DE2146994A1

DE2146994A1 - DEVICE FOR ROLLING CURBON SEATS

Info

Publication number: DE2146994A1
Application number: DE2146994A
Authority: DE
Inventors: Hans J Dipl Kfm Naumann
Original assignee: Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Current assignee: Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date: 1971-09-21
Filing date: 1971-09-21
Publication date: 1973-04-05
Also published as: DE2146994B2; US3735620A; JPS4838853A; JPS548183B2; DE2146994C3

Description

Einrichtung zum Glattwalzen von Kurbellagersitzen.Device for roller burnishing crank bearing seats.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Glattwalzen der Lagersitze an Kurbelwellen mit Werkzeugrollen kleineren Durchmessers, die sich an den Umfangsflachen größerer nebeneinander liegender Laufrollen abstützen. Derartige Walzeinrichtungen sind bekannt und haben den Zweck, möglichst kleine Durchmesser als Werkzeugrollen verwenden zu können, die bei geringen Walzdrücken eine hohe spezifische Flächenpressung ergeben. (König, Industrieblatt 5/1960, Seite 318, Strojirenstri 1964/5, Seite 361).The invention relates to a device for roller burnishing the bearing seats on crankshafts with smaller tool rolls Diameter, which is larger on the circumferential surfaces Support adjacent rollers. Such rolling devices are known and have the purpose as possible To be able to use small diameters as tool rolls that have a high specific surface pressure at low rolling pressures result. (König, Industrieblatt 5/1960, page 318, Strojirenstri 1964/5, page 361).

Bei den bekannten EinrichtungeM dienen die Walzen an der Oberfläche von Kurbelzapfen als Stützrollen in Verbindung mit dem Festwalzen der Hohlkehlen, wie es in der DT-PS 1 070 951 beschrieben ist. Durch dieses Festwalzen der Hohlkehle werden Druckspannungen in die gefährdeten Querschnitte des Werkstückes eingebracht, die als Eigenspannungen den gefährlichen Zugspannungen bei einer Wechselbiegebeanspruchung entgegenwirken. Bei diesem Walzvorgang kann eine leichte Aufwalzung der zylindrischen Lauffläche erfolgen, wenn die Hohlkehle vorher nicht eingestochen war. Die als Stützrollen verwendeten Glattwalzrollen sollen diese Aufwalzung verhindern resp. wieder einebnen.In the known devices, the rollers are used on the Surface of crank pins as support rollers in connection with the deep rolling of the fillets, as it is in the DT-PS 1 070 951 is described. This deep rolling of the fillet causes compressive stresses in the endangered cross-sections of the workpiece which, as residual stresses, represent the dangerous tensile stresses in the event of alternating bending stress counteract. During this rolling process, the cylindrical running surface can be slightly rolled on, if the fillet was not pierced beforehand. The roller burnishing rollers used as support rollers should prevent this roll-up, respectively. level again.

Beim Festwalzen der Hohlkehlen sind die Festwalzrollen schräggestellt und stützen sich in den Profilrillen gemeinsamer Laufringe ab, während sich diametral gegenüber Stützoder Glattwalzrollen befinden, deren Aufgabe es ist, die erwähnten Aufwalzungen am Obergang zur Hohlkehle wieder einzuebnen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die schräggestellten Festwalzrollen die ganze bewegte als Werkzeug- When deep rolling the fillets, the deep rolling rollers are inclined and support each other in the profile grooves Races from, while there are diametrically opposite support or roller burnishing rollers, the task of which is the to level out the above-mentioned roll-ups at the transition to the fillet. This arrangement has the advantage that the inclined deep rolling rollers move the whole thing as a tool

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träger dienende Schwinge zur Mittenebene der Lagerstelle ausrichten bzw. in dieser festhalten, so daß ein axiales Wandern der Schwinge und damit ein Anlaufen der Walzwerkzeuge gegen die Innenfläche der Kurbelwange vermieden wird.Align the carrier serving rocker to the center plane of the bearing point or hold it in this so that an axial Wandering of the rocker and thus a run-up of the rolling tools against the inner surface of the crank web is avoided.

Kurbelwellen größerer Abmessung können vielfach auf das Festwalzen der Hohlkehle verzichten, weil sie ohnehin überdimensioniert sind. Bei diesen Wellen wird aber - wie bei allen anderen Kurbelwellen auch - ein Lagersitz größten Trageanteils verlangt, der nach den bisherigen Arbeitsverfahren nur durch Läppen erzielbar ist. Angesichts der Tatsache, daß eine dreifach gelagerte Kurbelwelle eines Vier-Zylinder-Motors bereits 7 Lagerstellen zu läppen hat, der Läppvorgang aber bei laufender Welle eine zusätzliche axiale Schwingbewegung an jeder Lagarsteile erfordert und die Kurbelzapfen sich nicht um ihre Achse sondern auf einer Kreisbahn bewegen, ist ersichtlich, daß Einrichtungen zum Läppen der Kurbelzapfenlagersitze sehr aufwendig sind und daß der Läppvorgang an sich einen größeren Zeitaufwand erfordert.Larger crankshafts can often do without the deep rolling of the fillet because they are anyway are oversized. But with these shafts - as with all other crankshafts - one bearing seat is the largest Requires a wearing part, which can only be achieved by lapping according to the previous working methods. Given the The fact that a triple-bearing crankshaft of a four-cylinder engine already has 7 bearing points to lap, however, the lapping process requires an additional axial oscillating movement on each bearing part while the shaft is running and the crank pins do not move around their axis but on a circular path, it can be seen that facilities for Lapping the crank pin bearing seats are very expensive and that the lapping process itself takes a lot of time requires.

Es ist daher naheliegend, sowohl Haupt- als auch Kurbellagerzapfen glattzuwalzen, weil dieser Arbeitsvorgang in kürzester Zeit eine Oberfläche geringster Rauhtiefe mit einem sehr hohen Traganteil ergibt.It is therefore obvious to have both main and crank journals to be rolled smooth, because this work process has a surface with the lowest possible surface roughness in a very short time results in a very high percentage of contact.

Die bekannten Einrichtungen zum Festwalzen der Hohlkehle nehmen die Kurbelwelle in den Lagerstellen auf. Die Kurbelwelle ist axial nicht ausgerichtet. (DT-PS 1 070 951; Machinery 1961, Vol. 98/Febr. 1; General Motors Ing. Journal VoI 2 No. 3, Third Quarter 64;)The known devices for deep rolling the fillet take the crankshaft in the bearings. The crankshaft is not axially aligned. (DT-PS 1 070 951; Machinery 1961, Vol. 98 / Febr. 1; General Motors Ing. Journal VoI 2 No. 3, Third Quarter 64;)

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Die axiale Fixierung erfolgt in der bereits erwähnten Art durch die schräggestellten Festwalzrollen. Werden in der gleichen Schwingeinheit aber nun zylindrische Glattwalzrollen verwendet, erlebt man die Überraschung, daß die ungelagerte Kurbelwelle resp. die Werkzeuge einem Vorschub ausgesetzt sind, der die beweglichen Schwingen, in denen die Werkzeugrollen angebracht sind, seitlich gegen die Kurbelwangen anlaufen läßt. Die Ursache für diese Erscheinung sind wahrscheinlich Fertigungstoleranzen. Bereits eine geringe Schrägstellung der Achsen der Glattwalzrollen zur Achse des Kurbelzapfens genügt, um einen solchen Vorschub zu erzeugen. Ein Wandern der Kurbelwelle oder der Werkzeugträger kann aber größere Zerstörungen an der Einrichtung zum Glattwalzen hervorrufen, weil der Abstand der Kurbelwangen voneinander nur wenig größer ist als der der Kurbellager.The axial fixation takes place in the manner already mentioned by means of the inclined deep rolling rollers. Will be in With the same oscillating unit but now using cylindrical roller burnishing rollers, one experiences the surprise that the unsupported crankshaft, respectively. the tools are subjected to a feed that affects the movable rockers, in which the tool rolls are attached, can run laterally against the crank webs. The cause of this The appearance is likely to be manufacturing tolerances. Even a slight inclination of the axes of the burnishing rollers to the axis of the crank pin is sufficient to generate such a feed. A wandering crankshaft or the tool carrier can cause major damage to the device for roller burnishing because of the The distance between the crank webs is only slightly greater than that of the crank bearings.

Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, an den bekannten Maschinen zum Festwalzen der Hohlkehlen an Haupt- und Kurbellagern von Kurbelwellen Einrichtungen zu schaffen, mit denen die Lagersitze nur glattgewalzt werden, bei denen aber sichergestellt ist, daß die Glattwalzwerkzeuge in den Mittenebenen der Kurbelzapfen verbleiben und keine Axialkräfte verursachen, so daß ein Anlaufen der Werkzeuge an die Kurbelwangen vermieden wird.The invention makes it its task to the known machines for deep rolling the fillets on the main and To create crank bearings of crankshafts with which the bearing seats are only rolled smooth but which it is ensured that the roller burnishing tools remain in the central planes of the crank pin and none Cause axial forces, so that the tools run against the crank webs is avoided.

Erfindungsgemäß sind die Werkzeugrollen, die paarweise mit entgegengerichteter Kegelneigung am Werkstück zur Anlage kommen, kegelig ausgebildet und mit einem Abrundungsradius an den Übergängen der Mantelflächen zu den Grundflächen versehen, der 20 - 30 % kleiner als der Halbmesser der Hohlkehlen am Werkstück ist.According to the invention, the tool rolls are in pairs come to rest on the workpiece with the opposite conical inclination, conical design and with a radius of curvature provided at the transitions between the outer surfaces and the base surfaces, which is 20 - 30% smaller than the The radius of the fillets on the workpiece is.

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Es entsteht eine geringe Gleitbewegung zwischen Kegelrolle und Lagerzapfen, die umso kleiner ist je kleiner die Kegelneigung gewählt wurde. Dabei muß die Kegelneigung aber groß genug sein, um eine kräftige axiale Komponente entstehen zu lassen, die mit der gleich großen aber entgegengesetzt gerichteten axialen Komponente der Partnerrolle im Gleichgewicht steht und beide Kräfte groß genug sind, um eine Mittenlage der Werkzeuge zu gewährleisten. Die geringe Gleitbewegung zwischen Werkzeugrollen und Werkstück ist für die Qualität der erzeugten Oberfläche be-) sonders günstig, wenn sie in Grenzen bleibt. Die axiale Komponente dieser Reibungskraft geht in die resultierende Axialkraft mit ein. Es entsteht ein Drehmoment auf die Werkzeugschwinge, das aber einwandfrei durch die Lagerung der Schwinge aufgenommen werden kann.There is a slight sliding movement between the tapered roller and the bearing journal, which is smaller the smaller the taper inclination was chosen. The cone inclination must be large enough to create a strong axial component to let the one with the same size but opposite directed axial component of the partner role is in equilibrium and both forces are large enough, to ensure that the tools are in the middle. The low sliding movement between the tool roll and the workpiece is particularly favorable for the quality of the surface produced if it remains within limits. The axial Component of this frictional force is included in the resulting axial force. There is a torque on the Tool swing arm, which can, however, be perfectly absorbed by the mounting of the swing arm.

Die kleineren Radien an den Kegelrollen geben der Einrichtung eine weitere Sicherheit gegen seitliches Anlaufen. Der kleinere Durchmesser der Werkzeugrolle läuft auf den größeren Durchmesser der Werkstückhohlkehle auf und wird gehindert durch die Radialkraft, mit der die Werkzeugrollen im Werkzeugkopf zusammengehalten werden. Die einzige Wirkung dieser Anlaufversuche ist, daß die Hohl-" kehle des Werkzeuges festgewalzt wird. Ein seitliches Anlaufen gegen die Kurbelwangen wird aber mit Sicherheit vermieden.The smaller radii on the tapered rollers give the device additional security against running sideways. The smaller diameter of the tool roll runs onto the larger diameter of the workpiece flute and becomes hindered by the radial force with which the tool rolls are held together in the tool head. the The only effect of these initial attempts is that the hollow " throat of the tool is rolled down. A lateral run-up against the crank webs will, however, be certain avoided.

Es ist überflüssig zu sagen, daß die Führung der Werkzeuge auch durch eine einzige Rolle bewirkt werden kann, wenn diese Rolle symmetrisch gegeneinander gerichtete Axialkräfte hervorbringt, wie dies z.B. bei konkav geformter Werkzeugrolle der Fall ist. Eine solche Rolle könnte zusätzlich sowohl die Aufwalzungen an den Hohlkehlen beseitigen als auch eine leicht ballige Form der Lagerflächen erzeugen oder auch eine Balligkeit über je einen halben Lagerzapfen, wenn der Hubzapfen von zwei nebeneinander liegenden Pleuellagern umschlossen ist. 3 09HU /0389 . ₅ _Needless to say, the tools can also be guided by a single roller if this roller produces axial forces directed symmetrically to one another, as is the case, for example, with a concave tool roller. Such a role could also eliminate the roll-ups on the fillets as well as produce a slightly convex shape of the bearing surfaces or a crown over half a bearing pin if the crank pin is enclosed by two adjacent connecting rod bearings. 3 09HU / 0389. ₅ _

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Die Abbildungen zeigen die beispielsweise Ausführung des Erfindungsgedankens. Dabei ist eine der bekannten Maschinen zum Festwalzen der Hohlkehlen an Kurbellagersitzen zugrunde gelegt, an denen durch einfaches Auswechseln der Werkzeugköpfe auch das Glattwalzen der Lagersitze durchgeführt werden kann.The figures show the example of the implementation of the inventive concept. Here is one of the well-known machines for deep rolling the fillets on crank bearing seats laid, on which the roller burnishing of the bearing seats is carried out by simply exchanging the tool heads can be.

Fig. 1 zeigt die Ansicht der kompletten Maschine, , Fig. 2 die Ansicht des Glattwalzkopfes in einer Werkzeugschwinge der Maschine nach Fig. 1, Fig. 1 shows the view of the complete machine, Fig. 2 shows the view of the roller burnishing head in a tool rocker of the machine according to Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie I - I der Abbildung 2,3 shows a section along the line I - I in FIG. 2,

Fig. 4 .Fig. 4.

und 5 sind Sonderdarstellungen. and 5 are special representations.

Im Gehäuse 1 sind in den Ebenen 2 und 3 hinter der dargestellten Werkzeugwelle Meisterwellen angeordnet, die vom Motor 4 und nicht dargestellten Zahnrädern gleichlaufend gleichsinnig angetrieben werden, wie es in den genannten Veröffentlichungen bereits beschrieben wurde. Dabei ist die Lagerung der Meisterwelle 5 mit der zu bearbeitenden Kurbelwelle 6 durch Hebel derart miteinander verbunden, daß der Werkzeugkopf 7 mit den Werkzeugrollen 8 und 9 in einem zweiseitigen Hebel 10 angeordnet ist, dessen Drehpunkt im Kurbelzapfen der Meisterwelle 5 liegt« während der andere Werkzeugkopf 11 mit der Gegenrolle 12 im Hebel 13 befestigt und im gleichen Kurbelzapfen der Meisterwelle 5 gelagert ist. Zusätzlich bewegt sich der Hebel 13 um den Bolzen It im Hebel 10 und ist durch eine rechts angebrachte nicht mehr dargestellte Hydraulik mit dem Hebel 10 verbunden, mit der die Werkzeuge auf das Werkstück 6 gepreßt und wieder gelöst werden.In the housing 1 master shafts are arranged in the levels 2 and 3 behind the tool shaft shown, which from Motor 4 and gears, not shown, are driven in the same direction in the same direction, as in the above Publications has already been described. The bearing of the master shaft 5 is here with the crankshaft to be machined 6 interconnected by levers such that the tool head 7 with the tool rollers 8 and 9 in one two-sided lever 10 is arranged, the pivot point of which lies in the crank pin of the master shaft 5 «while the other The tool head 11 is attached to the counter roller 12 in the lever 13 and is mounted in the same crank pin of the master shaft 5 is. In addition, the lever 13 moves around the bolt It in the lever 10 and is connected to the lever 10 by a hydraulic system that is no longer shown on the right, with which the tools are pressed onto the workpiece 6 and released again.

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Kurbelwelle 6 und Meisterwelle 5 sind also derart miteinander gekoppelt, daß sie eine transversale Kreisbewegung ausführen, an der auch der Hebel 13 teilnimmt, der jedoch zusätzlich die geschilderte Spannbewegung auszuführen vermag.Crankshaft 6 and master shaft 5 are therefore coupled to one another in such a way that they have a transverse circular movement perform, in which the lever 13 also takes part, but which also perform the clamping movement described able.

Die Werkzeugrollen 8 und 9 stützen sich an den Umfangsflachen der Laufrollen 15, 16 und 17, 18 ab, sind konisch mit gleicher Kegelneigung ausgebildet und liegen mit entgegengerichteter Kegelneigung am Werkstück 6 an, so daß jede Werkzeugrolle eine gleich große aber entgegengesetzt gerichtete Axialkraft auf das Werkstück ausübt.The tool rolls 8 and 9 are supported on the peripheral surfaces of the rollers 15, 16 and 17, 18 from, are conical with the same inclination and are opposite Conical inclination on the workpiece 6, so that each tool roll is of the same size but opposite directed axial force exerts on the workpiece.

Da für jede Kurbel der Werkstückwelle eines der beschriebenen Hebelsysteme vorgesehen ist und die Kurbelwelle lose, also axial nicht gehalten, in die Vorrichtung gelegt wird, ist es wichtig, die Werkstückwelle durch ausgeglichene Walzkräfte in ihrer Lage zu halten, weil beim axialen Wandern der Kurbelwelle die beschriebenen Hebelschwingen gegen die Kurbelwangen anlaufen würden.Since one of the lever systems described is provided for each crank of the workpiece shaft and the crankshaft is loose, that is axially not held, is placed in the device, it is important to balance the workpiece shaft by rolling forces to keep in their position, because when the crankshaft moves axially the lever swing described against the Crank webs would start.

Die Abbildung 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus der Abbildung 1 mit den zweiseitigen Hebeln 10 und 13, der Kurbelwelle 6 und der Meisterwelle 5, während die zweite Meisterwelle weiter unten liegt und nicht mehr dargestellt ist. Die Abbildung 3 ist ein Schnitt längs der Linie I - I der Abbildung 2 und zeigt oberhalb des Werkstückes 6 die zylindrische Gegenrolle 12 mit Laufrollen 20 und unterhalb des Werkstückes 6 eine der konischen Werkzeugrollen 8 oder 9 mit einer der entsprechend geformten Laufrollen 15, 16 oder 17, 18. Fig. 4 zeigt die beiden an einem Kurbelzapfen anliegenden konischen Rollen mit entgegengerichteter Kegelneigung, während die Abbildung 5 eine konkav geschliffene Werkzeugrolle 21 mit einer der entsprechend konvex geformten Gegenrollen 22 zeigt. Eine solche Rolle würde evtl. Aufwalzungen an der Hohlkehle niederwalzen und gleichzeitig einen leicht balligen Lagerzapfen erzeugen, dar die Kantenpressung im Lager verhindert.Figure 2 is an enlarged section of Figure 1 with the two-sided levers 10 and 13, the Crankshaft 6 and the master shaft 5, while the second master shaft is further down and is no longer shown is. Figure 3 is a section along the line I - I of Figure 2 and shows the workpiece 6 above cylindrical counter roller 12 with rollers 20 and below the workpiece 6 one of the conical tool rollers 8 or 9 with one of the correspondingly shaped rollers 15, 16 or 17, 18. FIG. 4 shows the two on a crank pin adjacent conical rollers with opposite taper inclination, while Figure 5 is a concave ground Tool roller 21 with one of the correspondingly convex counter rollers 22 shows. Such a role would possibly roll up Roll down the fillet and at the same time create a slightly convex bearing pin, which is the edge pressure prevented in the camp.

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Claims

• · 2U6994 patent claims

1) Device for smooth rolling crankshaft bearing extensions on deep-fillet deep rolling machines with roller-shaped tool rolls, those on the workpiece on the one hand and on the circumferential surfaces of two large adjacent ones Support rollers on the other hand, characterized in that for the purpose of holding the tool head (7, 11) in the central plane of the crank pin (6) the conical tool rollers (8,9) in pairs with opposing ones Taper inclination come into contact with the same bearing position and with rounding radii at the transition of the lateral surface to the base areas that are 20-30% smaller than the fillet radii on the crankshaft.

2) Device according to claim 1, characterized in that the lateral surface of a cylindrical tool roll per se is slightly concave and is supported by convex rollers.

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