DE202015008681U1 - Smooth rolling machine for smooth rolling of ball bearings on crankshafts - Google Patents
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Abstract
Glattwalzgerät zum Glattwalzen von Passlagern an Kurbelwellen, wobei das Glattwalzgerät mindestens ein Werkzeug mit zwei zylinderförmigen Glattwalzrollen aufweist, die nebeneinander sowie parallel zueinander in einem Gehäuse drehbar gelagert sind und wobei dieses Gehäuse um seine Längsachse in eine Arbeitsstellung schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (1) vier zylinderförmige Rollen (2; 3) aufweist, die sich aufeinander abstützen und sich in Arbeitsstellung des Werkzeuges (1) auf einer gemeinsamen Stützlinie (4) befinden, wobei zwei Rollen als äußere Arbeitsrollen (Glattwalzrollen 2) und zwei Rollen als innere Stützrollen (3) ausgestaltet sind und wobei die Arbeitsrollen (2) einen kleineren Durchmesser als die Stützrollen (3) aufweisen.A smooth rolling machine for smooth rolling passport bearings on crankshafts, wherein the smooth rolling device has at least one tool with two cylindrical roller burners, which are rotatably mounted side by side and parallel to each other in a housing and this housing is pivotable about its longitudinal axis in a working position, characterized in that the tool (1) has four cylindrical rollers (2, 3), which are supported on each other and in the working position of the tool (1) on a common support line (4), wherein two rollers as outer work rolls (roller burners 2) and two rollers as inner Support rollers (3) are configured and wherein the work rolls (2) have a smaller diameter than the support rollers (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Glattwalzgerät zum Glattwalzen von Passlagern an Kurbelwellen, wobei das Glattwalzgerät mindestens ein Werkzeug mit zwei zylinderförmigen Glattwalzrollen aufweist, die nebeneinander sowie parallel zueinander in einem Gehäuse drehbar gelagert sind und wobei dieses Gehäuse um seine Längsachse in eine Arbeitsstellung schwenkbar ist.The invention relates to a smooth rolling device for smooth rolling passport bearings on crankshafts, wherein the smooth rolling device has at least one tool with two cylindrical roller burners which are rotatably supported side by side and parallel to each other in a housing and said housing is pivotable about its longitudinal axis in a working position.
Glattwalzgeräte zum Glattwalzen der Passlager an Kurbelwellen sind in der technischen Anwendung weit verbreitet und Stand der Technik. Passlager sind die axial wirkenden Lager der Kurbelwelle, sie sind Gleitlager, die Lagerfläche liegt senkrecht zur Kurbelwellenachse. Typisch ist eine Ringfläche mit etwa 50 mm Durchmesser und 10 mm Breite. Diese Ringfläche muss hochgenau plan sein und ihre Rauigkeit muss sehr gering sein. Daher wird zur Endbearbeitung dieser Fläche ein Glattwalzprozess eingesetzt. Die Werkzeuge für diesen Bearbeitungsvorgang bestehen im Prinzip aus zwei sich gegeneinander abstützenden zylindrischen Rollen, welche die beiden planparallel vorgearbeiteten Lagerflächen gleichzeitig mit gleicher Kraft berühren und bei Drehung der Kurbelwelle die Oberfläche glattwalzen. Die typische Lagerbreite eines Passlagers einer PKW-Kurbelwelle beträgt etwa 22 bis 25 mm, so dass ein Zweirollenwerkzeug Rollen in einer Größenordnung von 11,0 bis 12,5 mm aufweist.Straight rolling machines for smooth rolling of the ball bearings on crankshafts are widely used in the technical application and state of the art. Passport bearings are the axially acting bearings of the crankshaft, they are plain bearings, the bearing surface is perpendicular to the crankshaft axis. Typical is an annular surface with about 50 mm in diameter and 10 mm in width. This ring surface must be highly accurate plan and their roughness must be very low. Therefore, a finish rolling process is used to finish this area. The tools for this machining process consist in principle of two mutually supporting cylindrical rollers, which touch the two plane parallel preprocessed bearing surfaces simultaneously with the same force and smoothly roll the surface during rotation of the crankshaft. The typical bearing width of a passenger compartment crankshaft crankshaft crankshaft is about 22 to 25 mm, so that a two-roller tool has rollers in the order of 11.0 to 12.5 mm.
Weiterhin ist für das Glattwalzen eine vollkommene Parallelität der glattzuwalzenden Fläche und der Berührlinie der Arbeitsrolle und damit der Rotationsachse der Glattwalz- oder Arbeitsrolle erforderlich. Dazu werden die Käfige, welche die Rollen halten und führen, drehbar und verschiebbar gestaltet.Furthermore, a perfect parallelism of the smooth surface to be rolled and the line of contact of the work roll and thus the axis of rotation of the smooth-rolling or work roll is required for the smooth-rolling. For this purpose, the cages holding and guiding the rollers are designed to be rotatable and displaceable.
Die Walzkraft wird durch Schwenken des Werkzeugs um seine Achse (senkrecht zur Kurbelwellenachse) über ein Moment erzeugt, wobei die Walzrollen im Arbeitspunkt etwa 8 Grad Winkelabweichung zur Kurbelwellenachse haben.The rolling force is generated by pivoting the tool about its axis (perpendicular to the crankshaft axis) over a moment, the rolling rolls having about 8 degrees of angular deviation from the crankshaft axis at the operating point.
Neben den benannten technischen Lösungen sind weitere Glattwalzgeräte bekannt. Dennoch besteht weiterhin Entwicklungsbedarf, um neuartige technische Forderungen erfüllen zu können.In addition to the named technical solutions further smooth rolling machines are known. Nevertheless, there is still a need for development in order to meet new technical requirements.
So werden in jüngerer Zeit zunehmend Kurbelwellen realisiert, bei denen die Passlagerflächen in Teilbereichen dünnwandig ausgeführt oder gehärtet sind. Dies erschwert aus folgenden Gründen eine Bearbeitung durch Glattwalzen:
Bei dünnwandigen Bauteilen biegen sich die Ränder der Axiallagerfläche der Kurbelwelle durch den Walzdruck weg und die Rauigkeit ist in diesem Bereich sowie in einem geringeren Maße auch auf der entgegengesetzten Seite erhöht.Thus, crankshafts are increasingly being realized in recent years, in which the passport bearing surfaces are executed or hardened in some areas thin-walled. This complicates processing by means of smooth rolling for the following reasons:
With thin-walled components, the edges of the thrust bearing surface of the crankshaft bend away due to the rolling pressure, and the roughness is increased in this region and, to a lesser extent, on the opposite side.
Bei gehärteten Oberflächen ist ein sehr viel höherer Walzdruck notwendig, so dass hier das gleiche Problem bereits bei einer steiferen Ausführung der die Lagerflächen stützenden Bauteile auftritt.For hardened surfaces, a much higher rolling pressure is necessary, so that the same problem occurs here even with a stiffer design of the bearing surfaces supporting components.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Glattwalzgerät zu schaffen, bei dessen Anwendung die Walzkräfte bei gleichen glattwalzenden Flächenpressungen zwischen der Walzrolle und der Passlagerfläche reduziert werden können.The object of the invention is to provide a smooth rolling device, in which application the rolling forces can be reduced at the same smooth rolling surface pressures between the roller and the raceway surface.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den technischen Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, deren technische Merkmale in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The object is achieved with the technical features according to
Bei einem erfindungsgemäßen Glattwalzgerät weist das Werkzeug vier zylinderförmige Rollen auf, die sich aufeinander abstützen und sich in Arbeitsstellung des Werkzeuges auf einer gemeinsamen Linie befinden. Beim Walzvorgang ist die Linie (im folgenden Stützlinie genannt) um etwa 8 Grad gegenüber der Kurbelwellenachse gedreht. Jeweils zwei Rollen sind als äußere Arbeitsrollen für den eigentlichen Glattwalzvorgang ausgestaltet und zwei Rollen als innere Stützrollen. Außerdem weisen die Arbeitsrollen (Glattwalzrollen) einen kleineren Durchmesser auf als die Stützrollen.In a smooth rolling apparatus according to the invention, the tool has four cylindrical rollers which are supported on one another and are in the working position of the tool on a common line. During the rolling process, the line (referred to below as the support line) is rotated by about 8 degrees with respect to the crankshaft axis. Two rollers are designed as outer work rolls for the actual smooth rolling process and two rollers as inner support rollers. In addition, the work rolls (roller burnishing rollers) have a smaller diameter than the support rollers.
Der grundlegende Lösungsansatz besteht darin, dass durch kleinere glattwalzende Rollen eine Bearbeitung mit einer reduzierten Glattwalzkraft möglich ist. Dabei sind die äußeren Arbeitsrollen (Glattwalzrollen) nur noch etwa 1/3 so groß wie in einem bisher üblichen Standardwerkzeug. Somit reduziert sich die benötigte Festwalzkraft ebenfalls auf etwa 1/3.The basic approach is to allow smaller, smooth-rolling rolls to be machined with a reduced smooth-rolling force. The outer work rolls (roll rollers) are only about 1/3 as large as in a standard tool previously used. Consequently The required deep rolling force is also reduced to about 1/3.
Die Durchmesser der äußeren Arbeitsrollen (Glattwalzrollen) richten sich nicht mehr nach der Lagerbreite, sondern können standardisiert werden. Sie bestehen beispielsweise aus gehärtetem Werkzeugstahl oder – vorteilhaft wegen deutlich höherem Elastizitätsmodul – aus Hartmetall. Die beiden inneren Stützrollen bemessen sich nach der Breite des Passlagers und können in Wälzlagerstahl ausgeführt werden.The diameters of the outer work rollers (roller burnishing rollers) no longer depend on the bearing width, but can be standardized. They consist for example of hardened tool steel or - advantageously because of significantly higher modulus of elasticity - made of hard metal. The two inner support rollers are dimensioned according to the width of the pivot bearing and can be carried out in bearing steel.
Die Arbeitsrollen (Glattwalzrollen) sind in einem Käfig geführt, der die in Walzrichtung entstehenden Kräfte aufnimmt, nicht jedoch Kräfte in Richtung der Stützlinie. Diese heben sich gegenseitig auf. Die Bohrung im Käfig für die Walzrolle wird so toleriert, dass die Abplattung der Rollen und die Toleranzen der Stützrollen (typisch 11 μm) berücksichtigt sind. Der Käfig besteht aus einem Gleitlagerwerkstoff, z. B. aus Bronze oder einem beschichteten Stahl, die Lagerstellen der Arbeitsrollen (Glattwalzrollen) werden geschmiert.The work rolls (roller burnishing rollers) are guided in a cage that absorbs the forces generated in the rolling direction, but not forces in the direction of the support line. These cancel each other out. The hole in the cage for the roller is tolerated so that the flattening of the rollers and the tolerances of the support rollers (typically 11 microns) are taken into account. The cage consists of a sliding bearing material, eg. B. of bronze or a coated steel, the bearings of the work rolls (roller burnishing rollers) are lubricated.
Die Arbeitsrollen (Glattwalzrollen) erfahren durch die Schrägstellung des Werkzeugs eine axiale Kraft in Richtung der Glattwalzrollenachse, die eine Lagerung erforderlich macht. Daher ist eine axiale Lagerung der Walzrollen notwendig. Diese kann als eine Gleitlagerung im verschiebbaren und schwenkbaren Käfig angeordnet sein oder auch als Wälzlagerung im Werkzeuggrundkörper ihren Platz finden. Weiterhin erfahren sie durch die unterschiedlichen Walzgeschwindigkeiten gemäß dem Abstand zur Drehachse der Kurbelwelle ein Drehmoment, das sich im Käfig abstützt. Die Stützrollen erfahren nur radiale Kräfte, die sich gegenseitig aufheben und stützen sich nur mit kleiner Kraft auf dem Käfig ab.The work rolls (roller burnishing) experienced by the inclination of the tool, an axial force in the direction of the roller roller axis, which makes a storage required. Therefore, an axial bearing of the rolling rolls is necessary. This can be arranged as a sliding bearing in the movable and pivotable cage or find their place as a rolling bearing in the tool body. Furthermore, they learn by the different rolling speeds according to the distance to the axis of rotation of the crankshaft, a torque which is supported in the cage. The support rollers experience only radial forces that cancel each other and rely only with little force on the cage.
Der Käfig ist verschiebbar und schwenkbar im Grundkörper des Werkzeugs geführt, dadurch richten sich die Arbeitsrollen (Glattwalzrollen) entsprechend der Lage der glattzuwalzenden Flächen während des Walzens aus. Es ist somit keine besondere Ausrichtgenauigkeit des Werkzeughalters, die sonst im μm Bereich liegen sollte, erforderlich. Der Käfig ist um eine Achse schwenkbar, die vorteilhaft in der Mitte des Passlagers und der zu walzenden Passlagerflächen liegt.The cage is slidably and pivotally guided in the main body of the tool, thereby align the work rolls (roller burnishing rollers) according to the position of the smooth surfaces to be rolled during rolling. There is thus no special alignment accuracy of the tool holder, which should otherwise be in the micron range required. The cage is pivotable about an axis, which is advantageous in the middle of the foothold and to be rolled passport surfaces.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An exemplary embodiment will be explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
Wesentlich ist jedoch, dass das Werkzeug insgesamt vier zylinderförmige Rollen aufweist. Dabei sind zwei Rollen
Die jeweils zwei Arbeitsrollen
Die Arbeitsrollen
Die Arbeitsrollen
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Grundkörper WerkzeugBasic body tool
- 22
- Arbeitsrolle/GlattwalzrolleWork Role / smooth roll
- 33
- Stützrollensupport rollers
- 44
- Stützliniesupport line
- 55
- Kurbelwellenachsecrankshaft axis
- 66
- KäfigCage
- 77
- Passlager/PasslagerflächeFlanged bearing / thrust bearing surface
- 88th
- Kurbelwellenlagerungcrankshaft bearing
- 99
- Wälzlagerroller bearing
- 1010
- Klemmhülsecollet
- LL
- Längsachse des GrundkörpersLongitudinal axis of the main body
- SVSV
- Schwenk-VerschiebebereichSwivel-sliding range
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 202011004718 U1 [0005] DE 202011004718 U1 [0005]
- WO 2013/013658 A1 [0006] WO 2013/013658 A1 [0006]
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DE202015008681U1 true DE202015008681U1 (en) | 2017-03-17 |
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DE202015008681.0U Expired - Lifetime DE202015008681U1 (en) | 2015-12-16 | 2015-12-16 | Smooth rolling machine for smooth rolling of ball bearings on crankshafts |
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- 2015-12-16 DE DE202015008681.0U patent/DE202015008681U1/en not_active Expired - Lifetime
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