DE2143161B1 - Stufen-rollierwerkzeug - Google Patents

Description

• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stufen-Rollierwerkzeug zu schaffen, das zur Bearbeitung zweier zylindrischer Werkstückoberflächen mit geringerer Axiallänge als bekannte Stufen-Rollierwerkzeuge geeignet ist.
• Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einer zylindrischen Oberfläche des angetriebenen Dorns, auf dessen kegelförmiger Oberfläche die Kegelrollen für das Rollieren der einen Werkstückoberfläche gelagert sind, ein mit einer entsprechenden zylindrischen Oberfläche versehener Ring drehbar gelagert ist, auf dessen anderer konisch ausgebildeter Radialoberfläche die Kegelrollen für das Rollieren der anderen Werkstücksoberfläche abwechselnd zwischen den anderen Kegelrollen - wie an sich bekannt - in demselben Käfig in Axialrichtung versetzt gelagert sind, und daß die in Vorschubrichtung des Werkzeugs vorderen Kegelrollen einen kleineren Maximaldurchmesser als die hinteren Kegelrollen aufweisen.
• Dadurch, daß beide Kegelrollensätze in demselben Käfig und die Kegelrollen des einen Satzes zwischen den Kegelrollen des anderen Satzes so angeordnet sind, daß sich die Kegelrollen des einen Satzes mit denen des anderen abwechseln, ist es möglich, die Kegelrollen des vorderen Satzes länger auszubilden als es der Länge der zweiten zylindrischen Werkstückoberfläche entspricht, so daß eine stabile Lage der vorderen Kegelrollen in ihren Käfigschlitzen gewährleistet ist. Entsprechend können auch wesentlich kürzere zylindrische Oberflächen mit unterschiedlichem Durchmesser in einem Arbeitsgang rolliert werden.
• Bei der Anordnung beider Kegelrollensätze in einem einzigen Käfig ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß beide Kegelrollensätze trotz unterschiedlicher Durchmesser der Kegelrollen des einen Satzes im Vergleich zu denen des anderen Satzes, bedingt durch die unterschiedlichen Durchmesser der zylindrischen Werkstückoberflächen, ihre relative Lage stets beibehalten müssen, da sonst im Käfig ein Drehmoment auftritt, und auf der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche Zieh- und Reibspuren entstünden.
• Bei dem bekannten Stufen-Rollierwerkzeug (nach F i g. 3), bei dem beide Kegel einteilig mit dem Dorn ausgebildet, also untereinander starr verbunden sind und demzufolge mit gleicher Winkelgeschwindigkeit vom Motor angetrieben werden, wäre das Beibehalten der Relativlage der Kegelrollensätze nicht möglich, da die Kegelrollen beider Sätze dann eine unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeit in bezug auf ihre Achse und demzufolge, da sie wegen ihrer verschachtelten Lage zwangsläufig unterschiedliche Durchmesser haben, auch eine unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeit hätten. Durch die Verwendung des auf einer zylindrischen Oberfläche des Dorns drehbar gelagerten Rings als zweiten Kegel wird dies vermieden. Das heißt, die unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeit der Kegelrollen des einen Satzes gegenüber der Umfangsgeschwindigkeit der Kegelrollen des anderen Satzes wird über diesen drehbaren Ring ausgeglichen, so daß beide Kegelrollensätze die gleiche Winkelgeschwindigkeit in bezug auf die Achse des Dorns aufweisen, also ihre Relativlage beibehalten.
• Dieser Ring mit den zugehörigen Kegelrollen ist in Axialrichtung vor oder hinter dem mit dem Dorn fest verbundenen oder einteilig ausgebildeten Kegel angeordnet, je nachdem, ob die zweite zylindrische Werkstückoberfläche länger oder kürzer als die erste ist.
• Mit anderen Worten, auf dem Kegel des angetriebenen Dorns sind stets diejenigen Kegelrollen gelagert, die das Glätten der axial längeren zylindrischen Werkstückoberfläche bewirken. Diese Lösung gilt sowohl für das Innen- als auch daß Außenrollieren.
• Um mit möglichst wenig Bauteilen auszukommen und das Werkzeug kompakt zu halten, besteht die Lagerung zwischen Ring und zylindrischer Oberfläche des angetriebenen Dorns aus einem Gleitlager oder einem Wälzlager, vorzugsweise einem Nadellager.
• Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt den Kopf eines bekannten Innen-Rollierwerkzeugs, wobei der Käfig getrennt dargestellt ist; F i g. 2 stellt den zusammengesetzten Innen-Rollierkopf nach F i g. 1 in einer Bohrung eingesetzt dar, deren zylindrische innere Oberfläche durch Rollieren geglättet werden soll; F i g. 3 stellt ein bekanntes Stufen-Rollierwerkzeug zum Innenrollieren mit dem Werkstück dar, das eine abgestufte zylindrische Bohrung aufweist, die mit Hilfe des Stufen-Rollierwerkzeugs in einem Arbeitsgang bearbeitet werden kann; Fig. 4 stellt als Beispiel schematisch den Kopf eines neuen Stufen-Rollierwerkzeugs zum Innenrollieren in Draufsicht dar; F i g. 5 stellt schematisch in größerem Maßstab den Kopf nach F i g. 4 im Einsatz in einer abgestuften Bohrung eines Werkstücks teilweise im Längsschnitt dar; F i g. 6 stellt als weiteres Beispiel schematisch eine Teillängsschnittansicht des Kopfes eines neuen Stufen-Rollierwerkzeugs zum Außenrollieren dar.
• Die neuen Stufen-Rollierwerkzeuge nach den F i g. 4 bis 6 unterscheiden sich von dem bekannten Stufen-Rollierwerkzeug nach F i g. 3 im wesentlichen dadurch, daß nur ein Käfig 1 (F i g. 4) verwendet wird, vorzugsweise ein Sackloch-Käfig, der in den F i g. 5 und 6 zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt ist, während bei dem bekannten Stufen-Rollierwerkzeug nach Fig. 3 zwei Käfige 1 verwendet werden. Ferner ist der Dorn, der nach F i g. 5 als Vollzylinder und nach F i g. 6 als Hohlzylinder ausgebildet ist, nur zusammen mit einem Kegel 2 einteilig ausgebildet. Der zweite Kegel ist als Ring 3 ausgebildet und auf einer zylindrischen Oberfläche 4 des Dorns drehbar gelagert, in dem Ausführungsbeispiel mittels eines Nadellagers 5, vorzugsweise jedoch auf einem Gleitlager. Die Kegelrollen 6 für die eine zylindrische Oberfläche 7 des Werkstücks 8 sind auf dem Kegel 2 in dem Käfig 1 drehbar gelagert, und zwar so, daß die Kegelrollen 9 für die andere zylindrische Werkstückoberfläche 10 abwechselnd zwischen den Kegelrollen 6 und in Längsrichtung gegenüber diesen versetzt sind. Durch diese Anordnung der Kegelrollen 6 und 9 können die Kegelrollen 6 für die in Vorschubrichtung (siehe Pfeil) zweite zylindrische Werkstückoberfläche 7 länger ausgebildet sein als bei dem bekannten Stufen-Rollierwerkzeug nach F i g. 3, wenn die zweite zylindrische Werkstückoberfläche 7 kürzer ausgebildet ist als es der Mindestlänge einer Kegelrolle entspricht, bei der eine stabile Lagerung der Kegelrolle in dem Käfig noch gewährleistet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den vorderen Kegelrollen 6 um an sich bekannte Sackloch-Kegelrollen, um sie möglichst nahe am vorderen Rand des Werkzeugkopfes lagern und somit dichter mit den Kegelrollen an den Grund einer Bohrung oder den Absatz einer Stufen-Welle heranfahren zu können.
• Die Wirkungsweise des Werkzeugs nach den F i g. 4 und 5 oder 6 ist folgende: Der Dorn mit dem Kegel 2 wird vom Motor in Drehung versetzt. Diese Drehung überträgt sich durch Berührung auf die Kegelrollen 6. Daraufhin rollen diese Kegelrollen 6 auf zylindrischen Werkstückoberfläche 7 in der Drehrichtung des Kegels 2 weiter, da das Werkstück 8 feststeht oder fest eingespannt ist. Die Kegelrollen 6 nehmen über den Käfig 1 die Kegelrollen 9 mit, so daß diese auf der ihnen zugeordneten zylindrischen Werkstückoberfläche 10 abrollen. Beide Werkstückoberflächen 7 und 10 werden dadurch geglättet. Die Drehbewegung der Kegelrollen 9 überträgt sich auf den Ring 3, der daraufhin relativ zur zylindrischen Oberfläche 4 des Dorns rotiert. Unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten der Kegelrollen 6 und 9 führen daher nicht zu einer unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeit der Kegelrollen 6 und 9 in bezug auf die Achse des Dorns, so daß in dem einzigen Käfig 1 kein Drehmoment auftritt, wie es der Fall wäre, wenn der Ring3 fest mit der zylindrischen Oberfläche4 des Dorns verbunden wäre.
• Für den Fall, daß die zweite zylindrische Werkstückoberfläche 7 kürzer als die erste zylindrische Werkstückoberfläche 10 ist, sind der Ring 3 und die dünneren Kegelrollen 6 auf bzw. in einem zylindrischen (nicht dargestellten) Ansatz des Dorns in der Darstellung rechts vom Kegel 2, also in Vorschubrichtung vor dem Kegel 2, sinngemäß gelagert, so daß bei unterschiedlicher Länge der Werkstückoberflächen 7 und 10 stets die über den Dorn bzw. den angetriebenen Kegel 2 unmittelbar angetriebenen Kegelrollen - bei den dargestellten Beispielen sind dies die Kegelrollen 6, andernfalls wären es die Kegelrollen 9~zuerst mit der längeren Werkstückoberfläche in Berührung kommen. Wäre bei den dargestellten Beispielen (F i g. 5 und 6) die erste Werkstückoberfläche 10 länger als die zweite Werkstückoberfläche 7, dann würden die Kegelrollen 9 zuerst die Werkstückoberfläche 10 berühren, aber nicht auf der Werkstückoberfläche 10 abrollen, weil die Kegelrollen 6 noch nicht die zweite Werkstückoberfläche 7 berühren würden, so daß sie ebenfalls noch nicht auf dieser Werkstückoberfläche 7 abrollen würden und dementsprechend auch nicht die bereits mit der ersten Werkstückoberfläche 10 in Eingriff stehenden Kegelrollen 9 über den Käfig 1 mitnehmen würden.
• Durch die umgekehrte Lagerung des Rings 3 in bezug auf den Kegel 2, der dann mit den hinteren dickeren Kegelrollen 9 in Eingriff stehen würde, wird erreicht, daß dann, wenn die vordere zylindrische Werkstückoberfläche länger als die hintere ist, die zuerst mit der längeren zylindrischen Werkstückoberfläche in Eingriff kommenden Kegelrollen unmittelbar vom angetriebenen Kegel 2 mitgenommen werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Stufen-Rollierwerkzeug zum Bearbeiten zweier abgestufter zylindrischer Werkstückoberflächen mit Käfigschlitzen gelagerten Kegelrollen und mit einer kegeldornförmigen Antriebseinrichtung für die Kegelrollen, dadurch gekennz e i c h n e t, daß auf einer zylindrischen Oberfläche (4) des angetriebenen Dornes, auf dessen kegelförmiger Oberfläche die Kegelrollen (6) für das Rollieren der einen Werkstückoberfläche (7) gelagert sind, ein mit einer entsprechenden zylindrischen Oberfläche versehener Ring (3) drehbar gelagert ist, auf dessen anderer konisch ausge bildeter Radialoberfläche die Kegelrollen (9) für das Rollieren der anderen Werkstückoberfläche (10) abwechselnd zwischen den anderen Kegelrollen (6) ~wie an sich bekannt - in demselben Käfig (1) in Axialrichtung versetzt gelagert sind, und daß die in Vorschubrichtung des Werkzeugs vorderen Kegelrollen (6) einen kleineren Maximaldurchmesser als die hinteren Kegelrollen (9) aufweisen.
2. 2. Stufen-Rollierwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung zwischen Ring (3) und zylindrischer Oberfläche (4) des angetriebenen Dornes aus einem Gleitlager oder einem Wälzlager, vorzugsweise einem Nadellager (5) besteht.

   Die Erfindung betrifft ein Stufen-Rollierwerkzeug zum Bearbeiten zweier abgestufter zylindrischer Werkstückoberflächen mit in Käfigschlitzen gelagerten Kegelrollen und mit einer kegeldornförmigen Antriebseinrichtung für die Kegelrollen.

   Rollierwerkzeuge werden zum Rollieren, auch Rollglätten genannt, von Werkstücken zur Erzeugung glatter und verschleißfester Oberflächen verwendet.

   Ein herkömmliches Rollierwerkzeug für einfache zylindrische Bohrungen weist mehrere gehärtete Ke gelrollen auf, die - ähnlich wie bei einem Rollenlager - in den Schlitzen eines Käfigs geführt sind.

   Dieser umgibt einen Dorn aus gehärtetem Stahl, der sich zu seinem Ende hin kegelförmig verjüngt, jedoch in entgegengesetztem Sinne wie die auf ihm aufliegenden Kegelrollen und mit doppeltem Neigungswinkel der Kegelrollen, so daß deren Mantellinien auf einem Zylinder abrollen. F i g. 1 zeigt schematisch die Hauptteile des Kopfes eines bekannten Innen-Rollierwerkzeugs (Zeitschrift »TZ für praktische Metallbearbeitung« 60, 1966, Heft 3, Seiten 145-147 und Prospekt »Madison, Sales Bulletin, Microller Burnishing Tools«, HCG C 5133 März 1970), wobei der Käfig getrennt dargestellt ist. Das kegelige Ende des Dorns, auch »Kegel« genannt, kann mit einem Mikrometerring relativ zu den Kegelrollen vor- und zurückgeschoben werden. Das ermöglicht eine genaue Einstellung des Lagedurchmessers der Kegelrollen auf den Durchmesser der zylindrischen Werkstückoberfläche, die geglättet werden soll.

   Der Einsatz des Innen-Rollierwerkzeugkopfes ist in F i g. 2 dargestellt.

   Zum Außenrollieren von Werkstücken mit zylindrischer Oberfläche, wie Zapfen oder Wellen, ist das Werkzeug sinngemäß so gestaltet, daß der Käfig mit den Kegelrollen auf einer kegelförmigen Innenfläche eines Hohlkörpers läuft. Das Einstellen des Durchmessers erfolgt in gleicher Weise wie beim Innen-Rollierwerkzeug.

   Die Kegelrollen können in dem Käfig so gelagert sein, daß bei horizontaler Werkzeuglage die Längsachse der jeweils oberen Kegelrolle um einen sehr kleinen Winkel aus der mit der Längsachse des Werkzeugs zusammenfallenden Vertikalebene herausgedreht ist. Durch diese Schräglage der Kegelrollen wird zwangsläufig auf Grund der von einem Motor bewirkten Drehbewegung des Dorns, ähnlich wie bei einem Körper mit Gewinde, ein Vorschub der Kegelrollen bewirkt, der das Werkzeug in bzw. über das Werkstück zieht. Wird der Vorschub z. B. durch Anschlag begrenzt, laufen die Kegelrollen von selbst in Richtung auf das verjüngte Kegelende. Dadurch lösen sie sich vom Werkstück, und das Werkzeug öffnet sich selbsttätig.

   Um zwei abgestufte zylindrische Oberflächen, z. B.

   eine Bohrung mit zwei unterschiedlichen Durchmessern, gleichzeitig in einem Arbeitsgang zu rollieren, wird ein sogenanntes Stufen-Rollierwerkzeug verwendet. Ein aus der zuerst genannten Druckschrift bekanntes Stufen-Rollierwerkzeug zum Innenrollieren ist in F i g. 3 dargestellt. Hierbei sitzen zwei gleichartige Rollierköpfe mit je einem Kegel, Kegelrollensatz und Käfig koaxial in einem Abstand, der der Axiallänge der jeweiligen zylindrischen Werkstückoberfläche gleichen Durchmessers entspricht, hintereinander. Das heißt, auch die Länge des in Vorschubrichtung vorderen Rollierkopfes wird durch die Länge der in Vorschubrichtung zweiten zylindrischen Werkstückoberfläche bestimmt, die von diesem vorderen Rollierkopf geglättet werden soll, bei einer Bohrung also der zylindrischen Oberfläche mit dem kleineren Durchmesser.

   Bei dieser bekannten Anordnung der Rollierköpfe eines Stufen-Rollierwerkzeugs ist nachteilig, daß die Länge des vorderen Rollierkopfes nach unten begrenzt ist, weil mit abnehmender Länge der Kegelrollen ihre stabile Lagerung in dem Käfig nicht mehr gewährleistet ist. Bei zu geringer Länge der Kegelrollen besteht die Gefahr, daß sie sich in den Schlitzen des Käfigs verkanten und nur sehr schwer oder nicht mehr rollen. Dementsprechend sind bisher keine Stufen-Rollierwerkzeuge bekannt geworden, die für Stufen-Bohrungen oder Stufen-Zapfen geeignet sind, deren zweite zylindrische Oberfläche eine diesen unteren Grenzwert unterschreitende Axiallänge aufweist. Derartige kurze zylindrische abgestufte Oberflächen werden daher bislang mit zwei Werkzeugen für unterschiedliche Durchmesser in zwei Arbeitsgängen geglättet.

   Es ist ferner eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung von Kegelrollen bekannt (vgl. USA.-Patentschrift 1 915789), bei der gleiche Kegelrollen in mehreren axial hintereinander und radial versetzten Gruppen von Schlitzen eines Käfigs angeordnet und auf kegeligen Oberflächen eines antreibenden Dorns gelagert sind. Der Dorn wird mit dem Käfig und den Kegelrollen in einem nicht abgestuften Hohlzylinder gelagert, dessen Innenseite ein Oberfiächenbearbeitungsmaterial aufweist. Hierbei treten nicht die Schwierigkeiten wie bei der Bearbeitung abgestufter zylindrischer Oberflächen auf.