EP0683012A1 - Metal rolling machine with opposite rows of claw units for machining a centered workpiece and method for rolling rotary grooves of a workpiece - Google Patents

Metal rolling machine with opposite rows of claw units for machining a centered workpiece and method for rolling rotary grooves of a workpiece Download PDF

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EP0683012A1
EP0683012A1 EP95100046A EP95100046A EP0683012A1 EP 0683012 A1 EP0683012 A1 EP 0683012A1 EP 95100046 A EP95100046 A EP 95100046A EP 95100046 A EP95100046 A EP 95100046A EP 0683012 A1 EP0683012 A1 EP 0683012A1
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EP
European Patent Office
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crankshaft
fillets
rolling
rotation
axis
Prior art date
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Application number
EP95100046A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0683012B1 (en
Inventor
William P. Gottschalk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Original Assignee
Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Wilhelm Hegenscheidt GmbH, Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG filed Critical Wilhelm Hegenscheidt GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21HMAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H7/00Making articles not provided for in the preceding groups, e.g. agricultural tools, dinner forks, knives, spoons
    • B21H7/18Making articles not provided for in the preceding groups, e.g. agricultural tools, dinner forks, knives, spoons grooved pins; Rolling grooves, e.g. oil grooves, in articles
    • B21H7/182Rolling annular grooves
    • B21H7/185Filet rolling, e.g. of crankshafts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/04Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working external surfaces of revolution
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B5/00Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/36Single-purpose machines or devices
    • B24B5/42Single-purpose machines or devices for grinding crankshafts or crankpins

Definitions

  • This invention relates to metal working, more specifically to a new and improved machine for rolling fillets of metallic workpieces and to a new and improved method for simultaneously rolling all or a number of fillets of a workpiece such as e.g. the fillets of crank pins of an engine crankshaft.
  • crank pins and main bearings for downsized crankshafts, as well as crankshafts for larger engines have been strengthened by various fillet rolling machines and processes.
  • U.S. Patent 5,138,859 to Winkens published August 18, 1992, for a Method and apparatus for multi-stroke crankshaft rolling and deep rolling "discloses a machine unit and method for rolling crankshaft journal grooves to solve the problems that preclude the simultaneous rolling of adjacent crankpins with the available equipment.
  • the machine unit and the crankshaft a first relative position to each other, so that the Fillets of a first set of non-adjacent tenons can be rolled.
  • the fillets of a second set of non-adjacent pins are then rolled in a second relative position of the machine unit and the crankshaft. With such a construction and method, all fillets are rolled in two stages or two process steps by a single machine.
  • the present invention relates to a machine, tool and method similar to that disclosed in copending application No. 176,792, but further enhancing this technique by providing new and improved methods, rolling equipment and tools that are suitable for a wide range of applications are suitable, in particular those in which simultaneous rolling of the fillets from opposite sides of the workpiece or the crankshaft is necessary or desired.
  • the present invention solves the space problems encountered in many facilities in which shuttle tools are required to roll the closely spaced or adjacent fillets, which complicates the use of bulky, side-by-side rolling equipment or even excludes.
  • a preferred embodiment of the machine of this invention has opposed rows of fillet roller claw units capable of simultaneously deep rolling all fillets of a crankpin seat including the adjacent crank seats and also the main bearing seats of a crankshaft.
  • the opposing rows of fillet roller claw units can be moved toward and away from each other simultaneously between (1) an open position in which unfinished workpieces such as e.g. Crankshafts can be loaded into the lathe or finished workpieces can be unloaded from the lathe, and (2) a closed position in which the fillet rolling tools engage in all or a number of the crankpin fillets including the fillets of adjacent crankpins and also in the main bearings that they can be rolled and solidified at the same time.
  • unfinished workpieces such as e.g. Crankshafts
  • the fillet rolling tools engage in all or a number of the crankpin fillets including the fillets of adjacent crankpins and also in the main bearings that they can be rolled and solidified at the same time.
  • This invention further relates to methods of simultaneously rolling fillets of workpieces such as e.g. Crank seats of an elongated internal combustion engine crankshaft, comprising the steps of: (a) inserting one end of the crankshaft into the vice of a power lathe and the other end into a bracket of the machine so that the crankshaft can be driven by the machine about its axis of rotation, (b ) Arranging the left and right side rows of the fillet roller on the left and right side of the axis of rotation, respectively, so that the claw arms of the device extend substantially transversely to the axis and make it possible to load an unprocessed crankshaft into the lathe, (c) moving the left and right side rows of the device from an initial position spaced from the crankshaft to a position where the fillet rolling tool held on the claw arms contacts the fillets of the pin seats, (d) applying a load to the pin seats by the claw arms and the tool, (e) driving the lathe e to rotate the cranks
  • FIG. 1 depicts part of a machine 10 for rolling the fillets of the seats of a workpiece, which are shown here as angularly offset and adjacent crank pins 12, 14 of an elongated crankshaft 16 of an internal combustion engine.
  • the crankshaft 16 is mounted in a workpiece rotating lathe 17 or other mechanism with the front end or flange end 18 of the crankshaft mounted in the chuck of the driving stick 20 and the opposite end on a centering mandrel 24 of the lathe tailstock.
  • the drive stick is selectively rotated by a motor 30 so that the crankshaft 16 rotates about its axis of rotation 32.
  • the fillet rolling machine 10 has left and right side rows 36, 38, each of which has a plurality of oscillating claw units 40, 42.
  • Each oscillating claw unit consists of upper and lower claw arms 44, 46 (left side row of the claw units 40) and 48, 50 (right side row of the claw units 42) which are rotatably connected between the inner and outer ends thereof by pivot pins 52, 54.
  • the outer ends of each pair of arms are operatively connected by individually extendable and contractible pneumatic or hydraulic drive cylinders 56, 58 or other suitable control actuators which apply compressive force to the fillet machining rolls for rolling the fillet of the crank pin upon expansion.
  • Each drive cylinder has a piston with a connecting rod 60 or 62 which is rotatably connected to a lower arm, while the corresponding cylinder tube projects into a fork shoe 64 or 66 which is rotatably connected to a corresponding upper claw arm 44 or 48.
  • each claw unit face each other directly and are angularly offset with upper and lower tools 68, 70 or 72, 74 ( Figure 2) for deep rolling annular grooves 86, 88 and 90, 92 and adjacent crank pins 12, 14 of the crankshaft 16, which are separated by annular webs 94, 96.
  • the lower tools 70, 74 are secured to the lower arms of the left and right claw units and have pairs of spaced support rollers 98, 100 which engage and support the pin seats while their fillets are being rolled.
  • Such lower support tools are disclosed in more detail in copending U.S. Application No. 176,792, referred to above.
  • Each left side 36 claw unit 40 and each right side claw unit 42 is supported by a respective upper swing arm 104, 106 rotatably mounted on the left and right sides of movable upper frames 108, 110 and suspended therefrom, the frames 108, 110 are mounted on a rectilinear slide mechanism or on carriages 112, 114 ( Figures 5 and 6) running along front and rear horizontal support rails 116, 118.
  • the rails 116 are in turn fastened on a support beam 120 which is held by stands 122 which are fastened on the floor or a base plate 124.
  • Actuators such as hydraulic drive cylinders 126, 128 are operatively connected to the left and right frames 108 and 110 and can be individually driven to move the frames and the associated rows of oscillating claw units operatively connected thereto between a retracted position ( Figure 5 ) for loading and unloading the workpieces and a closed position ( Figures 6 and 7) for the deep groove rolling process.
  • a retracted position Figure 5
  • a closed position Figures 6 and 7
  • the drive motor 30 is connected to the chuck of the drive stick 20 and can optionally be actuated for rotatingly driving the crankshaft 16 about its axis 32.
  • the pairs of clamp claws are pivotally attached to swing arms 104, 106 which are rotatably attached to the upper support structure provided by frames 108, 110. If the engine rotates the crankshaft for the deep rolling process, oscillate the arms on an arcuate path and the separate pairs of claws follow the circumference of the radially offset crank pin rotation axis 32 to machine and roll the fillets of these crank pins.
  • the rolling pressure is built up by the expansion force of the cylinders 56, 58.
  • deep rolling of circular fillets works on the metallic structure of the fillets to secure the fillets and the crankshaft.
  • Each of the upper tools 68 and 72 carried by upper arms 44, 46 on the left and right sides of the claw units includes a housing which is releasably secured to the upper claw of each arm by fastening units 48, 150.
  • Each housing has a support roller 152, 154 which is seated on needle bearings which are held on centrally aligned hubs 156, 158 arranged between the housing side plates.
  • the hardened fillet rollers e.g. rollers 138, 140 are for rotation about mutually inclined axes A, A 'on the lower sides of the tools by cages such as e.g. Cages 160 and opposing adjustable screws 162 are adjustably attached.
  • the cages have pockets 164 formed therein in which the hardened steel or other suitable material rollers are operably arranged.
  • These fillet rollers touch corresponding annular running surfaces 166, 168 in the support rollers, so that locally limited rolling loads can be exerted on the fillets by the claw arms.
  • the rollers When the crankshaft is rotated by operating the lathe motor, the rollers contact the front pairs of grooves 86, 88 and 90, 92 of the adjacent pins of the crankshaft so that the grooves are rolled under pressure and machined when the crankshaft is rotated.
  • the transverse side loads resulting from the rolling operation with the tools shown in FIG. 2 are offset against one another because the rollers 138, 140 and the rollers 142, 144 in each of the tools have equally large and opposite inclinations.
  • the crankshaft as shown in FIG. 3, has no webs between the angularly offset pins 12 ', 14', only the fillets 86 'and 92' are rolled.
  • a ball bearing unit 170 with a cage is arranged between the housing of the tools 68 ', 72' and enables the opposite side loads resulting from the deep rolling of the adjacent mortise grooves 86 'and 91' to be offset against one another as described in the also co-pending application 176,792 become.
  • the bearing unit 170 is held by one of the tools and engages the side of the other tool so that the side loads caused by the rolling of the adjacent and opposite flutes against each other To get picked up.
  • FIG. 3b shows the overlap (shaded connection surface F) that occurs between the adjacent and angularly offset crank pins 12 and 14 and on the inner grooves 88 and 90 with webs.
  • the fillets 86, 88 and 90, 92 are first rolled with the tool from FIG. 2, preferably with variable rolling pressure, so that the sheet 12 '(dashed line) and 14th '(solid line) of the overlap is rolled at high pressure for deep machining and hardening of the inner grooves 88 and 90 in these areas.
  • the remaining arcuate portions of the inner fillets are rolled at a lower pressure sufficient to leave the webs 94, 96 intact.
  • outer grooves 86 and 92 are then rolled with the tool shown in FIG. 3a, with constant or variable pressure, so that the outer grooves 86 and 92 are completely rolled and fixed.
  • This process can also be reversed, wherein, as shown in FIG. 3a, the outer fillets are first rolled and strengthened, and then the inner fillets 86 and 90 are rolled with variable pressures as described.
  • the machine is shown diagrammatically as a front view, with the crankshaft 16 with radially offset pins inserted into the central lathe, and with the rows 36, 38 of the jaw units from each other and from the crankshaft by operating the drive cylinders 126 , 128 are moved away, the cylinder tubes of which are fastened to the stands 174, 176, which are fastened at their lower ends to the fixed rails 116, 118 and which in turn are fastened to the base plate 124.
  • Middle tool lifting sections 180, 182 of control and counterweight cylinders 184, 186 have fork shoes at their upper ends that are rotatably attached to eyelets that extend from the upper ends of the posts 190, 192 of the upper frames of the left and right Rows of claw units extend and have lower ends that are pivotally attached at 194, 196 to the upper claws 44 and 48.
  • the lifting portions can be selectively actuated to cause the jaws of the jaw units to open so that the crankshaft mounted in the center lathe 16 can be loaded into the rows of the jaw units when the rows move to the rolling position move from Figure 6.
  • the claws of the units are subsequently closed by expanding the cylinders 56, 58, while the tool lifting sections 180, 182 of the control and counterweight units are disabled. Accordingly, the crank pins are gripped by the tools with a force which is low but sufficient to hold the crank shaft against rotation.
  • the actual rolling of the fillets is then started by turning the crankshaft by the motor 30, the force exerted by the rolls on the fillets being increased up to the deep rolling force in that the force exerted by the cylinders 56, 58 on the corresponding claw units increases becomes.
  • the rolling force can be changed during rolling since the crankshaft is driven in rotation until the fillet rolling is finished.
  • the claws and tools follow the circular path of the corresponding pins to be rolled and the connected swing arms swing or swing back and forth along an arc to enable a swinging movement.
  • the control and counterweight cylinders 186, 188 which is rotatably secured between the upper holding structure and the lower claw arms, can have a stroke changing section 196, 198 so that different crankshafts can be rolled with different crank pin positions.
  • the cylinders 186, 188 have additional pneumatic spring counter sections 200, 202.
  • the spring section is similar to a gas spring and serves to smoothly move the arms of the claw units while the fillets are being rolled.
  • Figure 7 is a top view of the left and right rows of pivot arms which roll the offset crank pins shown in dashed lines in the drawing. It can be seen that this arrangement provides the rolling pressure to the claw units required cylinders can be easily used in the machine, since the cylinders and the claw units for adjacent pins are operably mounted on opposite sides of the crankshaft.
  • the left row is for rolling the one set of pins and the right row is for rolling the set of pins adjacent to the first set of pins.
  • the fillet rolling claws of the claw units 216, 218, 220 similar to the disclosed ones have tools such as that in FIG. 2 that can be used to roll the fillets of the main bearings while the trunnion fillets be rolled.

Landscapes

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Abstract

The machine has first and second swinging arms, mounting fixtures, pintles and clamping jaw assemblies. Each jaw assembly has an upper and lower jaw and a pintle which provides their rotatable connection. Each of the jaw assemblies has a mounting for holding the working tools for simultaneous machining of the material of the adjacent channels of the crank journal seats by rotation of the crank around the crankshaft's rotational axis. <IMAGE>

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Diese Erfindung bezieht sich auf Metallbearbeitung, genauer gesagt auf eine neue und verbesserte Maschine zum Walzen von Hohlkehlen von metallischen Werkstücken und auf ein neues und verbessertes Verfahren zum gleichzeitigen Walzen aller oder einer Zahl von Hohlkehlen eines Werkstücks wie z.B. der Hohlkehlen von Kurbelzapfen einer Motorenkurbelwelle.This invention relates to metal working, more specifically to a new and improved machine for rolling fillets of metallic workpieces and to a new and improved method for simultaneously rolling all or a number of fillets of a workpiece such as e.g. the fillets of crank pins of an engine crankshaft.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the prior art

Vor der vorliegenden Erfindung wurden verschiedene Maschinen und Verfahren verwendet, um metallische Werkstücke wie z.B. Nockenwellen und Kurbelwellen für Verbrennungsmotoren zu festigen und endzubehandeln. Da viele Motoren verkleinert worden sind, um in kleineren Fahrzeugen eingebaut zu werden, sind Schwierigkeiten bei der Endbearbeitung und dem Festigen der entsprechend verkleinerten Werkstücke aufgetreten. Beispielsweise ist es sehr schwierig, die Kurbelzapfen von verkleinerten Kurbelwellen mit optimierter Wirksamkeit zu festigen, da die Längen der Kurbelzapfen so klein sind, daß nur unzureichender Raum für ein Werkzeug zum gleichzeitigen Walzen aller Hohlkehlen in einem einzelnen Walzvorgang vorhanden ist.Prior to the present invention, various machines and methods have been used to machine metallic workpieces such as e.g. To consolidate and finish camshafts and crankshafts for internal combustion engines. Since many motors have been downsized to be installed in smaller vehicles, difficulties have been encountered in finishing and hardening the correspondingly reduced workpieces. For example, it is very difficult to secure the crank pins of reduced crank shafts with optimized effectiveness because the lengths of the crank pins are so small that there is insufficient space for a tool to simultaneously roll all fillets in a single rolling operation.

Vor der vorliegenden Erfindung wurden solche Kurbelzapfen und Hauptlager für verkleinerte Kurbelwellen genauso wie die Kurbelwellen für größere Motoren durch verschiedene Hohlkehlwalzmaschinen und -verfahren gefestigt. Beispielsweise ist in dem US-Patent 5,138,859 von Winkens, veröffentlicht am 18. August 1992, für ein

Figure imgb0001
Verfahren und Vorrichtung zum Feinwalzen und Festwalzen von mehrhübigen Kurbelwellen" eine Maschineneinheit und ein Verfahren zum Walzen von Zapfenhohlkehlen einer Kurbelwelle offenbart, um die Probleme zu lösen, die das gleichzeitige Walzen von benachbarten Kurbelzapfen mit der verfügbaren Ausrüstung ausschließen. In dieser Patentoffenbarung nehmen die Maschineneinheit und die Kurbelwelle eine erste relative Lage zueinander ein, so daß die Hohlkehlen eines ersten Satzes von nicht benachbarten Zapfen festgewalzt werden können. Daraufhin werden in einer zweiten relativen Lage der Maschineneinheit und der Kurbelwelle die Hohlkehlen eines zweiten Satzes von nicht benachbarten Zapfen festgewalzt. Mit einem derartigen Aufbau und einem derartigen Verfahren werden alle Hohlkehlen in zwei Etappen oder zwei Verfahrensschritten durch eine einzelne Maschine gewalzt.Prior to the present invention, such crank pins and main bearings for downsized crankshafts, as well as crankshafts for larger engines, have been strengthened by various fillet rolling machines and processes. For example, in U.S. Patent 5,138,859 to Winkens, published August 18, 1992, for a
Figure imgb0001
Method and apparatus for multi-stroke crankshaft rolling and deep rolling "discloses a machine unit and method for rolling crankshaft journal grooves to solve the problems that preclude the simultaneous rolling of adjacent crankpins with the available equipment. In this patent disclosure, the machine unit and the crankshaft a first relative position to each other, so that the Fillets of a first set of non-adjacent tenons can be rolled. The fillets of a second set of non-adjacent pins are then rolled in a second relative position of the machine unit and the crankshaft. With such a construction and method, all fillets are rolled in two stages or two process steps by a single machine.

Obwohl derartige Maschinen und Verfahren wirkungsvoll sind und Arbeiten von hoher Qualität erzeugen, werden neue und verbesserte Maschinen und Verfahren benötigt, um höheren Standards für den Maschinenbetriebswirkungsgrad mit hohem Ausstoß und einer langen Lebensdauer benötigt, die hervorragende Teile wie z.B. Kurbelwellen von hoher Qualität mit durch Festwalzen verfestigten Hohlkehlen herstellen.Although such machines and processes are effective and produce work of high quality, new and improved machines and processes are needed to meet higher standards for machine efficiency with high output and long life that include excellent parts such as e.g. Manufacture high quality crankshafts with deep-groove hardened by deep rolling.

Die ebenfalls anhängige US-Anmeldung Nr. 176,792, angemeldet am 3. Januar 1994, die der Inhaberin dieser Erfindung übertragen worden ist und die durch Bezugnahme hierin eingearbeitet wird, beschreibt Ausrüstung, Werkzeug und Verfahren zum Walzen von Hohlkehlen eines Werkstücks, bei der Hohlkehlwalzenklauenarme an einer Seite einer Kurbelwelle in abgestuften Sätzen angeordnet sind, so daß alle Zapfenhohlkehlen einer Kurbelwelle in einem Walzvorgang festgewalzt werden können.Co-pending U.S. Application No. 176,792, filed January 3, 1994, assigned to the assignee of this invention and incorporated by reference herein, describes equipment, tools, and methods for rolling fillets of a workpiece using fillet claw arms one side of a crankshaft are arranged in stepped sets, so that all the pin grooves of a crankshaft can be rolled in one rolling process.

Die Offenlegungsschrift Nr. 353 030 vom 22. April 1994 der Anmelderin offenbart Aspekte dieser Erfindung und wird hiermit durch Bezugnahme eingearbeitet.Applicant's Laid-Open No. 353,030 of April 22, 1994 discloses aspects of this invention and is incorporated herein by reference.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine, Werkzeug und Verfahren, die den in der ebenfalls anhängigen Anmeldung Nr. 176,792 offenbarten ähnlich sind, diese Technik jedoch weiter dadurch verbessert, daß sie neue und verbesserte Verfahren, Walzausrüstung und Werkzeuge bereitstellt, die für weite Anwendungsgebiete geeignet sind, insbesondere diejenigen, bei welchen gleichzeitiges Walzen der Hohlkehlen von gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks oder der Kurbelwelle notwendig oder erwünscht ist.The present invention relates to a machine, tool and method similar to that disclosed in copending application No. 176,792, but further enhancing this technique by providing new and improved methods, rolling equipment and tools that are suitable for a wide range of applications are suitable, in particular those in which simultaneous rolling of the fillets from opposite sides of the workpiece or the crankshaft is necessary or desired.

Es ist wichtig zu sagen, daß die vorliegende Erfindung die Platzprobleme löst, die bei vielen Einrichtungen auftreten, in welchen Pendelwerkzeuge benötigt werden, um die nahe neben-einanderliegenden oder benachbarten Hohlkehlen zu walzen, die die Verwendung von unförmiger zur Zeit verfügbarer Ausrüstung zum Nebeneinanderwalzen erschwert oder sogar ausschließt.It is important to say that the present invention solves the space problems encountered in many facilities in which shuttle tools are required to roll the closely spaced or adjacent fillets, which complicates the use of bulky, side-by-side rolling equipment or even excludes.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Maschine dieser Erfindung weist gegenüberliegende Reihen von Hohlkehlwalzklaueneinheiten auf, die in der Lage sind, alle Hohlkehlen eines Kurbelzapfensitzes einschließlich der benachbarten Kurbelsitze und auch die Hauptlagersitze einer Kurbelwelle gleichzeitig festzuwalzen.A preferred embodiment of the machine of this invention has opposed rows of fillet roller claw units capable of simultaneously deep rolling all fillets of a crankpin seat including the adjacent crank seats and also the main bearing seats of a crankshaft.

Bei dieser Erfindung können die gegenüberliegenden Reihen von Hohlkehlenwalzklaueneinheiten gleichzeitig aufeinander zu und voneinander wegbewegt werden zwischen (1) einer offenen Lage, in der unvollendete Werkstücke wie z.B. Kurbelwellen in die Drehbank eingeladen werden können oder fertiggestellte Werkstücke aus der Drehbank entladen werden können, und (2) einer geschlossenen Lage, in der die Hohlkehlenwalzwerkzeuge in alle oder eine Zahl der Kurbelzapfenhohlkehlen einschließlich der Hohlkehlen von benachbarten Kurbelzapfen und auch in die Hauptlager eingreifen, so daß diese gleichzeitig festgewalzt und verfestigt werden können.In this invention, the opposing rows of fillet roller claw units can be moved toward and away from each other simultaneously between (1) an open position in which unfinished workpieces such as e.g. Crankshafts can be loaded into the lathe or finished workpieces can be unloaded from the lathe, and (2) a closed position in which the fillet rolling tools engage in all or a number of the crankpin fillets including the fillets of adjacent crankpins and also in the main bearings that they can be rolled and solidified at the same time.

Diese Erfindung bezieht sich weiter auf Verfahren des gleichzeitigen Walzens von Hohlkehlen von Werkstücken wie z.B. Kurbelsitzen einer länglichen Verbrennungsmotorkurbelwelle, umfassend die Verfahrensschritte: (a) Einsetzen eines Endes der Kurbelwelle in den Schraubstock einer motorbetriebenen Drehmaschine und des anderen Endes in eine Halterung der Maschine, so daß die Kurbelwelle durch die Maschine um ihre Drehachse herum angetrieben werden kann, (b) Anordnen der linken und rechten Seitenreihe der Hohlkehlwalzeinrichtung auf der linken bzw. rechten Seite der Drehachse, so daß die Klauenarme der Vorrichtung sich im wesentlichen quer zu der Achse erstrecken und es ermöglichen, eine unbearbeitete Kurbelwelle in die Drehmaschine einzuladen, (c) Bewegen der linken und rechten Seitenreihe der Vorrichtung von einer anfänglichen, von der Kurbelwelle beabstandeten Lage hin zu einer Lage, in der das auf den Klauenarmen gehaltene Hohlkehlwalzwerkzeug die Hohlkehlen der Zapfensitze berührt, (d) Aufbringen einer Last auf die Zapfensitze durch die Klauenarme und das Werkzeug, (e) Antreiben der Drehmaschine zum Drehen der Kurbelwelle um die Achse, während das Werkzeug die Hohlkehlen mit Druck belastet, so daß das Werkzeug gleichzeitig die Hohlkehlen der Zapfen und der Hauptsitze bearbeitet und festwalzt, (f) Öffnen der Klauenarme und Entfernen der gewalzten Kurbelwelle aus der Maschine.This invention further relates to methods of simultaneously rolling fillets of workpieces such as e.g. Crank seats of an elongated internal combustion engine crankshaft, comprising the steps of: (a) inserting one end of the crankshaft into the vice of a power lathe and the other end into a bracket of the machine so that the crankshaft can be driven by the machine about its axis of rotation, (b ) Arranging the left and right side rows of the fillet roller on the left and right side of the axis of rotation, respectively, so that the claw arms of the device extend substantially transversely to the axis and make it possible to load an unprocessed crankshaft into the lathe, (c) moving the left and right side rows of the device from an initial position spaced from the crankshaft to a position where the fillet rolling tool held on the claw arms contacts the fillets of the pin seats, (d) applying a load to the pin seats by the claw arms and the tool, (e) driving the lathe e to rotate the crankshaft about the axis while the tool pressurizes the fillets so that the tool simultaneously machines and hardens the fillets of the pins and the headquarters, (f) opening the claw arms and removing the rolled crankshaft from the machine.

Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden detaillierten Beschreibung und Zeichnung dargestellt, die folgendes zeigt:The present invention is illustrated in the following detailed description and drawing, which shows:

Kurze Beschreibung der ZeichnungsfigurenBrief description of the drawing figures

Figur 1Figure 1
ist eine bildliche Darstellung, die die Grundzüge einer bevorzugten Ausführungsform der Hohlkehlenwalzmaschine und des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt;Fig. 4 is a pictorial illustration describing the outline of a preferred embodiment of the fillet rolling machine and method according to the present invention;
Figur 2Figure 2
ist eine Schnittansicht, mit einigen Teilen in durchgezogenen Linien, die im wesentlichen entlang der Linien 2-2 aus Figur 1 geschnitten ist und die zeigt, wie die Hohlkehlwalzwerkzeuge die Hohlkehlen von benachbarten, durch Stege von einer Kurbelwelle getrennten Kurbelzapfen walzt;Fig. 3 is a sectional view, with some parts in solid lines, taken substantially along lines 2-2 of Fig. 1 and showing how the fillet rolling tools roll the fillets of adjacent crankpins separated by webs from a crankshaft;
Figur 3Figure 3
ist eine der Ansicht aus Figur 2 ähnliche Ansicht, die eine andere Ausführungsform von Walzwerkzeugen darstellt, die Hohlkehlen von benachbarten, nicht von Stegen getrennten Kurbelzapfensitzen walzen;Figure 2 is a view similar to that of Figure 2, illustrating another embodiment of rolling dies that roll fillets from adjacent crank pin seats not separated by webs;
Figur 3aFigure 3a
ist eine den Ansichten aus Figur 2 und Figur 3 ähnliche Ansicht, die zeigt, wie das Werkzeug aus Figur 3 dazu verwendet wird, von Stegen getrennte Kurbelzapfen der Kurbel aus Figur 2 zu walzen;3 is a view similar to the views of FIG. 2 and FIG. 3, showing how the tool of FIG. 3 is used to roll crank pins of the crank of FIG. 2 separated from webs;
Figur 3bFigure 3b
ist ein Diagramm, das die überlappenden Kurbelzapfen aus Figur 3a zeigt;Figure 3 is a diagram showing the overlapping crank pins of Figure 3a;
Figur 4Figure 4
ist eine diagrammartige Seitenansicht des Werkzeugs aus Figur 2, und zwar im wesentlichen entlang der Sichtlinien 4-4 aus Figur 2 genommen;Figure 2 is a diagrammatic side view of the tool of Figure 2, taken substantially along lines of sight 4-4 of Figure 2;
Figur 5Figure 5
ist eine diagrammartige Vorderansicht der Maschine einer bevorzugten Ausführungsform der Hohlkehlenwalzmaschine dieser Erfindung, die die Reihen der Maschine in einer zurückgezogenen Lage zum Laden oder Entladen des Werkstücks zeigt;Fig. 3 is a diagrammatic front view of the machine of a preferred embodiment of the fillet rolling machine of this invention, showing the rows of the machine in a retracted position for loading or unloading the workpiece;
Figur 6Figure 6
ist eine Ansicht ähnlich der aus Figur 5, wobei jedoch die Reihen von der Lage aus Figur 5 nach innen zu einer Bearbeitungslage bewegt worden sind, in der die Hohlkehlenwalzwerkzeuge in die Hohlkehlen der Kurbelwelle eingreifen;5 is a view similar to that of FIG. 5, but with the rows moved inwardly from the position of FIG. 5 to a machining position in which the fillet rolling tools engage the fillet of the crankshaft;
Figur 7Figure 7
ist eine diagrammartige Aufsicht auf einen Abschnitt der Maschine aus Figur 6, und zwar im großen und ganzen entlang der Sichtlinien 7-7 aus Figur 6 genommen;Figure 6 is a diagrammatic plan view of a portion of the machine of Figure 6 taken generally along lines of sight 7-7 of Figure 6;
Figur 8Figure 8
ist eine diagrammartige Seitenansicht eines Teils der Hohlkehlenwalzmaschine aus Figuren 5 und 6, und zwar im großen und ganzen entlang der Linien 8-8 aus Figur 6 genommen.Figure 5 is a diagrammatic side view of part of the fillet mill of Figures 5 and 6, taken generally along lines 8-8 of Figure 6.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungsfigurenDetailed description of the drawing figures

Es wird im folgenden detaillierter auf die Zeichnungsfiguren eingegangen. Figur 1 zeigt bildlich einen Teil einer Maschine 10 zum Walzen der Hohlkehlen der Sitze eines Werkstücks, die hier als winklig versetzte und benachbarte Kurbelzapfen 12, 14 einer länglichen Kurbelwelle 16 eines Verbrennungsmotors dargestellt sind.The drawing figures are discussed in more detail below. FIG. 1 depicts part of a machine 10 for rolling the fillets of the seats of a workpiece, which are shown here as angularly offset and adjacent crank pins 12, 14 of an elongated crankshaft 16 of an internal combustion engine.

Die Kurbelwelle 16 wird in eine das Werkstück drehende Drehbank 17 oder einem anderen Mechanismus befestigt, wobei das Stirnende oder das Flanschende 18 der Kurbelwelle in dem Spannfutter des Treibstocks 20 und das gegenüberliegende Ende auf einem Zentrierdorn 24 des Drehbankreitstocks befestigt wird. Der Treibstock wird wählbar von einem Motor 30 gedreht, so daß sich die Kurbelwelle 16 um ihre Rotationsachse 32 dreht.The crankshaft 16 is mounted in a workpiece rotating lathe 17 or other mechanism with the front end or flange end 18 of the crankshaft mounted in the chuck of the driving stick 20 and the opposite end on a centering mandrel 24 of the lathe tailstock. The drive stick is selectively rotated by a motor 30 so that the crankshaft 16 rotates about its axis of rotation 32.

Die Hohlkehlenwalzmaschine 10 hat linke und rechte Seitenreihen 36, 38, die jeweils eine Mehrzahl von pendelnden Klaueneinheiten 40, 42 aufweisen. Jede pendelnde Klaueneinheit besteht aus oberen und unteren Klauenarmen 44, 46 (linke Seitenreihe der Klaueneinheiten 40) und 48, 50 (rechte Seitenreihe der Klaueneinheiten 42), die drehbar zwischen den inneren und äußeren Enden derselben durch Drehbolzen 52, 54 verbunden sind. Die äußeren Enden jedes Paares von Armen sind funktionsfähig durch einzeln ausfahrbare und zusammenziehbare pneumatische oder hydraulische Antriebszylinder 56, 58 oder andere geeignete Steuerbetätigungseinheiten verbunden, die die Hohlkehlbearbeitungswalzen zum Walzen der Hohlkehlen der Kurbelzapfen bei Expansion mit einer Druckkraft belasten. Jeder Antriebszylinder weist einen Kolben mit einem Pleuel 60 oder 62 auf, der drehbar mit einem unteren Arm verbunden ist, während die entsprechende Zylinderröhre in einen Gabelschuh 64 oder 66 ragt, der drehbar mit einem entsprechenden oberen Klauenarm 44 oder 48 verbunden ist.The fillet rolling machine 10 has left and right side rows 36, 38, each of which has a plurality of oscillating claw units 40, 42. Each oscillating claw unit consists of upper and lower claw arms 44, 46 (left side row of the claw units 40) and 48, 50 (right side row of the claw units 42) which are rotatably connected between the inner and outer ends thereof by pivot pins 52, 54. The outer ends of each pair of arms are operatively connected by individually extendable and contractible pneumatic or hydraulic drive cylinders 56, 58 or other suitable control actuators which apply compressive force to the fillet machining rolls for rolling the fillet of the crank pin upon expansion. Each drive cylinder has a piston with a connecting rod 60 or 62 which is rotatably connected to a lower arm, while the corresponding cylinder tube projects into a fork shoe 64 or 66 which is rotatably connected to a corresponding upper claw arm 44 or 48.

Die inneren Enden der oberen und unteren Arme jeder Klaueneinheit stehen sich unmittelbar gegenüber und sind mit oberen und unteren Werkzeugen 68, 70 oder 72, 74 (Figur 2) zum Festwalzen von ringförmigen Hohlkehlen 86, 88 und 90, 92 von winklig versetzten und benachbarten Kurbelzapfen 12, 14 der Kurbelwelle 16, die durch ringförmige Stege 94, 96 getrennt sind, versehen. Die unteren Werkzeuge 70, 74 sind an den unteren Armen der linken und rechten Klaueneinheiten gesichert und weisen Paare von beabstandeten Stützwalzen 98, 100 auf, die in die Zapfensitze eingreifen und diese stützen, während ihre Hohlkehlen gewalzt werden. Derartige untere Stützwerkzeuge sind detaillierter in der ebenfalls anhängigen US-Anmeldung Nr. 176,792, auf die oben Bezug genommen worden ist, offenbart.The inner ends of the upper and lower arms of each claw unit face each other directly and are angularly offset with upper and lower tools 68, 70 or 72, 74 (Figure 2) for deep rolling annular grooves 86, 88 and 90, 92 and adjacent crank pins 12, 14 of the crankshaft 16, which are separated by annular webs 94, 96. The lower tools 70, 74 are secured to the lower arms of the left and right claw units and have pairs of spaced support rollers 98, 100 which engage and support the pin seats while their fillets are being rolled. Such lower support tools are disclosed in more detail in copending U.S. Application No. 176,792, referred to above.

Jede pendelnde Klaueneinheit 40 der linken Seite 36 und jede pendelnde Klaueneinheit 42 der rechten Seite wird von einem entsprechenden, an den linken und rechten Seiten von beweglichen oberen Rahmen 108, 110 drehbar befestigten und von diesen herunterhängenden oberen Schwingarm 104, 106 gehalten, wobei die Rahmen 108, 110 auf einem geradlinigen Gleitmechanismus oder auf Wagen 112, 114 (Figuren 5 und 6) befestigt sind, die entlang vorderen und hinteren horizontalen Stützschienen 116, 118 laufen. Die Schienen 116 sind ihrerseits auf einem Stützbalken 120 befestigt, der von Ständern 122 gehalten wird, die auf dem Boden oder einer Grundplatte 124 befestigt sind. Betätigungseinrichtungen wie hydraulische Antriebszylinder 126, 128 sind funktionsfähig mit den linken und rechten Rahmen 108 und 110 verbunden und können einzeln angetrieben werden, um die Rahmen und die damit verbundenen Reihen von pendelnden Klaueneinheiten, die funktionsfähig damit verbunden sind, zwischen einer zurückgezogenen Lage (Figur 5) zum Beladen und Entladen der Werkstücke und einer geschlossenen Lage (Figuren 6 und 7) für den Hohlkehlenfestwalzvorgang zu bewegen. Nachdem die Kurbelwelle 16 in die Klauen der Klaueneinheiten eingesetzt worden ist, wird jede Seite einzeln mit den Sitzen in Eingriff gebracht, so daß die Walzen 138, 140 des Werkzeugs 68 und die Walzen 142, 144 des Werkzeugs 72 in die Hohlkehlen unter einer vorbestimmten Last eingreifen, die wahlweise z.B. durch wahlweises Verändern der durch die Zylinder 56, 58 aufgebrachten Expansionskraft verändert werden kann.Each left side 36 claw unit 40 and each right side claw unit 42 is supported by a respective upper swing arm 104, 106 rotatably mounted on the left and right sides of movable upper frames 108, 110 and suspended therefrom, the frames 108, 110 are mounted on a rectilinear slide mechanism or on carriages 112, 114 (Figures 5 and 6) running along front and rear horizontal support rails 116, 118. The rails 116 are in turn fastened on a support beam 120 which is held by stands 122 which are fastened on the floor or a base plate 124. Actuators such as hydraulic drive cylinders 126, 128 are operatively connected to the left and right frames 108 and 110 and can be individually driven to move the frames and the associated rows of oscillating claw units operatively connected thereto between a retracted position (Figure 5 ) for loading and unloading the workpieces and a closed position (Figures 6 and 7) for the deep groove rolling process. After the crankshaft 16 is inserted into the claws of the claw units, each side is individually engaged with the seats so that the rollers 138, 140 of the tool 68 and the rollers 142, 144 of the tool 72 into the grooves under a predetermined load intervene, the optional eg can be changed by selectively changing the expansion force applied by the cylinders 56, 58.

Der Antriebsmotor 30 ist mit dem Spannfutter des Antriebsstocks 20 verbunden und kann wahlweise zum drehenden Antreiben der Kurbelwelle 16 um ihre Achse 32 betätigt werden. Die Paare von Klemmklauen sind für einen pendelnden Betrieb an Schwingarmen 104, 106 befestigt, die drehbar an dem oberen, durch die Rahmen 108, 110 bereitgestellten Halteaufbau befestigt sind. Wenn der Motor die Kurbelwelle für den Festwalzvorgang dreht, pendeln die Arme auf einem bogenförmigen Pfad und die davon getrennten Paare von Klauen folgen dem Umfang der radial versetzten Kurbelzapfendrehachse 32, um die Hohlkehlen dieser Kurbelzapfen zu bearbeiten und festzuwalzen. Der Walzdruck wird durch die Expansionskraft der Zylinder 56, 58 aufgebaut. Wie auf diesem Gebiet bekannt, bearbeitet das Festwalzen von kreisringförmigen Hohlkehlen die metallische Struktur der Hohlkehlen, um die Hohlkehlen und die Kurbelwelle zu festigen.The drive motor 30 is connected to the chuck of the drive stick 20 and can optionally be actuated for rotatingly driving the crankshaft 16 about its axis 32. The pairs of clamp claws are pivotally attached to swing arms 104, 106 which are rotatably attached to the upper support structure provided by frames 108, 110. If the engine rotates the crankshaft for the deep rolling process, oscillate the arms on an arcuate path and the separate pairs of claws follow the circumference of the radially offset crank pin rotation axis 32 to machine and roll the fillets of these crank pins. The rolling pressure is built up by the expansion force of the cylinders 56, 58. As is known in the art, deep rolling of circular fillets works on the metallic structure of the fillets to secure the fillets and the crankshaft.

Jedes der von oberen Armen 44, 46 auf der linken und rechten Seite der Klaueneinheiten getragenen oberen Werkzeuge 68 und 72 umfaßt ein Gehäuse, das lösbar an der oberen Klaue jedes Arms durch Befestigungseinheiten 48, 150 gesichert ist. Jedes Gehäuse weist eine Stützwalze 152, 154 auf, die auf Nadellagern sitzt, welche auf mittig ausgerichteten, zwischen den Gehäuseseitenplatten angebrachten Naben 156, 158 gehalten sind.Each of the upper tools 68 and 72 carried by upper arms 44, 46 on the left and right sides of the claw units includes a housing which is releasably secured to the upper claw of each arm by fastening units 48, 150. Each housing has a support roller 152, 154 which is seated on needle bearings which are held on centrally aligned hubs 156, 158 arranged between the housing side plates.

Die gehärteten Hohlkehlwalzen, wie z.B. die Walzen 138, 140, sind für die Drehung um gegeneinander geneigte Achsen A, A' auf den unteren Seiten der Werkzeuge durch Käfige wie z.B. Käfige 160 und gegenüberliegende einstellbare Schrauben 162 einstellbar befestigt. Die Käfige haben darin ausgebildete Taschen 164, in welchen die Walzen aus gehärtetem Stahl oder anderen geeigneten Materialien funktionsfähig angeordnet sind. Diese Hohlkehlwalzen berühren entsprechende ringförmige Laufflächen 166, 168 in den Stützrollen, so daß durch die Klauenarme örtlich begrenzte Walzlasten auf die Hohlkehlen ausgeübt werden können. Wenn die Kurbelwelle durch Betrieb des Drehbankmotors gedreht wird, berühren die Walzen die vorderen Paare von Hohlkehlen 86, 88 und 90, 92 der benachbarten Zapfen der Kurbelwelle, so daß die Hohlkehlen unter Druck gewalzt und tiefenbearbeitet werden, wenn die Kurbelwelle gedreht wird.The hardened fillet rollers, e.g. rollers 138, 140 are for rotation about mutually inclined axes A, A 'on the lower sides of the tools by cages such as e.g. Cages 160 and opposing adjustable screws 162 are adjustably attached. The cages have pockets 164 formed therein in which the hardened steel or other suitable material rollers are operably arranged. These fillet rollers touch corresponding annular running surfaces 166, 168 in the support rollers, so that locally limited rolling loads can be exerted on the fillets by the claw arms. When the crankshaft is rotated by operating the lathe motor, the rollers contact the front pairs of grooves 86, 88 and 90, 92 of the adjacent pins of the crankshaft so that the grooves are rolled under pressure and machined when the crankshaft is rotated.

Die aus dem Walzbetrieb mit dem in Figur 2 dargestellten Werkzeugen resultierenden Querseitenlasten werden gegeneinander aufgehoben, weil die Walzen 138, 140 und die Walzen 142, 144 in jedem der Werkzeuge gleich große und entgegengesetzte Neigungen aufweisen. In dem Fall, daß die Kurbelwelle wie in Figur 3 gezeigt keine Stege zwischen den winklig versetzten Zapfen 12', 14' aufweist, werden allerdings nur die Hohlkehlen 86' und 92' gewalzt. Eine Kugellagereinheit 170 mit Käfig ist zwischen dem Gehäuse der Werkzeuge 68', 72' angeordnet und ermöglicht es, daß die aus dem Festwalzen der benachbarten Zapfenhohlkehlen 86' und 91' resultierenden entgegengesetzten Seitenlasten wie in der ebenfalls anhängigen Anmeldung 176,792 beschrieben gegeneinander aufgehoben werden. Um die Bewegung der Seiten von Werkzeugen zwischen der zurückgezogenen und der geschlossenen Lage zu erleichtern, wird die Lagereinheit 170 von einem der Werkzeuge gehalten und greift in die Seite des anderen Werkzeugs so ein, daß die von dem Walzen der benachbarten und gegenüberliegenden Hohlkehlen hervorgerufenen Seitenlasten gegeneinander aufgehoben werden.The transverse side loads resulting from the rolling operation with the tools shown in FIG. 2 are offset against one another because the rollers 138, 140 and the rollers 142, 144 in each of the tools have equally large and opposite inclinations. In the event that the crankshaft, as shown in FIG. 3, has no webs between the angularly offset pins 12 ', 14', only the fillets 86 'and 92' are rolled. A ball bearing unit 170 with a cage is arranged between the housing of the tools 68 ', 72' and enables the opposite side loads resulting from the deep rolling of the adjacent mortise grooves 86 'and 91' to be offset against one another as described in the also co-pending application 176,792 become. In order to facilitate movement of the sides of tools between the retracted and closed positions, the bearing unit 170 is held by one of the tools and engages the side of the other tool so that the side loads caused by the rolling of the adjacent and opposite flutes against each other To get picked up.

Das Diagramm aus Figur 3b zeigt das Überlappen (schattierte Verbindungsfläche F), daß zwischen den benachbarten und winklig versetzten Kurbelzapfen 12 und 14 und an den inneren Hohlkehlen 88 und 90 mit Stegen auftritt.The diagram of Figure 3b shows the overlap (shaded connection surface F) that occurs between the adjacent and angularly offset crank pins 12 and 14 and on the inner grooves 88 and 90 with webs.

Um diesen Aufbau in verbesserter Weise durch Walzen zu festigen, ohne die Stege wie z.B. die Stege 94 und 96 unnötig zu biegen oder zu verschieben, werden die Hohlkehlen 86, 88 und 90, 92 zuerst mit dem Werkzeug aus Figur 2 gewalzt, und zwar vorzugsweise mit veränderbarem Walzdruck, so daß der Bogen 12' (gestrichelte Linie) und 14' (durchgezogene Linie) des Überlappens mit hohem Druck zum Tiefbearbeiten und Verfestigen der inneren Hohlkehlen 88 und 90 in diesen Bereichen gewalzt wird. Die verbleibenden bogenförmigen Abschnitte der inneren Hohlkehlen werden bei geringerem Druck gewalzt, der ausreichend ist, um die Stege 94, 96 unversehrt zu belassen.In order to strengthen this structure in an improved manner by rolling without the webs, e.g. to unnecessarily bend or move the webs 94 and 96, the fillets 86, 88 and 90, 92 are first rolled with the tool from FIG. 2, preferably with variable rolling pressure, so that the sheet 12 '(dashed line) and 14th '(solid line) of the overlap is rolled at high pressure for deep machining and hardening of the inner grooves 88 and 90 in these areas. The remaining arcuate portions of the inner fillets are rolled at a lower pressure sufficient to leave the webs 94, 96 intact.

Dementsprechend gibt es an diesem Punkt kein Überbiegen der Stege. Nachfolgend werden die äußeren Hohlkehlen 86 und 92 mit dem in Figur 3a gezeigten Werkzeug festgewalzt, und zwar mit konstantem oder veränderbarem Druck, so daß die äußeren Hohlkehlen 86 und 92 vollständig festgewalzt und gefestigt werden. Dieses Verfahren kann auch umgekehrt werden, wobei wie in Figur 3a gezeigt die äußeren Hohlkehlen zuerst festgewalzt und gefestigt werden, und wobei anschließend die inneren Hohlkehlen 86 und 90 wie beschrieben mit variablen Drücken gewalzt werden.Accordingly, there is no overbending of the webs at this point. The outer grooves 86 and 92 are then rolled with the tool shown in FIG. 3a, with constant or variable pressure, so that the outer grooves 86 and 92 are completely rolled and fixed. This process can also be reversed, wherein, as shown in FIG. 3a, the outer fillets are first rolled and strengthened, and then the inner fillets 86 and 90 are rolled with variable pressures as described.

In Figur 5 ist die Maschine diagrammartig als Vorderansicht gezeigt, und zwar mit der Kurbelwelle 16 mit radial versetzten Zapfen eingesetzt in die in der Mitte angeordnete Drehbank, und wobei die Reihen 36, 38 der Klaueneinheiten voneinander und von der Kurbelwelle durch die Bedienung der Antriebszylinder 126, 128 wegbewegt sind, deren Zylinderröhren an den Ständern 174, 176 befestigt sind, die an ihren unteren Enden an den feststehenden Schienen 116, 118 und diese wiederum an der Grundplatte 124 befestigt sind.In Figure 5, the machine is shown diagrammatically as a front view, with the crankshaft 16 with radially offset pins inserted into the central lathe, and with the rows 36, 38 of the jaw units from each other and from the crankshaft by operating the drive cylinders 126 , 128 are moved away, the cylinder tubes of which are fastened to the stands 174, 176, which are fastened at their lower ends to the fixed rails 116, 118 and which in turn are fastened to the base plate 124.

Mittlere Werkzeuganhebeabschnitte 180, 182 von Steuer- bzw. Regel- und Gegengewichtszylindern 184, 186 weisen Gabelschuhe an ihren oberen Enden auf, die drehbar an Ösen befestigt sind, die sich von den oberen Enden der Ständer 190, 192 der oberen Rahmen der linken und rechten Reihen von Klaueneinheiten erstrecken, und weisen untere Enden auf, die drehbar bei 194, 196 an den oberen Klauen 44 und 48 befestigt sind. Die Hebeabschnitte können wahlweise betätigt werden, um das Öffnen der Klauen der Klaueneinheiten zu bewirken, so daß die Kurbelwelle, die in der in der Mitte angeordneten Drehbank 16 befestigt ist, in die Reihen der Klaueneinheiten eingeladen werden kann, wenn sich die Reihen zu der Walzposition aus Figur 6 bewegen. Die Klauen der Einheiten werden in der Folge durch Expandieren der Zylinder 56, 58 geschlossen, während die Werkzeughebeabschnitte 180, 182 der Steuer- bzw. Regel- und Gegengewichtseinheiten außer Kraft gesetzt sind. Die Kurbelzapfen werden dementsprechend von den Werkzeugen mit einer Kraft gegriffen, die gering jedoch ausreichend ist, um die Kurbelwelle gegen Verdrehen zu halten.Middle tool lifting sections 180, 182 of control and counterweight cylinders 184, 186 have fork shoes at their upper ends that are rotatably attached to eyelets that extend from the upper ends of the posts 190, 192 of the upper frames of the left and right Rows of claw units extend and have lower ends that are pivotally attached at 194, 196 to the upper claws 44 and 48. The lifting portions can be selectively actuated to cause the jaws of the jaw units to open so that the crankshaft mounted in the center lathe 16 can be loaded into the rows of the jaw units when the rows move to the rolling position move from Figure 6. The claws of the units are subsequently closed by expanding the cylinders 56, 58, while the tool lifting sections 180, 182 of the control and counterweight units are disabled. Accordingly, the crank pins are gripped by the tools with a force which is low but sufficient to hold the crank shaft against rotation.

Anschließend wird das eigentliche Walzen der Hohlkehlen durch Drehen der Kurbelwelle durch den Motor 30 gestartet, wobei die durch die Walzen auf die Hohlkehlen ausgeübte Kraft bis auf die Festwalzkraft dadurch erhöht wird, daß die von den Zylindern 56, 58 auf die entsprechenden Klaueneinheiten ausgeübte Kraft erhöht wird. Die Walzkraft kann während des Walzens verändert werden, da die Kurbelwelle solange drehend angetrieben wird, bis das Hohlkehlwalzen beendet ist. Die Klauen und Werkzeuge folgen dem kreisförmigen Pfad der entsprechenden zu walzenden Zapfen und die angeschlossenen Schwingarme pendeln oder schwingen entlang eines Bogens vor und zurück, um eine Pendelbewegung zu ermöglichen. Die Steuer- bzw. Regel- und Gegengewichtszylinder 186, 188, die drehbar zwischen dem oberen Halteaufbau und den unteren Klauenarmen gesichert ist, können einen Hubveränderungsabschnitt 196, 198 aufweisen, so daß unterschiedliche Kurbelwellen mit unterschiedlichen Kurbelzapfenlagen gewalzt werden können. Die Zylinder 186, 188 weisen zusätzliche pneumatische Federgegengewichtsabschnitte 200, 202 auf. Der Federabschnitt ist ähnlich einer Gasfeder und dient der sanften Bewegung der Arme der Klaueneinheiten während die Hohlkehlen gewalzt werden.The actual rolling of the fillets is then started by turning the crankshaft by the motor 30, the force exerted by the rolls on the fillets being increased up to the deep rolling force in that the force exerted by the cylinders 56, 58 on the corresponding claw units increases becomes. The rolling force can be changed during rolling since the crankshaft is driven in rotation until the fillet rolling is finished. The claws and tools follow the circular path of the corresponding pins to be rolled and the connected swing arms swing or swing back and forth along an arc to enable a swinging movement. The control and counterweight cylinders 186, 188, which is rotatably secured between the upper holding structure and the lower claw arms, can have a stroke changing section 196, 198 so that different crankshafts can be rolled with different crank pin positions. The cylinders 186, 188 have additional pneumatic spring counter sections 200, 202. The spring section is similar to a gas spring and serves to smoothly move the arms of the claw units while the fillets are being rolled.

Figur 7 ist eine Aufsicht der linken und rechten Reihen von Dreharmen, die die in gestrichelten Linien in der Zeichnung dargestellten versetzten Kurbelzapfen walzen. Man erkennt, daß mit dieser Anordnung die zum Bereitstellen des Walzdrucks an den Klaueneinheiten erforderlichen Zylinder leicht in der Maschine benutzt werden können, da die Zylinder und die Klaueneinheiten für benachbarte Zapfen funktionsfähig auf gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwelle angebracht sind. Die linke Reihe ist zum Walzen des einen Satzes von Zapfen und die rechte Reihe ist zum Walzen des dem ersten Satz von Zapfen benachbarten Satzes von Zapfen vorgesehen. Entsprechend der Erfindung ist demgemäß ausreichend Platz vorhanden, um sämtliche Hohlkehlen und soweit erwünscht auch die Hauptwellenlager 210, 212, 214 gleichzeitig in einer Maschine zu walzen. Wie am besten in den Figuren 7 und 8 dargestellt, weisen die Hohlkehlenwalzklauen der Klaueneinheiten 216, 218, 220, die den offenbarten ähnlich sind, Werkzeuge wie die in Figur 2 auf, die zum Walzen der Hohlkehlen der Hauptlager verwendet werden können, während die Zapfenhohlkehlen gewalzt werden.Figure 7 is a top view of the left and right rows of pivot arms which roll the offset crank pins shown in dashed lines in the drawing. It can be seen that this arrangement provides the rolling pressure to the claw units required cylinders can be easily used in the machine, since the cylinders and the claw units for adjacent pins are operably mounted on opposite sides of the crankshaft. The left row is for rolling the one set of pins and the right row is for rolling the set of pins adjacent to the first set of pins. According to the invention, there is accordingly sufficient space to roll all fillets and, if desired, the main shaft bearings 210, 212, 214 simultaneously in one machine. As best shown in FIGS. 7 and 8, the fillet rolling claws of the claw units 216, 218, 220 similar to the disclosed ones have tools such as that in FIG. 2 that can be used to roll the fillets of the main bearings while the trunnion fillets be rolled.

Da eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben worden ist, werden andere Ausführungsformen für die Fachleute offensichtlich werden. Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf dasjenige, was gezeigt und beschrieben worden ist, beschränkt, außer durch die folgenden Patentansprüche.Since a preferred embodiment of the invention has been illustrated and described, other embodiments will become apparent to those skilled in the art. Accordingly, the invention is not limited to what has been shown and described, except by the following claims.

Claims (8)

Maschine zum Dauerverfestigen einer duktilen Eisenkurbelwelle für einen Verbrennungsmotor mit einer mittleren Drehachse und einer Mehrzahl von zu dieser Drehachse parallelen Kurbelzapfensitzen durch gleichzeitiges mechanisches Bearbeiten des Materials von aneinanderliegenden und aufeinandergerichteten Hohlkehlen von zylindrischen Kurbelzapfensitzen, wobei die Maschine umfaßt: erste und zweite Halterungen, erste und zweite Schwingarme, die ersten und zweiten Schwingarme an den ersten und zweiten Halterungen funktionsfähig verbindende erste und zweite Drehbolzen, erste und zweite Klemmklauensätze, die sich seitlich von gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwelle auf die Kurbelwelle hin erstrecken, wobei jeder Klauensatz eine untere Klaue und eine obere Klaue und einen Drehbolzen aufweist, der die untere Klaue und die obere Klaue drehbar aneinander befestigt, wobei jeder der Klauensätze eine Werkzeughalterung zum Halten der Werkzeuge für die gleichzeitige Bearbeitung des Materials von aneinanderliegenden und aufeinandergerichteten Hohlkehlen der Kurbelzapfensitze durch Drehung der Kurbel um die Drehachse aufweist, wodurch der den entsprechenden Klauensatz stützende Schwingarm auf dem Drehbolzen schwingt und in einem Winkel pendelt, während sich die Klauen jedes der Klauensätze um den entsprechenden Kurbelzapfensitz herum bewegen.Machine for the permanent strengthening of a ductile iron crankshaft for an internal combustion engine with a central axis of rotation and a plurality of crank pin seats parallel to this axis of rotation by simultaneously machining the material of adjacent and facing fillets of cylindrical crank pin seats, the machine comprising: first and second brackets, first and second Swing arms, first and second pivot pins operatively connecting the first and second swing arms to the first and second brackets, first and second sets of jaws extending laterally from opposite sides of the crankshaft toward the crankshaft, each jaw set having a lower jaw and an upper jaw and has a pivot pin which rotatably fastens the lower claw and the upper claw to each other, each of the claw sets having a tool holder for holding the tools for the simultaneous processing of the material from n adjacent and facing grooves of the crank pin seats by rotating the crank about the axis of rotation, whereby the swing arm supporting the corresponding claw set swings on the pivot pin and oscillates at an angle while the claws of each of the claw sets move around the corresponding crank pin seat. Maschine zum Dauerverfestigen einer duktilen Eisenkurbelwelle für einen Verbrennungsmotor durch gleichzeitiges mechanisches Bearbeiten des Materials von aneinanderliegenden und aufeinandergerichteten Hohlkehlen von zylindrischen Kurbelzapfensitzen der Kurbelwelle, die zueinander versetzte und zur Drehachse der Kurbelwelle parallele Mittelachsen aufweisen, die umfaßt: Halterungen, erste und zweite Schwingarme, die Schwingarme mit den Halterungen funktionsfähig verbindende Drehbolzen, erste und zweite, auf gegenüberliegenden Seiten jedes Klauensatzes angeordnete Klemmklauensätze, wobei jeder Klauensatz eine untere Klaue und eine obere Klaue und einen Drehbolzen aufweist, der die untere Klaue und die obere Klaue drehbar aneinander befestigt, zusätzliche Drehbolzen zum Verbinden der unteren Klaue mit dem entsprechenden Schwingarm, wobei jeder der Klauensätze ein Paar von Werkzeughalterungen bildende Klauen aufweist, mit in den Werkzeughalterungen funktionsfähig angeordneten Werkzeugen für die gleichzeitige Bearbeitung des Materials von aneinanderliegenden und aufeinandergerichteten Hohlkehlen der Kurbelzapfensitze durch angetriebene Drehung der Kurbel um die Drehachse, wodurch sich jeder den entsprechenden Klauensatz stützende Schwingarm auf einem Bogen bewegt und sich die Klauen jedes der Klauensätze um das entsprechende Kurbelzapfenlager herum bewegen und das Werkzeug die Sitze umfährt und die ringförmigen Hohlkehlen vollständig bearbeitet.Machine for the permanent strengthening of a ductile iron crankshaft for an internal combustion engine by simultaneously machining the material of adjacent and facing fillets of cylindrical crankpin seats of the crankshaft, which are offset from one another and have central axes parallel to the axis of rotation of the crankshaft, comprising: holders, first and second rocker arms, the rocker arms pivot pins operatively connecting the brackets, first and second sets of clamp claws located on opposite sides of each set of claws, each set of claws having a lower claw and an upper claw and a pivot pin which rotatably secures the lower claw and the upper claw to each other, additional pivot pins for connection the lower claw with the corresponding swing arm, each of the claw sets having a pair of claws forming tool holders, with tools operatively arranged in the tool holders conditions for the simultaneous processing of the material of adjacent and facing the crank pin seats by driven rotation of the crank about the axis of rotation, whereby each swing arm supporting the corresponding claw set moves on an arc and the claws of each of the claw sets move around the corresponding crank pin bearing and the tool bypasses the seats and the annular fillets completely processed. Maschine zum gleichzeitigen Bearbeiten der Hohlkehlen von Paaren von unmittelbar axial verbundenen und im Winkel beabstandeten ringförmigen Sitzen einer länglichen Kurbelwelle mit einer Drehachse und als Reaktion auf die angetriebene Drehung dieser Kurbelwelle, umfassend:
mehrere Paare von Pendelwerkzeughaltern, die an oberen und unteren Hebelarmen ausgebildet sind,
eine erste Halterung zum Stützen eines ersten der beiden Paare auf einer Seite der Kurbelwelle und eine zweite Halterung zum funktionsfähigen Stützen eines zweiten der Paare auf der entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle,
erste und zweite Betätigungseinrichtungen zum Bewegen der Werkzeughalter aufeinander zu und voneinander weg,
jeder der Hebelarme weist einzelne vordere und Anschlußendabschnitte auf,
Drehbolzen, welche einen oberen Hebelarm und einen unteren Hebelarm jedes Paares von Hebelarmen zwischen dem Vorder- und Anschlußendabschnitt desselben drehbar verbindet, wobei die oberen und unteren Hebelarme jedes Paares von Hebelarmen kraftaufnehmende Enden in der Nähe ihrer Anschlußendabschnitte und kraftausübenden Klauen an ihren Vorderenden aufweisen,
eine Öffnungs- und Schließkraft erzeugende Einrichtung, welche funktionsfähig mit den Anschlußendabschnitten jedes Paares von Hebelarmen verbunden ist, und zum Öffnen und Schließen der kraftausübenden Klauen betätigbar ist, und
an den kraftaufbringenden Klauen befestigte Werkzeuge zum Bearbeiten der Hohlkehlen des Werkstücks, wenn die Werkzeughalter zu aneinander anliegenden Punkten und in funktionsfähigem Eingriff mit den benachbarten Hohlkehlen bewegt werden, wenn das Werkstück um seine Mittelachse drehbar angetrieben wird und wenn die krafterzeugende Einrichtung betätigt wird, um eine Arbeitslast auf die Werkzeuge durch die Einrichtung zum Erzeugen einer Schließkraft auf die Klauen zu bewirken.
A machine for simultaneously machining the fillets of pairs of immediately axially connected and angularly spaced annular seats of an elongated crankshaft with an axis of rotation and in response to the driven rotation of that crankshaft, comprising:
several pairs of pendulum tool holders, which are formed on upper and lower lever arms,
a first bracket for supporting a first of the two pairs on one side of the crankshaft and a second bracket for operatively supporting a second of the pairs on the opposite side of the crankshaft,
first and second actuating devices for moving the tool holders towards and away from each other,
each of the lever arms has individual front and terminal end sections,
Pivots pivotally connecting an upper lever arm and a lower lever arm of each pair of lever arms between the front and terminal end portions thereof, the upper and lower lever arms of each pair of lever arms having force-receiving ends near their terminal end portions and force-applying claws at their front ends,
opening and closing force generating means operatively connected to the terminal end portions of each pair of lever arms and operable to open and close the force-applying claws, and
tools attached to the force-applying claws for machining the fillets of the workpiece when the tool holders are moved to abutting points and in operative engagement with the adjacent fillets when the workpiece is rotatably driven about its central axis and when the force-generating device is actuated to cause a work load on the tools by the device for generating a closing force on the claws.
Maschine nach Anspruch 3, wobei die Maschine Hohlkehlen von Kurbelzapfen einer Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor festwalzt und wobei die Kurbelzapfen einstückig ausgebildet sind und Mittelpunkten aufweisen, die winklig zueinander versetzt und die in radialer Richtung von der Drehachse der Kurbelwelle beabstandet sind.The machine according to claim 3, wherein the machine rolls fillets of crankpins of a crankshaft for an internal combustion engine, and wherein the crankpins are formed in one piece and have centers that are angularly offset from one another and that are spaced apart in the radial direction from the axis of rotation of the crankshaft. Maschine nach Anspruch 3, bei der sich die Stützeinrichtungen oberhalb der Kurbelwelle erstrecken, und bei der drehbar an diesen Stützeinrichtungen befestigte Schwingarme und Bolzenverbindungen vorgesehen sind, wobei die Drehbolzen jedes Paar Hebelarme drehbar miteinander verbinden, so daß die Paare von Armen pendeln können, wenn das Werkstück um die Drehachse gedreht wird.A machine as claimed in claim 3, in which the supports extend above the crankshaft, and in which pivot arms and pin connections are provided rotatably attached to these supports, the pivot pins rotatably connecting each pair of lever arms to one another so that the pairs of arms can swing when that Workpiece is rotated about the axis of rotation. Verfahren zum gleichzeitigen Walzen der Hohlkehlen einer Mehrzahl von Sitzen einer länglichen Verbrennungsmotorkurbelwelle mit einer Drehachse und mit einer Mehrzahl von Paaren von nebeneinanderliegenden Kurbelzapfensitzen, umfassend die Verfahrensschritte: a. Einsetzten eines Endes der Kurbelwelle in den Treibstock einer motorbetriebenen Kurbelwellendrehmaschine und Einsetzen des anderen Endes in eine Stütze der Maschine, so daß die Kurbelwelle durch die Maschine um ihre Drehachse herum angetrieben werden kann, b. Anordnen von linken und rechten Hohlkehlenwalzmaschinen, die jeweils eine Mehrzahl von Paaren von länglichen und drehbar verbundenen Hebelarmen auf der linken und rechten Seite der Kurbelwelle aufweisen, so daß die Hebelarme sich im großen und ganzen quer zu der Achse der Kurbelwelle erstrecken, und so daß die Kurbelwelle in die Drehmaschine eingesetzt werden kann, c. Hinbewegen der linken und rechten Hohlkehlenwalzmaschinen aus ihren anfänglichen Lage auf die Kurbelwelle zu einer Lage, in der die auf den Enden der Hebelarme getragenen Werkzeuge die Paare von Zapfensitzen berühren, d. Aufbringen einer Last auf die Zapfensitze durch die Hebelarme und das Werkzeug, e. Antreiben der Maschine zum Drehen der Kurbelwelle, so daß das Werkzeug die Hohlkehlen der Mehrzahl von Paaren von Zapfensitzen walzt und gleichzeitig bearbeitet, f. Öffnen der Hebelarme und Entfernen der gewalzten Kurbelwelle aus der Maschine. A method for simultaneously rolling the fillets of a plurality of seats of an elongated internal combustion engine crankshaft with an axis of rotation and with a plurality of pairs of adjacent crank pin seats, comprising the method steps: a. Inserting one end of the crankshaft into the drive shaft of a motor-driven crankshaft lathe and inserting the other end into a support of the machine so that the crankshaft can be driven by the machine around its axis of rotation, b. Disposing left and right fillet rolling machines, each having a plurality of pairs of elongated and rotatably connected lever arms on the left and right sides of the crankshaft so that the lever arms extend generally transverse to the axis of the crankshaft, and so that the Crankshaft can be inserted into the lathe c. Moving the left and right fillet rolling machines from their initial position onto the crankshaft to a position where the tools carried on the ends of the lever arms contact the pairs of pin seats, d. Applying a load to the pin seats by the lever arms and the tool, e. Driving the crankshaft rotating machine so that the tool rolls and simultaneously machines the fillets of the plurality of pairs of pin seats, f. Open the lever arms and remove the rolled crankshaft from the machine. Verfahren zum gleichzeitigen Walzen der Hohlkehlen einer Mehrzahl von Sitzen einer länglichen Verbrennungsmotorkurbelwelle mit einer Drehachse und mit einer Mehrzahl von Paaren von nebeneinanderliegenden Kurbelzapfensitzen mit Hohlkehlen, umfassend die Verfahrensschritte: a. Bereitstellen eines Antriebsmotors zum Drehen der Kurbelwelle um ihre Drehachse, b. Bereitstellen von linken und rechten Hohlkehlwalzmechanismen, die jeweils eine Mehrzahl von länglichen Hohlkehlwalzarmteilen auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse aufweisen, so daß die Walzarme des Mechanismus sich im großen und ganzen aufeinander zu und auf die Drehachse erstrecken, c. Bewegen der linken und rechten Hohlkehlenwalzmechanismen voneinander weg, so daß die Kurbelwelle in das Antriebswerkzeug eingeladen werden kann, d. Einbringen der Kurbelwelle in das Antriebswerkzeug, so daß das Werkzeug drehbar angetrieben werden kann, e. Bewegen der Hohlkehlenwalzmechanismen zu einer Walzlage, um die Hohlkehlen zu walzen, wobei die Hohlkehlen funktionsfähig von den Walzmechanismen berührt werden, und f. Walzen der Hohlkehlen als Reaktion auf das Drehen der Kurbelwelle durch den Antriebsmotor. A method for simultaneously rolling the fillets of a plurality of seats of an elongated internal combustion engine crankshaft with an axis of rotation and with a plurality of pairs of adjacent crank pin seats with fillets, comprising the method steps: a. Providing a drive motor for rotating the crankshaft about its axis of rotation, b. Providing left and right fillet rolling mechanisms, each having a plurality of elongated fillet rolling arm portions on opposite sides of the axis of rotation so that the mechanism's rolling arms generally extend toward and towards the axis of rotation, c. Moving the left and right fillet rolling mechanisms away from each other so that the crankshaft can be loaded into the drive tool d. Inserting the crankshaft into the drive tool so that the tool can be rotatably driven, e. Moving the fillet rolling mechanisms to a rolling position to roll the fillets, the fillets being operably contacted by the rolling mechanisms, and f. Rolling the fillets in response to the drive motor rotating the crankshaft. Verfahren zum Festwalzen der Hohlkehlen eines Paares von überlappenden und winklig versetzten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor, wobei die Kurbelzapfen Paare von inneren Kurbelzapfenhohlkehlen mit einem Steg dazwischen und äußere Kurbelzapfenhohlkehlen aufweisen, umfassend die Verfahrensschritte:
Festwalzen der inneren Hohlkehlen jeder der Kurbelzapfen, wobei der winklige Überlappungsbereich der inneren Kurbelzapfenhohlkehlen mit einem höheren Druck gewalzt wird, als die verbleibenden Winkelabschnitte, um die Unversehrtheit der Stege zu optimieren,
anschließendes Festwalzen der äußeren Hohlkehlen der Kurbelzapfensitze mit im wesentlichen konstantem Druck zum vollständigen Verfestigen der äußeren Hohlkehlen und der Kurbelwelle.
A method of deep rolling the fillets of a pair of overlapping and angularly offset crank pins of a crankshaft for an internal combustion engine, the crank pins having pairs of inner crank pin grooves with a web therebetween and outer crank pin grooves, comprising the method steps:
Deep rolling the inner fillets of each of the crank pins, wherein the angular overlap area of the inner crank fillets is rolled with a higher pressure than the remaining angular sections in order to optimize the integrity of the webs,
then deep rolling the outer fillets of the crank pin seats with substantially constant pressure to completely solidify the outer fillets and the crankshaft.
EP95100046A 1994-05-13 1995-01-03 Metal rolling machine with opposite rows of claw units for machining a centered workpiece and method for rolling rotary grooves of a workpiece Expired - Lifetime EP0683012B1 (en)

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