmten Rautiefe hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rollierwerkzeug zur Bearbeitung einer Werkstückoberfläche gemäß dem unabhängigen Anspruch.
Die Erfindung liegt im technischen Gebiet von Rollierbearbeitung einer Werkstückoberfläche. Dabei wird eine definierte Oberflächenstruktur, Oberflächengüte oder Oberflächengeometrie erreicht, indem das Rollierwerkzeug an der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche mit einem vorgegebenen Anpressdruck abgerollt wird, wobei die zu bearbeitende Werkstückoberfläche eine plastische Umformung erfährt.
Die plastische Umformung kann auch eine spanende Bearbeitung umfassen und insbesondere im Aufrauen der Oberfläche und gleichzeitig im Abstumpfen der aufgerauten Oberfläche bestehen. Ein Ziel derartiger Oberflächenbearbeitungen besteht zum Beispiel darin, die Benetzbarkeit der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks zu verbessern.
In der DE 20 2009 014 180 U1 oder DE 10 2012 207 455 A1 ist ein konventionelles Rollierwerkzeug mit einem sich entlang einer Längsmittelachse erstreckenden Grundkörper, einem in einer Ausnehmung im Grundkörper radial verschiebbar angeordneten Walzenhalter, an dem eine Rollierwalze gelagert ist, und einer zentralen Stelleinrichtung angegeben, die eine im Grundkörper axial verschiebbare Stellstange mit einer schräg zur Längsmittelachse verlaufenden Steuerschräge aufweist, an der der Walzenhalter flächig anliegt.
Ein funktional verbessertes Rollierwerkzeug ist aus der DE 10 2017 213 045 A1 bekannt.
Bei der Bearbeitung von Oberflächen, insbesondere zur Erzeugung einer strukturierten Oberfläche (z.B. Mikrorillenstruktur, Trapezstruktur, etc.) hat sich im Hinblick auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Bearbeitungsqualität gezeigt, dass es von Nachteil ist, wenn die Außenfläche der Rollierwalze zu glatt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rollierwerkzeug bereitzustellen, das eine gute Bearbeitung von Werkstücken, bei gleichzeitig hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch ein Rollierwerkzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Aspekte bilden den Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die Erfindung umfasst ein Rollierwerkzeug mit einem Grundkörper mit mindestens einem radial verstellbar angeordneten Walzenhalter. An jedem Walzenhalter ist mindestens eine Rollierwalze drehbeweglich angeordnet. Die mindestens eine Rollierwalze hat eine Außenfläche mit einem rauen Arbeitsabschnitt mit einer vorgestimmten Rautiefe. Der raue Arbeitsabschnitt erlaubt eine rollierende Bearbeitung eines Werkstücks mit hoher Bearbeitungsqualität und -geschwindigkeit.
Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt ist die Rautiefe des Arbeitsabschnitts im Bereich von 2 µm bis 400 µm, insbesondere im Bereich von 5 µm bis 100 µm. Die Rautiefe ist der Mittelwert aus den mit einem Perthometer (z. B. Tastschnittverfahren) gemessenen Rautiefen des Arbeitsabschnitts.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn der Arbeitsabschnitt ein Diamantmaterial umfasst. Das Diamantmaterial kann aus kleinen Diamantpartikeln bestehen, die auf die Arbeitsfläche aufgebracht werden.
Besonders bevorzugt ist das Diamantmaterial in einer Lotmasse angeordnet. Die Lotmasse ist eine metallische Legierung mit einer ausreichenden Härte, um die Diamantpartikel darin fest zu halten.
Gemäß einem weiteren technischen Aspekt umfasst der Arbeitsabschnitt ein Vollhartmetallmaterial. Beim Vollhartmetallmaterial sind Hartstoffe als kleine Partikel in einer Matrix aus Metall zusammengehalten.
Gemäß einem technisch vorteilhaften Aspekt ist das Vollhartmetallmaterial derart ausgebildet, dass die Rauigkeit mittels Laser erzeugt wurde.
Gemäß einem alternativen oder additiven Aspekt ist das Vollhartmetallmaterial derart ausgebildet, dass die Rauigkeit mittels Schleifen erzeugt wurde. Das Schleifen umfasst jede spanende Bearbeitung bis die vorbestimmte Rauigkeit erreicht ist.
Gemäß einem alternativen oder additiven Aspekt ist das Vollhartmetallmaterial derart ausgebildet, dass die Rauigkeit mittels Beschichten erzeugt wurde. Dabei wird eine Beschichtung entsprechend der gewünschten Rauigkeit aufgebracht.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rollierwalze umfassend die folgenden Schritte:

- Bereitstellen einer Rollierwalze mit einem Arbeitsabschnitt;
- Aufrauen einer Oberfläche des Arbeitsabschnitts durch
1. a) Lasern
2. b) Schleifen und /oder
3. c) Beschichten.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele zusätzlich erläutert.
Es zeigen:

1 ein Rollierwerkzeug gemäß einem Beispiel für die Erfindung; und
2 eine Ansicht eines Teilschnitts durch eine Rollierwalze für das Rollierwerkzeug aus 1.

1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rollierwerkzeugs 1 zur Bearbeitung einer Werkstückoberfläche, insbesondere zum Aufrauen oder Abstumpfen einer aufgerauten Werkstückoberfläche.
Das Rollierwerkzeug 1 hat einen Grundkörper 12 mit einem Werkzeugabschnitt 121 und einem Befestigungsabschnitt 122 zur Anordnung in einem rotierenden Antriebswerkzeug (nicht dargestellt).
Am Werkzeugabschnitt 121 des Grundkörpers sind acht radial verstellbar angeordnete Walzenhalter 2 dargestellt. Jeder Walzenhalter 2 umfasst eine Aufnahme für Rollierwalzen 3, die sich jeweils um eigene Drehachsen drehen, die parallel zur Grundkörperachse A-A liegen.
An jedem Walzenhalter 2 ist eine Rollierwalze 3 drehbeweglich angeordnet. Im gezeigten Beispiel hat jede oder jede zweite Rollierwalze 3 eine Außenfläche mit einem rauen Arbeitsabschnitt (siehe 4) mit einer vorgestimmten Rautiefe, um eine rollierende Bearbeitung eines Werkstücks mit hoher Bearbeitungsqualität und - geschwindigkeit zu ermöglichen.
Die in dem Walzenhalter 2 angeordnete Rollierwalze 3 ist in 2 im Detail dargestellt, wobei die Außenfläche einen rauen Arbeitsabschnitt 4 mit einer Rautiefe im Bereich von 2 µm bis 400 µm hat. Die Rauigkeit ist durch die gepunktete Linie illustriert.
Am gezeigten Beispiel für die Rollierwalze 3 können verschiedene Varianten für die Gestaltung der Oberfläche des Arbeitsabschnitts 4 beschrieben werden. Alle Varianten können zur genannten Rautiefe führen.
In einer ersten Variante umfasst der Arbeitsabschnitt 4 ein Diamantmaterial. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um kleine Diamantpartikel aus künstlich hergestellten Industriediamanten. Die Diamantpartikel sind derart in einer Lotmasse angeordnet, um einerseits fest an der Rollierwalze 3 zu halten und andererseits eine gute Rauigkeit und hohe Härte der Oberfläche zu gewährleisten.
Eine andere Variante sieht vor, dass Arbeitsabschnitt 4 ein Vollhartmetallmaterial umfasst, was am einfachsten dadurch realisiert wird, dass gesamte Rollierwalze 3 aus einem einzigen Vollhartmetallmaterial besteht.
In einem ersten Beispiel ist das Vollhartmetallmaterial derart ausgebildet, dass die Rauigkeit mittels Laser erzeugt wurde. Dabei wird ein Laser zur Bearbeitung der Oberfläche des Arbeitsabschnitts eingesetzt. Die Oberflächenbearbeitung sieht vor, dass die Laserstrahlung lediglich im Bereich der vorbestimmten Rautiefe in das Material eindringt.
Ein anderes Beispiel sieht vor, dass das Vollhartmetallmaterial derart ausgebildet, dass die Rauigkeit mittels Schleifen erzeugt wurde. Beim Schleifen erfolgt der Materialabtrag derart, dass die oben beschriebene Rautiefe realisiert wird.
Das letzte Beispiel sieht vor, dass das Vollhartmetallmaterial derart ausgebildet, dass die Rauigkeit mittels Beschichtung erzeugt wurde. Hier können raue Metalllegierungen aufgetragen werden, um die gewünschte Rautiefe zu erzeugen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202009014180 U1 [0004]
DE 102012207455 A1 [0004]
DE 102017213045 A1 [0005]

Claims

Rollierwerkzeug (1) zur Bearbeitung einer Werkstückoberfläche mit einem Grundkörper (12) mit mindestens einem radial verstellbar angeordneten Walzenhalter (2), wobei an jedem Walzenhalter (2) eine Rollierwalze (3) drehbeweglich angeordnet ist, und wobei mindestens eine Rollierwalze (3) eine Außenfläche mit einem rauen Arbeitsabschnitt (4) mit einer vorgestimmten Rautiefe hat.
Rollierwerkzeug (1) nach Anspruch 1, wobei die Rautiefe des Arbeitsabschnitts (4) im Bereich von 2 µm bis 400 µm, insbesondere im Bereich von 5 µm bis 100 µm ist.
Rollierwerkzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Arbeitsabschnitts (4) ein Diamantmaterial umfasst.
Rollierwerkzeug (1) nach Anspruch 3, wobei das Diamantmaterial in einer Lotmasse angeordnet ist.
Rollierwerkzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Arbeitsabschnitt (4) ein Vollhartmetallmaterial umfasst.
Rollierwerkzeug (1) nach Anspruch 5, wobei das Vollhartmetallmaterial derart ausgebildet ist, dass die Rauigkeit mittels Laser erzeugt wurde.
Rollierwerkzeug (1) nach Anspruch 5, wobei das Vollhartmetallmaterial derart ausgebildet ist, dass die Rauigkeit mittels Schleifen erzeugt wurde.
Rollierwerkzeug (1) nach Anspruch 5, wobei das Vollhartmetallmaterial derart ausgebildet ist, dass die Rauigkeit mittels Beschichten erzeugt wurde.
Verfahren zur Herstellung einer Rollierwalze (3) umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen einer Rollierwalze (3) mit einem Arbeitsabschnitt (4); - Aufrauen einer Oberfläche des Arbeitsabschnitts (4) durch a) Laser b) Schleifen und /oder c) Beschichten.