DE2609787B2

DE2609787B2 - Vorrichtung zum walzen von hohlkehlen

Info

Publication number: DE2609787B2
Application number: DE19762609787
Authority: DE
Inventors: Bernhard 5140 Erkelenz Kunze
Original assignee: Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Current assignee: Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date: 1976-03-10
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1977-12-29
Also published as: DE2609787C3; DE2609787A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Walzen von Hohlkehlen an Werkstücken, insbesondere an Kurbelwellen, mit mindestens einer Walzrolle, die in einem an einem Gehäuse der Vorrichtung angeordneten Käfig frei drehbeweglich gelagert ist und die über die Außenprofilkehle einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Stützrolle in einem Winkel an die Hohlkehle des Werkstückes anpreßbar ist.

Es ist bekannt, daß die durch Biegewechselbeanspruchung verursachten Brüche von Kurbelwellen an den Übergangsstellen der Lagerzapfen zu den Kurbelwangen oder in Haarrissen der Laufflächen ihren Ausgang nehmen. Es ist gleichfalls bekannt, diese kritischen Stellen festzuwalzen und damit die Biegewechsellestigkeit erheblich zu verbessern.

Um derartige Verbesserungen der Biegewechselfestigkeit zu erreichen, ist es gemäß der DT-PS 10 70 955 bekannt.mehrere Festwalzrollen in einem Käfig so zu führen, daß sie gleichzeitig den Bereich der Kurbelwellenkehle festwalzen. Diese Festwalzrollen stütz:en sich wi gegen eine in einem Gehäuse angeordnete Stützrolle ab. Hierbei treten schädliche Aufwalzungen in den anschließenden Lagerzonen auf, die eine zusätzliche Nachbearbeitung der Kurbelwelle erforderlich machen.

Des weiteren ist gemäß der DT-PS 10 05 869 ein ιό Gerät zum Festwalzen von Hohlkehlen mit mehreren gleichmäßig auf einem Kreisumfang verteilten frei beweglichen Festwalzrollen bekannt. Diese Festwalzrollen sind it einem frei beweglichen Käfigring gelagert und stützen sich gegen einen gemeinsamen, konzentrisch zum Käfigring angeordneten Lagerring derart ab, daß die Achse jeder einzelnen Festwalzrolle und die Achse des gemeinsamen Lagerrings einen Winkel von etwa 45° einschließen. Die Festwalzrollen sind auf je einer im Käfigring befestigten Achse drehbar gelagert, wobei der Bohrungsdurchmesser der Festwalzrollen größer ist als der Durchmesser ihrer Achsen und die Schlitzbreite im Käfigring für die Aufnahme der Festwalzrollen größer ist als die Breite einer Festwalzrolle.

Die Forderung, insbesondere tangierende Kurbelwellenhohlkehlen festzuwalzen, ohne dabei schädliche Aufwalzungen in den anschließenden Lagerzonen zu hinterlassen, führte zur Anwendung einer Profilfestwalzrolle mit einer schmalen Kontaktzone. Die bei allen Festwalzoperationen zwangsläufig auftretenden Aufwalzungen wurden hier innerhalb der Hohlkehle abgelagert. Die Geometrie der anschließenden radialen sowie axialen Lagerzonen wird nicht verändert. Die Steigerung der Biegewechselfestigkeit ist gleichwertig mit der Steigerung, die mit Vollprofilrollen erreicht wird.

Beim Arbeiten mit Profilfestwalzrollen mit einer schmalen Kontaktzone entsteht jedoch durch ungleiche Umfangsgeschwindigkeiten in Verbindung mit dem Walzdruck ein Drehmoment, das zur Verschränkung der ungelagerten Profilrolle führt.

Eine Zwangsführung derartiger Rollen im bisher üblichen zweiteiligen Schlitzkäfig ist nicht möglich, da zunächst die Herstelltoleranzen des Käfigs zu groß sind, darüber hinaus aber auch die Führungsflächen des Käfigs starr fixiert sind und somit den im Rahmen der zulässigen Breitentoleranz schwankenden Lagerbreiten nicht folgen. Die erforderliche seitliche Führung schafft sich die Rolle dadurch selbst, daß sie mit ihrer Kante, infolge der auftretenden Verschränkung, eine Aufwalzung bzw. Bordkante in der zu bearbeitenden Hohlkehle erzeugt und sich so in der selbst erzeugten Laufspur hält. Diese Aufwalzung aber liegt infolge der Verschränkung, durch die ja die wirksame Rollenbreite vergrößert wird, wiede an unzulässigen Stellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art zu schaffen, der die vorerwähnten Nachteile nicht anhaften, die vielmehr so ausgebildet ist, daß die Profilfestwalzrollen mit schmaler Kontaktzone geführt sind und die Verschränkung der Rollen verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Käfig schwenkbar am Gehäuse angelenkt ist und durch die Kraft einer mit dem einen Ende am Gehäuse und mit dem anderen Ende am Käfig angreifenden Feder in Richtung auf das Gehäuse drückbar ist, derart, daß die Walzrolle ständig mit ihrer Uml'angsfläche mit der Außenprofilkehle der Stützrolle in Berührung steht und daß sich die Walzrolle mit einer ihrer Seitenflächen an der Mantelfläche einer im Käfig gehaltenen Nadelrolle abstützt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung gelangt man zu einer Vorrichtung zum Walzen von Hohlkehlen der einleitend genannten Art, die die vorerwähnte Aufgabe voll erfüllt. Hinzu kommt, daß durch die Führung der Rolle diese nicht mehr eine zu breite Laufspur mit den beschriebenen Nachteilen erzeugt. Des weiteren läuft die Festwalzrolle genau dort, wo sie zur Herstellung der gewünschten Festigkeitswerte laufen muß, ohne daß die nachteilhafte Möglichkeit

besteht, daß sich die Festwalzrolle in unkontrollierter Weise aus der gewünschten Bahn entfernt. Breitenschwankungen der Lagerstellen der Kurbelwelle können ohne weiteres hingenommen werden, ohne auf die sorgfältige Führung der Walzrolle verzichten zu müssen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in dem die Walzrolle haltenden Käfig ein austauschbares Gleitstück angeordnet ist, an dem sich die Walzrolle umfangseitig abstützt. Dieses Gleitstück bewirkt, wie weiter unten noch auszuführen sein wird, daß bei allen Walzdrücken die gewünschte Führung der Festwalzrolle immer gewährleistet ist.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß der Käfig in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen schwenkbar am Gehäuse gelagert ist. Das bringt den Vorteil, daß man sich auf diese Weise den Toleranzen und auch anderen Ungenauigkeiten ohne weiteres anpassen kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Prfindung ist vorgesehen, daß in an sich bekannter Weise im Käfig spiegelbildlich zur mittleren Radialebene der Stützrolle zwei Walzrollen gespreizt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich mit einem Arbeitsgang zwei gegenüberliegende Hohlkehlen, wie es bei Kurbelweilen überwiegend der Fall ist, gleichzeitig bearbeiten.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-Il der Fig. I,

Fig. 2a einen Schnitt längs der Linie Xl-Xl der F ig. 2,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1,

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 1,

Fig. 5 eine Ansicht auf den Käfig bei abgenommenem Gehäuse,

F i g. 6 eine Ansicht von unten gegen den Käfig,

F i g. 7 eine Ansicht auf eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIlI der Fig. 7,

Fig. 8a einen Schnitt längs der Linie XII-XIl der Fig. 8.

F i g. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX der F i g. 7,

Fig.9a in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt »/UausFig. 9,

Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X der F i g. 7,

Fig. 11 eine Draufsicht auf den Käfig bei abgenommenem Gehäuse und

Fig. 12 eine Ansicht auf den Käfig von unten her. w

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zum Walzen von Hohlkehlen, insbesondere an Kurbelwellen 1. Hierzu ist in dem Gehäuse 2 die Stützrolle 3 mit ihren Außenprofilkehlen 4 und 5 drehbeweglich gelagert. Im unteren Bereich des Gehäuses 2 ist der ->^r> Rollenkäfig 6 um die Schwenkachse 7 in Richtung des Doppelpfeiles 8 schwenkbar. Die Feder 9 drückt bei der dargestellten Ausführungsform den Rollenkäfig 6 in Richtung auf das Werkzeuggehäuse 2.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Nadelrollen 10 und im 11 bei der genannten Bewegung des Käfigs die Walzrollen 12 und 13 nach außen spreizen. Die Nadelrollen 10 und 11 sind mit den Stiftschrauben 10' und 11'festgeklemmt.

Die Rollen 12 und 13 haben bei herkömmlichen >-, Werkzeugen wegen der beim Abrollen der Rollen 12 und 13 im Kurbelwellenradius über den Bereich des Radius auftretenden Umfangsgeschwindigkeitsunter-

schiede das Bestreben, sich um die Achse Xl-Xl zu verschwenken. Da mit herkömmlichen Werkzeugen eine derartige Verschwenkung bisher nicht vermieden werden konnte, haben infolge eingetretener Verschwenkung um die Achse Xl-Xl die Rollen 12 und 13 das Bestreben, am Planspiegel der Kurbelwelle 1 radial nach außen zu laufen.

Hierdurch bedingt kann der tatsachliche Arbeitsbereich der Rollen 12 und 13 nicht mehr kontrolliert werden. Beim Walzen unvermeidlich entstehende Aufwalzungen werden in unerwünschte Zonen der Kurbelwelle 1 getragen. Eine auf den zu bearbeitenden Radius bezogene, extrem schmale Rolle mit einem entsprechend kleinen Kontaktbereich würde die Biegewechselfestigkeit der Kurbelwelle nur in nicht ausreichendem Maße erhöhen.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zum Walzen von Hohlkehlen werden zur Vermeidung der genannten Nachteile die Rollen 12 und 13 geführt. Da die Rollen 12 und 13 entsprechend den Breitentoleranzen der Kurbelwellenlagersteilen von Werkstück zu Werkstück eine unterschiedliche Schräglage einnehmen, müssen die Rollenkäfige an bekannten Werkzeugen den Walzrollen hierfür genügend seitliches Spiel lassen. Diese seitliche Beweglichkeit darf wegen der Notwendigkeit des breiten Toleranzausgleiches nicht verlorengehen.

Um die dargestellte Vorrichtung mit den in Spreizstellung befindlichen Rollen 12 und 13 in die Arbeitsposition bringen zu können, wird sie tangential in Richtung auf den Kurbelzapfen bewegt. Bei einer derartigen Vorgehensweise können die Planspiegel der Kurbelwelle 1 die schrägstehenden Walzrollen 12 und 13 wieder zusammendrücken und über die Nadelrollen

10 und 11 den Rollenkäfig 6 gegen die Kraft der Feder 9 nach unten drücken. Die Kraft der Feder 9 drückt demnach über den Rollenkäfig 6 die Nadelrollcn 10 und

11 gegen die Stirnflächen der Walzenrollen 12 und 13.
Wenn sich die Walzrollen 12 und 13 um die Achse

Xl-Xl verdrehen wollen, so müssen sie dazu den Rollenkäfig 6 über die Nadelrollen 10 und 11 gegen die Kraft der Feder 9 nach unten drücken. Andererseits ist die Kraft, die so auf die Rollen 12 und 13 wirkt, daß die Tendenz besteh·, daß sich die Rollen 12 und 13 um die Achse XI-XI verschränken, abhängig von der aufgc wendeten Festwalzkraft. Das bedeutet, daß mit größer werdender Festwalzkraft auch die die Walzrollen Ii und 13 um die Achse XI-Xl verdrehende Kraft größei wird, mithin also auch die Kraft, die über die Nadelroller 10 und 11 den Rollenkäfig 6 gegen die Kraft der Feder < nach unten drückt. Nach Überschreiten einer bestimm ten Festwalzkraft würden die auf den Rollenkäfig 6 nacl unten wirkenden Kräfte größer als die Kraft der Fedei 9. Das würde bedeuten, daß bei einer solchei Kräfteverteilung die Walzrollen 12 und 13 nicht meh genügend sicher über die Nadeirollen 10 und 1! geführ würden.

Da aber gleichzeitig in Abhängigkeit von de Walzkraft der Rollenwiderstand zwischen der Kurbel ville 1 und den Walzrollen 12 und 13 durch dii [•!ntsiehung eines Werkstoffwulstes, dessen Größe voi der Walzkraft abhängig ist, zunimmt, entsteht ebcnfall in Abhängigkeit von der Walzkraft eine die Walzrollei

12 und 13 vorwärtstreibende Kraft F die in Richtunj des Pfeiles !4 wirkt. Diese Kraft F verursacht ein Verschiebung der Koiicn i2 und Ί3 in Richtung de Pfeiles 14, wodurch sich die Rollen 12 und 13 gegen da im Rollenkäfig 6 vorgesehene Gleitstück anleget

Hierdurch entsteht an dem Gleitstück 15 eine von der Walzkraft abhängige Kraft F_t, die in Richtung des Pfeiles 16 nach oben wirkt. Da sie in der gleichen Richtung wirkt wie die Federkraft, wird hierdurch gewährleistet, daß auch bei variierenden Walzkräften die Walzrollen 12 und 13 über die Nadelrollen 10 und 11 immer sicher geführt sind.

Die parallel montierten, auswechselbaren Nadelrollen 10 und 11 schwenken um den Spurzapfen 17 in Richtung des Doppelpfeiles 18. Der Spurzapfen 117 muß auch die auftretenden Tangentialkräfte aufnehmen. Übliche Herstelltoleranzen im Werkzeug wie auch bei der Kurbelwelle 1 treten aufgrund der großen Ausgleichsmöglichkeiten des Werkzeuges nicht störend in Erscheinung. Desweiteren ist auch eine Verschiebbarkeit des Rollenkäfigs 6 in Richtung des Doppelpfeiles 19 vorgesehen.

Aus F i g. 6 sind die öffnungen 20 und 21 zu erkennen, durch die die in Fig.6 nicht näher dargestellten Walzrollen 11 und 12 austreten.

Bei der in F i g. 7 und den nachfolgenden F i g. 8 — 12 dargestellten Vorrichtung handelt es sich um eine Vorrichtung der grundsätzlich gleichen Art, wie vorstehend beschrieben. Bei dem vorstehend dargestellten Werkzeug jedoch arbeiten zwei Walzrollen 12 und 13, deren seitlich gerichtete, auf den Rollenkäfig 6 wirkende Kräfte (Führungskräfte) sich gegenseitig aufheben. Soll jedoch nur mit einer Walzrolle 22 einseilig, beispielsweise am Endlager der Kurbelwelle 1 gewalzt werden, so würden die notwendigen Führungskräfte bei der vorstehend beschriebenen Version dazu führen, daß der Rollenkäfig 6 seitlich ausdreht. Dies aber wird bei der Ausführungsform gemäß F i g. 7 und folgende dadurch vermieden, daß der Rollenkäfig 23 nicht mehr seitlich ausdrehen kann, sondern seitlich abgestützt ist, so daß über diese Abstützung die zu den Führungskräften notwendigen Reaktionskräfte aufgebracht werden können. Die seitliche Abstützung ist so ausgebildet, daß der Rollenkäfig 23 um den Abstüizpunkt 24 eine geringe Schwenkbewegung ausführen

ίο kann, so daß hierdurch dafür Sorge getragen ist, daß die die Walzrolle 22 führende Nadelrolle 25 immer an der Walzrolle 22 anliegt. Die Nadelrolle 25 ist mit der Stiftschraube 25' festgeklemmt.

Auch hier ist in dem Gehäuse 2 die Stützwalze 26 drehbeweglich gelagert. Sie hat im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform der Erfindung nur eine Außenprofilkehle 27, gegen die die einzige Walzrolle 22 sich beim Rollen der Hohlkehle 28 beispielsweise (des Ventilatorzapfens 29 abstützt. Die Walzrolle 22 wird durch die Nadelrolle 25 geführt. Diese befindet sich gegenüber der Außenprofilkehle 27 der Stützrolle 21> in dem Rollenkäfig 23, der zur Stützrolle 26 einen solchen Abstand einnimmt, daß noch gewisse Pendelbewegungen zur Anpassung an Toleranzen u. dgl. möglich sind.

Die Schwenklagerung erfolgt mittels einer Messerschneide 30, die sich im Schwenkpunkt 24 abstützt.

Der Rollenkäfig 23 ist über einen Schraubenbolzen 31 und die Federn 32 an dem Gehäuse 2 federnd nachgiebig befestigt. Durch die öffnung 33 tritt die Waizenrolle 22 hindurch.

Hierzu 6 Blatt Zeichrungen

Claims

Palentansprüche:

1. Vorrichtung zum Walzen von Hohlkehlen an Werkstücken, insbesondere an Kurbelwellen, mit mindestens einer Walzrolle, die in einem an einem > Gehäuse der Vorrichtung angeordneten Käfig frei drehbeweglich gelagert ist und die über die Außenprofilkehle einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Stützrolle in einem Winkel an die Hohlkehle des Werkstücks anpreßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (6; 23) schwenkbar am Gehäuse (2) angelenkt ist und durch die Kraft einer mit dem einen Ende am Gehäuse (2) und mit dem anderen Ende am Käfig (6; 23) angreifenden Feder (9; 32) in Richtung auf das Gehäuse (2) drückbar ist, derart, daß die Waizrolle (12, 13; 22) ständig mit ihrer Urnlangsfläche mit der Außenprofilkehle (4, 5; 27) der Stützrolle (3; 26) in Berührung steht und daß sich die Walzrolle (12, 13; 22) mit einer ihrer Seitenflächen an der Mantelfläche einer im Käfig (6; 23) gehaltenen Nadelrolle (10, 11; 25) abstützt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Walzrolle (12,13) haltenden Käfig (6) ein austauschbares Gleitstück (15) angeordnet ist, an dem sich die Walzrolle (12, 13) umfangsseitig abstützt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (6) in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen schwenkbar am Gehäuse (2) gelagert ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in tin sich bekannter Weise im Käfig (6) spiegelbildlich zur mittleren Radialebene der Stützrolle (3) zwei Walzrollen (12, 13) gespreizt zueinander angeordnet sind.