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Die Erfindung betrifft einen Rollkopf
zur Bearbeitung eines Werkstückes.
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Derartige Rollköpfe werden zum Umlegen von
Rändern
metallischer Werkstücke
eingesetzt. Ein Beispiel für
ein derartiges Werkstück
stellt eine aus Metall, insbesondere aus Aluminium, bestehende Lagerbuchse
dar, die mit einem Deckel verschließbar ist. Zur Fixierung des
Deckels an der Öffnung
an der Oberseite der Lagerbuchse wird der obere Rand der Lagerbuchse
umgelegt, so dass dieser auf den Rändern des Deckels aufliegt.
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Prinzipiell kann zur Fixierung des
Deckels an der Lagerbuchse der Rand des Werkstückes umbördelt werden. Das Umrollen
des Werkstückrandes stellt
eine hierzu alternative Befestigungsmöglichkeit dar.
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Rollköpfe der eingangs genannten
Art eignen sich insbesondere zur Bearbeitung von Werkstücken mit
einem kreisförmigen
Rand. Bei bekannten Rollköpfen
ist eine Rolle vorgesehen, die um eine Drehachse drehbar gelagert
ist und auf dem Rand des Werkstückes
umläuft,
wodurch dieser umgelegt wird.
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Durch das Umrollen kann der Werkstückrand gezielt
umgelegt werden, so dass dieser einen Deckel oder allgemein ein
zweites Werkstück
sicher fixiert.
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Nachteilig bei derartigen Rollköpfen ist
jedoch, dass bei dem umgelegten Werkstückrand häufig Rissbildungen oder Fasenbildungen
auftreten. Rissbildungen im Werkstückrand werden durch punktuelle
Belastungen des Werkstückrandes
infolge der aufliegenden Rolle generiert. Fasenbildungen an der
Oberfläche
des umrollten Werkstückrandes
werden ebenfalls durch die umlau fende Rolle erhalten, die bei Abrollen
auf dem Werkstückrand
zwangsläufig
eine gewisse Materialanhäufung
bewirkt.
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Insbesondere bei der Bearbeitung
von Werkstücken,
die im Bereich der Kraftfahrzeugindustrie eingesetzt werden, werden
hohe Anforderungen an die Materialbeschaffenheit der Werkstücke gestellt. Daher
sind in derartigen Anwendungsfällen
Rissbildungen und Fasenbildungen im Bereich der umgelegten Werkstückränder nicht
akzeptabel.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Rollkopf bereitzustellen, mit welchem eine reproduzierbare
Werkstückbearbeitung
mit hoher Qualität ermöglicht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die
Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Rollkopf dient zur Bearbeitung
eines Werkstückes.
Dieser Rollkopf weist wenigstens eine Hauptrolle und wenigstens eine
Nebenrolle auf, welche an einer um eine Drehachse drehbaren Halterung
gelagert sind. Weiterhin beinhaltet der erfindungsgemäße Rollkopf
eine Aufnahme zur Fixierung des Werkstückes in einer Bearbeitungsposition,
in welcher die Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Randes
des Werkstückes
in der Drehachse liegt. Zum Umlegen des Randes des Werkstückes läuft die
Hauptrolle in einem vorgegebenen Anstellwinkel an diesem um. Zur
Nachbearbeitung des Randes des Werkstückes läuft die Nebenrolle in einem
vorgegebenen Anstellwinkel an diesem um.
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Durch den Einsatz wenigstens einer
Nebenrolle zusätzlich
zu einer Hauptrolle kann der durch die Hauptrolle umgelegte Werkstückrand gezielt
nachbearbeitet werden, wodurch eine homogene, gleichförmige Oberflächenbeschaffenheit des
Werkstückes erhalten
wird. Insbesondere werden dadurch Fasenbildungen auf der Werkstückoberfläche vermieden, da
mit der Hauptrolle während
des Umlegens des Werkstückrandes
generierte Materialanhäufungen mit
der Nebenrolle eingeebnet werden.
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Weiterhin wird durch den Einsatz
mehrerer Rollen, im einfachsten Fall einer Hauptrolle und einer Nebenrolle,
welche gleichzeitig und versetzt zueinander auf dem Werkstückrand umlaufen,
entlang dieses Randes eine gleichförmigere Flächenbelastung durch die auf
diesem Rand aufliegenden Rollen erhalten. Durch die über den
Rand des Werkstückes verteilte
Kräftebelastung
wird die Gefahr von Rissbildungen auf dem bearbeiteten Werkstücksegment
erheblich reduziert.
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Im einfachsten Fall weist der erfindungsgemäße Rollkopf
eine einzelne Hauptrolle auf, der eine Nebenrolle zugeordnet ist.
Dabei ist die Nebenrolle in Umfangsrichtung des Werkstückrandes
um 180° versetzt
angeordnet. Dadurch wird eine drehsymmetrische Kräfteverteilung
der Hauptrolle und der Nebenrolle auf den Werkstückrand erzielt, wodurch eine gleichförmige Bearbeitung
des Werkstückrandes
erzielt wird.
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In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung sind jeweils mehrere in Umfangsrichtung des Werkstückrandes
drehsymmetrisch angeordnete Hauptrollen und Nebenrollen am Rollkopf
vorgesehen. Dabei sind N ( N ≥ 2)
Hauptrollen vorgesehen, die jeweils um einen Winkel von α = 180° / N versetzt
zueinander angeordnet sind. Weiterhin sind M ( M ≥ 2) Nebenrollen
vorgesehen, die jeweils um einen Winkel von ß = 180° / M versetzt zueinander angeordnet
sind. Die Anzahl N der Hauptrollen entspricht dabei der Anzahl M
der Nebenrollen, so dass jeweils eine Nebenrolle auf eine Hauptrolle folgt.
Besonders vorteilhaft bilden auch in diesem Fall die Hauptrollen
und die Nebenrollen eine drehsymmetrische Anordnung, das heißt die aufeinander
folgenden Hauptrollen und Nebenrollen sind in gleichen Winkeln über den
Umfang des Werkstückrandes
verteilt. Dadurch wird eine über
den Umfang des Werkstückrandes
gleichmäßige Kräfteverteilung
beim Umrollvorgang und damit eine besonders hohe Qualität bei der
Bearbeitung des Werkstückrandes
erhalten.
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Je nach Ausführungsform kann mit den Nebenrollen
des Rollkopfes das obere oder untere Segment des Werkstückrandes
nachbearbeitet werden, wobei dies durch eine geeignete Wahl des
Anstellwinkels der jeweiligen Nebenrolle zum Werkstückrand erzielt
wird.
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Prinzipiell ist auch eine Mehrfachanordnung von
Hauptrollen und Nebenrollen derart möglich, dass auf eine Hauptrolle
jeweils zwei Nebenrollen folgen, wobei mit der ersten Nebenrolle
nur das obere oder untere Segment des Werkstückrandes und mit der zweiten
Nebenrolle das jeweils andere Segment des Werkstückrandes nachgearbeitet wird.
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Zur applikationsspezifischen Optimierung der
Werkstücke
können
als einstellbare Parameter die Anstellwinkel der Hauptrollen und
der Nebenrollen relativ zum Werkstück und die Drehzahl des Rollkopfs
sowie dessen Vorschubrichtung in Richtung der Drehachse des Rollkopfes
variiert werden.
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Wesentlich hierbei ist, dass die
Hauptrollen und die Nebenrollen nicht selbst angetrieben sind, sondern
nur infolge des Abrollens auf der Werkstückoberfläche in eine Rollbewegung versetzt
werden. Dadurch wird ein Schleifen auf der Werkstückoberfläche vermieden,
was zu einer Beeinträchtigung
der Werkstückoberfläche führen würde. Dabei
werden die Rollenoberflächen
der Hauptrollen und der Nebenrollen nicht geschmiert, wodurch weiterhin
ein Schleifen der Hauptrollen und der Nebenrollen auf der Werkstückoberfläche vermieden
wird.
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Die Erfindung wird im Nachstehenden
anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1:
Längsschnitt
durch einen Rollkopf zur Bearbeitung eines Werkstückes.
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2:
Querschnitt durch die Halterung des Rollkopfs gemäß 1 mit daran angeordneten Hauptrollen
und Nebenrollen.
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Die 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel
eines Rollkopfs 1 einer Rollmaschine zur Bearbeitung eines
aus Metall, insbesondere aus Aluminium, bestehenden Werkstückes. Das
Werkstück
besteht im vorliegenden Fall aus einer Lagerbuchse 2, auf
welcher durch Umrollen des Randes des Werkstückes an der offenen oberen
Seite des Werkstückes
ein Deckel 3 fixiert werden soll.
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Sowohl die Lagerbuchse 2,
insbesondere deren oberer Rand, als auch der Deckel 3 weisen
einen rotationssymmetrischen Aufbau auf. Die Lagerbuchse 2 mit
dem Deckel 3 sind in einer Aufnahme gelagert. Die Lagerbuchse 2 selbst
ist in einem Sockel 4, der Bestandteil der Aufnahme ist,
gelagert. Als weiterer Bestandteil der Aufnahme ist ein Niederhalter 5 vorgesehen,
der den Deckel 3 in einer vorgegebenen Sollposition auf
der Lagerbuchse 2 fixiert. Der Niederhalter 5 weist
an seiner Unterseite ein hohlzylindrisches Halteteil 5a auf,
dessen unterer Rand gegen den Deckel 3 drückt. An
die Decke des Halteteils 5a schließt an dessen Oberseite ein
Stempel 5b an. Durch einen nicht dargestellten Pneumatikzylinder wird über den
Stempel 5b auf das Halteteil 5a ein Anpressdruck
ausgeübt,
mittels dessen der Deckel 3 in der Sollposition am Werkstück fixiert
wird. Durch die rotationssymmetrische Ausbildung des Halteteils 5a ist
gewährleistet,
dass der Anpressdruck gleichmäßig über den
Umfang des Deckels 3 verteilt ist. Anstelle eines Pneumatikzylinders
kann der notwendige Anpressdruck mit mechanischen Federelementen oder
dergleichen bewirkt werden. In jedem Fall ist der Anpressdruck auf
den Deckel 3 so dimensioniert, dass der Deckel 3 während des
Bearbeitungsprozesses der Lagerbuchse 2 sicher in der Sollposition
fixiert bleibt.
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Mit dem Rollkopf 1 wird
ein Umrollen des oberen Randes der Lagerbuchse 2 bewirkt,
so dass dieser nach dem Bearbeitungsprozess die Randsegmente des
Deckels 3 umschließt,
wodurch dieser an der Lagerbuchse 2 fixiert ist.
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Der Rollkopf 1 weist eine
um eine Drehachse D drehbare Halterung 6 auf, wobei die
Halterung 6 mittels eines nicht dargestellten Antriebs
in eine Drehbewegung versetzt wird. Die Drehachse D der Halterung 6 verläuft dabei
in vertikaler Richtung. Die Halterung 6 weist einen bezüglich der
Drehachse D rotationssymmetrischen Aufbau auf. Die Lagerbuchse 2 und
der Deckel 3 sind in der Aufnahme derart gelagert, dass
deren Symmetrieachsen in der Drehachse D liegen.
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An der Halterung 6 sind
Hauptrollen 7 und Nebenrollen 8 zur Durchführung des
Bearbeitungsprozesses des Werkstückes
fixiert. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich
weist der Rollkopf 1 im vorliegenden Fall drei Hauptrollen 7 und
drei Nebenrollen 8 auf.
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Die Hauptrollen 7 einerseits
und die Nebenrollen 8 andererseits sind jeweils identisch
ausgebildet. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, sind die Durchmesser
der Hauptrollen 7 erheblich größer als die Durchmesser der
Nebenrollen 8. Die Hauptrollen 7 sind jeweils
auf einer Achse 7a mittels geeigneter Lager drehbar gelagert.
Die Achsen 7a sind in Bohrungen in der Halterung 6 gelagert.
Auch die Nebenrollen 8 sind jeweils auf einer Achse 8a mittels
geeigneter Lager drehbar gelagert. Auch die die Nebenrollen 8 aufnehmenden
Achsen 8a sind in Bohrungen der Halterung 6 gelagert.
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Die Hauptrollen 7 und die
Nebenrollen 8 sind nicht selbst angetrieben. Die Hauptrollen 7 und
die Nebenrollen 8 werden somit allein durch die Abrollbewegung
auf dem Werkstückrand
in eine Drehbewegung versetzt. Die Abrollbewegung selbst wird durch die
Drehbewegung der Halterung 6 um die Drehachse D bewirkt.
Dabei wird ein Schleifen der Hauptrollen 7 und der Neben rollen 8 auf
der Werkstückoberfläche während des
Bearbeitungsprozesses vermieden. Weiterhin sind die Oberflächen der
Hauptrollen 7 und der Nebenrollen 8 nicht geschmiert,
um ein Schleifen auf der Werkstückoberfläche zu vermeiden.
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Durch eine in Richtung der Drehachse
D ausführbare
Vorschubbewegung kann die Halterung 6 mit den Hauptrollen 7 und
den Nebenrollen 8 auf den Rand des Werkstückes geführt werden,
so dass die Hauptrollen 7 und die Nebenrollen 8 in
vorgegebenen Anstellwinkeln am Rand der das Werkstück bildenden
Lagerbuchse 2 anliegen. Die Oberflächen der Hauptrollen 7 liegen
jeweils in dem selben Anstellwinkel zum Rand der Lagerbuchse 2.
Auch die Oberflächen
der Nebenrollen 8 liegen jeweils in dem selben Anstellwinkel
zum Rand der Lagerbuchse 2, wobei dieser Anstellwinkel
von den Anstellwinkeln der Hauptrollen 7 verschieden ist.
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Mit den Nebenrollen 8 erfolgt
das Umlegen des Werkstückrandes
auf den Deckel 3. Mit den Nebenrollen 8 erfolgt
eine Nachbearbeitung des mit den Hauptrollen 7 umgelegten
Werkstückrandes.
Wie aus 1 ersichtlich,
ist dabei der Anstellwinkel der Nebenrollen 8 so gewählt, dass
das obere Segment des umgelegten Werkstückrandes nachgearbeitet wird. Alternativ
könnte
der Anstellwinkel derart gewählt sein,
dass mit den Nebenrollen 8 das untere Segment des umgelegten
Werkstückrandes
umgelegt wird.
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Dabei sind die Anstellwinkel der
Nebenrollen 8 generell an die Anstellwinkel der Hauptrollen 7 angepasst,
so dass sich die Hauptrollen 7 und die Nebenrollen 8 in
ihrer Wirkung ergänzen,
um bei Umlegen des Werkstückrandes
eine gleichförmige
Werkstückoberfläche ohne
Rissbildungen und Fasenbildungen zu erhalten.
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Wie aus 2 ersichtlich, bilden die in Umfangsrichtung
hintereinander angeordneten Hauptrollen 7 und Nebenrollen 8 eine
bezüglich
der Drehachse D des Rollkopfs 1 drehsymmetrische Anordnung.
Dabei sind die drei Hauptrollen 7 jeweils um einen Winkel α = 120° versetzt
zueinander angeordnet. Desweiteren sind auch die drei Nebenrollen 8 um
einen Winkel ß =
120° versetzt
zueinander angeordnet. Die Hauptrollen 7 und die Nebenrollen 8 bilden
dabei eine alternierende Anordnung, das heißt auf eine Hauptrolle 7 folgt
jeweils eine Nebenrolle 8. Jeweils zwei benachbarte Hauptrollen 7 und
Nebenrollen 8 sind um einen Winkel von 60° zueinander
versetzt angeordnet, wodurch die drehsymmetrische Anordnung von
Hauptrollen 7 und Nebenrollen 8 erhalten wird.
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Zur Bearbeitung des Werkstückes wird
mittels des Antriebs die Halterung 6 mit den Hauptrollen 7 und
den Nebenrollen 8 mit einer geeignet gewählten Vorschubbewegung
zum Werkstück
geführt,
so dass die Hauptrollen 7 und die Nebenrollen 8 mit
einem vorgegebenen Anpressdruck auf der Oberfläche des Werkstückrandes
geführt
sind. Durch die mit einer geeignet gewählten Drehzahl rotierende Halterung 6 laufen
die Hauptrollen 7 und die Nebenrollen 8 auf dem
Werkstückrand
in dessen Umfangsrichtung um.
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Durch die Hauptrollen 7,
die einen im Vergleich zu den Nebenrollen 8 größeren Durchmesser aufweisen,
wird das Umlegen des Werkstückrandes auf
den Deckel 3 bewirkt. Bei diesem Prozess entstehen durch
das Abrollen der Hauptrollen 7 Materialanhäufungen
auf der Oberfläche
des Werkstückrandes. Diese
Inhomogenitäten
der Werkstückoberfläche werden
durch die Nachbearbeitung mit den auf die Hauptrollen 7 folgenden
Nebenrollen 8 beseitigt. Die Nachbearbeitungsqualität kann dadurch
optimiert werden, dass die Anstellwinkel der Nebenrollen 8 zum
Werkstückrand
in Bezug auf die Anstellwinkel der Hauptrollen 7 zum Werkstückrand angepasst werden.
Weiterhin bilden die Dimensionierungen der Nebenrollen 8 im
Vergleich zu den Dimensionierungen der Hauptrollen 7 einstellbare
Parameter zur Optimierung der Bearbeitungsqualität. Mit einem derartig ausgebildeten
Rollkopf 1 wird nicht nur ein dichtes Anliegen des umgelegten
Randes des Deckels 3 an der Lagerbuchse 2 erzielt.
Viel mehr wird auch eine reproduzierbare Oberflächenqualität des bearbeiteten Werkstückrandes
ohne Riss- und Fasenbildungen erhalten.
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- 1
- Rollkopf
- 2
- Lagerbuchse
- 3
- Deckel
- 4
- Sockel
- 5
- Niederhalter
- 5a
- Halteteil
- 5b
- Stempel
- 6
- Halterung
- 7
- Hauptrollen
- 7a
- Achse
- 8
- Nebenrollen
- 8a
- Achse
- D
- Drehachse