EP1262280B1 - Apparatus for deep rolling recesses and radii of journal bearings of crankshafts - Google Patents
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- EP1262280B1 EP1262280B1 EP02011109A EP02011109A EP1262280B1 EP 1262280 B1 EP1262280 B1 EP 1262280B1 EP 02011109 A EP02011109 A EP 02011109A EP 02011109 A EP02011109 A EP 02011109A EP 1262280 B1 EP1262280 B1 EP 1262280B1
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Definitions
- the invention relates to a device for deep rolling from punctures and radii to crankshafts after the Features of the preamble of the main claim.
- crankshafts The deep rolling of crankshafts is done with the help of Fixed rollers, with a predetermined force in the Grooves and radii are pressed, which the bearings each side of a crankshaft limit.
- One Method, a machine or tools for deep rolling the radii and punctures of crankshafts are for example, known from EP 0 683 012 A1 and from EP 0 661 137 B1 and EP 0 299 111 B1. Both known method is using the known Rotate machines with the help of the deep rolling tool mounted deep rolling rollers the material of the crankshafts Plasticized up to about 1 mm depth.
- a disadvantage of the known method is the indirect Detecting the penetration depth over the Aufoirefe on both sides the penetrating deep rolling roller. Such complaints are sometimes not available or so little pronounced that they are hardly detected metrologically can. This is especially the case with the Throwing up the transitions to both sides of Engraving in crankshafts, yes in each case different levels lie. There is enough, so has the Experience shown the accuracy with which the pains can not be measured to reliable Statements about the penetration depth of the deep rolling roller in the To make crankshaft. It is much cheaper instead to directly follow the path of the deep rolling roll it in radial, be it in the axial direction of movement in Reference to the crankshaft or in both Movement directions at the same time.
- the device may include such a method with a single deep rolling roller of a deep rolling tool but it can also do the resulting Penetration depth of both deep rolling rollers, which a Deep rolling tool usually has to be measured.
- the resulting axial displacement of the Measuring rollers of a measuring tool are detected.
- To measure the penetration depth of the deep rolling rollers or the displacement the measuring rollers of a measuring tool in the axial direction Several facilities are suitable, their special ones Selection in the area of measures of the relevant expert lies.
- a such a computational variable is advantageously suitable for Error that is in the pre-machining of the crankshaft it through machining, be it through hardening or due to damage to the deep rolling rollers themselves, occur too determine.
- sensors can also in different measuring levels along the arms of the device be arranged.
- the two measuring rollers one like a deep rolling tool designed measuring tool within the Measuring roll tool at an angle of approximately 35 ° are inclined to the possibility of intrusion of the Measuring rollers resulting axial spread of the measuring rollers to be determined with the help of sensors.
- Inductive sensors are suitable as sensors. Triangulation probe with optical function, digital Distance measuring probes, potentiometers or ultrasonic sensors. The selection of the most suitable sensors meets the relevant expert. It is intended that also triangulation buttons, which with laser beams work, can be used. Both digital Distance sensors as well as capacitive potentiometers can be designed as facilities, which after the Measure eddy current method. It is significant that the respective sensors with a measuring range of about 1 mm have at least 10-fold resolution, with the Measured size of the rolling depth between 0.1 and 0.9 mm lies.
- Fig. 1 shows the course of the deep rolling a Crankshaft 1.
- Crankshaft 1 has a bearing 2, for example, for a main or connecting rod bearing.
- the bearing 2 is the side each limited by punctures 4.
- the two recesses 4 have a axial distance from each other, which the width of the Bearing point 2 corresponds.
- the deep rolling tool 5 consists of a tool housing 6, in which a Guide roller 7 is rotatably mounted about the axis 3.
- a guide roller 7 is rotatably mounted about the axis 3.
- In each of the recesses 4 engages a deep rolling roller 8, wherein the two deep rolling rollers 8 to the vertical spread outwards at an angle of about 35 ° are and within the tool housing 6 on Supporting guide surfaces 9 of the guide roller 7.
- a sensor 14 is arranged in the present example.
- the sensor 14 is at a suitable location with the housing 6 connected and measures the radial distance between the outer circumference 13 of the guide roller 7 and the Bearing point 2 of the crankshaft 1.
- the sensor 14th it is, for example, an eddy current sensor in miniature construction.
- the sensor 14 is again in the Fig. 2 shown. Here he is, for example, on one Device arm 15 of the two arms 15 and 16 having fixed deep rolling device 17 is arranged.
- the two arms arms are 15 and 16 hinged at a common pivot point 18 connected with each other.
- the first outer ends 19 and 20 of the two arms 15 and 16 carry each other corresponding parts of a deep rolling tool 5. So is for example, at the first outer end 19 of the Nuarmes 15, the tool housing 6 with the Guide roller 7 attached and at the opposite first outer end 20 of the second Trainingarmes 16 a Housing 21 with the two support rollers 22. In between is the crankshaft 1.
- the sensor 14 both on the Adjustarm 15 as also attached to the tool housing 6.
- Pressure medium cylinder 25 Between the two second outer ends 23 and 24 of the Device arms 15 and 16 is located Pressure medium cylinder 25.
- This pressure medium cylinder 25 generates the deep rolling force, which is used for deep rolling the Grooves 4 of the crankshaft 1 is required.
- the Signal of the sensor 14 is, for example, a Computer 53 transferred, stored there, in a Calculated size and passed to a controller 54, the supply of the pressure medium to the pressure medium cylinder 25 regulates.
- Computer 53 and controller 54 are devices which are familiar to the person skilled in the art.
- FIG. 3 shows the change in distance 26 of Deep rolling rollers 8 to the bearing surface 2 of the crankshaft 1 in radial direction.
- the distance change 26 of both deep-rolling rollers 8 recorded together, which each a change during the deep rolling process learn their position in the direction of the two arrows 27.
- FIG. 3 shows that the two arrows 27 each in a component in the vertical direction, corresponding to the arrow 26, and into a component 28 in FIG Direction of the rotation axis 3 can be decomposed.
- FIG. 4 This type of detection is shown in FIG. 4 illustrated.
- a Measuring tool 57 When penetrating into the punctures 4 of Crankshaft 1 experienced namely the measuring rollers 38 a Measuring tool 57 at the same time a spread in the axial direction 28.
- a deep rolling tool 6 be the two measuring rollers 38 of the measuring tool 57th guided laterally in cages 33 (Fig. 5).
- the axial displacement of the measuring rollers 38 of the Measuring tool 57 sensors 29 are provided which for example, the size of a gap 30th between the measuring rollers 38 and the oil straps 31 a Detect crankshaft 1.
- the axial position of Measuring rollers 38 before the deep rolling operation makes mistakes of Pre-machining the crankshaft 1, e.g.
- FIG. 4 appropriate arrangement is appropriate, where the Requirements for mounting sensors 29 am Tool housing 40 of a measuring tool 57 particularly are favorable.
- the force sensor 32 is for example via a Control line 55 connected to the feed line 56, via which the pressure medium the pressure cylinder 25th is supplied.
- the relevant specialist also common way of capturing the Working pressure, the respective height of the deep rolling force determined and monitored.
- FIG. 6 shows a sensor 35, similar to the sensor 14, the radial change of the distance between the both first outer ends 19 and 21 of two arms 15 and 16 recorded.
- Sensors may also be mounted in the measurement planes 36. Also Here is the appropriate choice of levels 36 the be left to the skilled person. For the respective Arrangement is only significant that at least the 10-fold resolution of the desired measured value is carried out.
- FIG. 10 One of the Fig. 6 largely corresponding, enlarged Representation is shown in FIG. 10.
- a probe 59 jumps, For example, an inductive displacement sensor, in the direction on the Adjustarm 16 forth.
- the probe 59 the Distance between the two arms 15 and 16 with capture great accuracy and is thus, suitable, the Depth of penetration of the deep rolling roller 8 in the Crankshaft 1 to detect completely.
- the measuring signal is running via a line 60 to the computer 53, the controller 54 which in turn is in charge of the feeders 56 applied to the pressure medium cylinder 25.
- the Probe 59 detects the penetration depth of the deep rolling roller 8 with an accuracy in the measuring range of ⁇ 0.01 mm.
- Fig. 7 shows the schematic attachment 37 of a Sensor 14 to a tool housing 40.
- Measuring rollers 38 are provided, which in their size and Arrangement with the deep rolling rollers 8 of FIG. 1 are comparable.
- the measuring rollers 38 are of a guide roller 39 within a tool housing 40 supported.
- Fig. 7 is a einschwenkbare Measuring device 41 shown.
- Another illustration such a pivotable measuring device 41 shows also the Fig. 8.
- the pivoting of the measuring device 41st is, for example, a small Pressure medium cylinder 42 causes.
- the two Devices 41, shown in Figs. 7 and 8 are, they are pure measuring devices. These be in the respective bearing 2 of a crankshaft.
- the measuring device consists of two axially in the Half separate guide rollers 43 and 44. These two Half rollers 43 and 44 are each in a housing 45th rotatably mounted. On them, measuring rollers 46 are based and 47, respectively, in punctures 48 and 49 of a Engage crankshaft 1. As can be seen in FIG. 9, the recesses 48 and 49 are different deep, according to different rolling depths. Sensors 50 are in turn via fasteners 51 similar to the Attachments 37 of FIG. 7 connected to the housing 45.
- the device according to FIG. 9 can also be pivoted in designed and used for the simultaneous measurement of different Einwalztiefen 48 and 49.
- a Sensor 50 for example an eddy current sensor, related to the relocation of the system relative to Storage location 2 determined.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Festwalzen von Einstichen und Radien an Kurbelwellen nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.The invention relates to a device for deep rolling from punctures and radii to crankshafts after the Features of the preamble of the main claim.
Das Festwalzen von Kurbelwellen erfolgt mit Hilfe von Festwalzrollen, die mit einer vorgegebenen Kraft in die Einstiche und Radien gedrückt werden, welche die Lager einer Kurbelwelle jeweils seitlich begrenzen. Ein Verfahren, eine Maschine bzw. Werkzeuge zum Festwalzen der Radien und Einstiche von Kurbelwellen sind beispielsweise bekannt aus der EP 0 683 012 A1 sowie aus der EP 0 661 137 B1 und aus der EP 0 299 111 B1. Bei den bekannten Verfahren wird mit Hilfe der bekannten Maschinen mit Hilfe der im Festwalzwerkzeug drehbar gelagerten Festwalzrollen der Werkstoff der Kurbelwellen bis zu etwa 1 mm Tiefe plastifiziert. Dabei bauen sich tangential um den Einwalzradius der Festwalzrollen Druckeigenspannungen auf, die bei der Biegebelastung der Kurbelwelle im Betrieb das Ausbilden von Rissen an den kritischen Stellen des Übergangs von Lagerzapfen zur Wange der Kurbelwelle verringern und somit die Dauerfestigkeit einer Kurbelwelle erheblich erhöhen. Die Güte einer Festwalzung ist für die Lebensdauer einer Kurbelwelle von entscheidender Bedeutung. Mit höheren Drehmomenten und grösseren Motorleistungen, insbesondere mit der Verbreitung von Dieselmotoren, werden die Anforderungen an die Kurbelwellen immer höher. In Folge dessen ist die Industrie dazu übergegangen, das Festwalzen von Kurbelwellen immer kritischer und mit immer höherer Genauigkeit zu betreiben. Bekannt ist es bisher, das Festwalzen mit einer vorgegebenen Festwalzkraft durchzuführen. Das Einhalten der Festwalzkraft ist jedoch allein nicht dazu in der Lage, Streuungen der Festigkeit des Werkstoffs der Kurbelwelle oder durch die Vorbearbeitung der Kurbelwelle, insbesondere die spanende Bearbeitung und gegebenenfalls das Härten, in die Kurbelwelle eingebrachte Ungenauigkeiten auszugleichen. Fehler der Vorbearbeitung bei festzuwalzenden Einstichen oder Radien an einer Kurbelwelle werden durch die bekannten Verfahren, wo eine vorgegebene Festwalzkraft eingehalten wird, nicht aufgedeckt.The deep rolling of crankshafts is done with the help of Fixed rollers, with a predetermined force in the Grooves and radii are pressed, which the bearings each side of a crankshaft limit. One Method, a machine or tools for deep rolling the radii and punctures of crankshafts are for example, known from EP 0 683 012 A1 and from EP 0 661 137 B1 and EP 0 299 111 B1. Both known method is using the known Rotate machines with the help of the deep rolling tool mounted deep rolling rollers the material of the crankshafts Plasticized up to about 1 mm depth. It builds up tangential to the rolling radius of the deep rolling rollers Residual compressive stresses that occur at the bending load of Crankshaft in operation, the formation of cracks on the critical points of transition from journal to Reduce the cheek of the crankshaft and thus the Significantly increase fatigue strength of a crankshaft. The Goodness of a Festwalzung is for the life of a Crankshaft crucial. With higher Torques and greater engine power, in particular With the spread of diesel engines, the Demands on the crankshafts ever higher. As a result this has led the industry to do that Deep rolling of crankshafts increasingly critical and with to operate with ever higher accuracy. It is known So far, the deep rolling with a predetermined Perform deep rolling force. Keeping the However, deep rolling force alone is not able to Scattering of the strength of the material of the crankshaft or by pre-machining the crankshaft, in particular the machining and, where appropriate hardening, introduced into the crankshaft Compensate for inaccuracies. Error of pre-processing at festzuwalzenden punctures or radii at one Crankshaft are made by the known method, where a specified firm rolling force is maintained, not uncovered.
Weiterhin ist aus der DE 195 11 882 A1 ein Verfahren zum Verfestigen von Werkstückoberflächen bekannt geworden. Das bekannte Verfahren ist auch auf die Kurbelwellenbearbeitung anwendbar. Dabei wird die Werkstückoberfläche während des Verfestigungsvorgangs messtechnisch erfasst und aus den Messergebnissen werden Regelgrössen zur Einstellung/Veränderung von Werkzeugparametern abgeleitet. Insbesondere wird die Eindringtiefe des verformenden Werkzeugs in die Werkstückoberfläche erfasst. Eine mit einer entsprechenden Andrückkraft einwirkende Festwalzrolle dringt in den Werkstoff ein und erzeugt so abhängig vom Fliessverhalten des Werkstück-Werkstoffes Aufwürfe beiderseits der eindringenden Festwalzrolle. Die tatsächliche Eindringtiefe der Festwalzrolle ergibt sich dann aus der Differenz der Aufwürfe. Dabei kann die Oberflächenkontur messtechnisch an sich auf mannigfaltige Art und Weise erfasst werden beispielsweise mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, akustisch, elektromagnetisch, elektrokapazitiv oder elektronisch mittels entsprechend wirkender Fühler.Furthermore, from DE 195 11 882 A1 a method for Solidification of workpiece surfaces has become known. The well-known method is also on the Crankshaft machining applicable. Here is the Workpiece surface during the solidification process metrologically recorded and out of the measurement results Controlled variables for setting / changing of Derived tool parameters. In particular, the Penetration depth of the deforming tool in the Workpiece surface detected. One with one corresponding pressing force acting fixed roller penetrates into the material and thus generates depending on Flow behavior of the workpiece material Aufwürfe on both sides of the penetrating deep rolling roller. The actual penetration depth of the deep rolling roller results then from the difference of the complaints. It can the Surface contour metrologically in itself on varied Way are detected mechanically, for example, pneumatic, hydraulic, acoustic, electromagnetic, electrocapacitive or electronically by means of appropriate acting feeler.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist das indirekte Erfassen der Eindringtiefe über die Aufwürfe beiderseits der eindringenden Festwalzrolle. Solche Aufwürfe sind mitunter gar nicht vorhanden oder derart wenig ausgeprägt, dass sie messtechnisch kaum erfasst werden können. Das ist beispielsweise besonders der Fall bei den Aufwürfen an den Übergängen zu beiden Seiten von Einstichen an Kurbelwellen, die ja in jeweils unterschiedlichen Ebenen liegen. Dort reicht, so hat die Erfahrung gezeigt, die Genauigkeit, mit der die Aufwürfe gemessen werden können, nicht aus, um zuverlässige Aussagen über die Eindringtiefe der Festwalzrolle in die Kurbelwelle zu machen. Wesentlich günstiger ist es statt dessen den Weg der Festwalzrolle direkt zu verfolgen, sei es in radialer, sei es in axialer Bewegungsrichtung in Bezug auf die Kurbelwelle oder auch in beiden Bewegungsrichtungen zugleich.A disadvantage of the known method is the indirect Detecting the penetration depth over the Aufwürfe on both sides the penetrating deep rolling roller. Such complaints are sometimes not available or so little pronounced that they are hardly detected metrologically can. This is especially the case with the Throwing up the transitions to both sides of Engraving in crankshafts, yes in each case different levels lie. There is enough, so has the Experience shown the accuracy with which the pains can not be measured to reliable Statements about the penetration depth of the deep rolling roller in the To make crankshaft. It is much cheaper instead to directly follow the path of the deep rolling roll it in radial, be it in the axial direction of movement in Reference to the crankshaft or in both Movement directions at the same time.
Darüber hinaus kann es in der industriellen Praxis vorkommen, dass einzelne. Festwalzrollen einer Maschine gegenüber den übrigen Festwalzrollen eine kürzere Standzeit haben und vorzeitig versagen. Mit den bisher bekannten Mitteln ist ein derartiges vorzeitiges Ausfallen des Festwalzwerkzeugs nur schwer oder überhaupt nicht zu entdecken. Die Industrie hat sich deshalb bisher damit beholfen, stichprobenartig die gewalzten Radien oder Einstiche von Kurbelwellen mit Hilfe von Messzangen zu kontrollieren, die von Hand angelegt werden. In addition, it can be used in industrial practice happen that individual. Deep rolling rolls of a machine compared to the other fixed rollers a shorter one Have service life and fail prematurely. With the hitherto known means is such a premature Failure of the deep rolling tool difficult or impossible not to be discovered. The industry has therefore so far thus, randomly manage the rolled radii or punctures of crankshafts with the help of measuring tongs to be controlled by hand.
Aus den vorstehend geschilderten Schwierigkeiten und Nachteilen ergibt sich die Aufgabe für die Erfindung, das Festwalzen der Radien und Einstiche von Kurbelwellen weiter zu verbessern, um insbesondere ein gleichmässiges Produktionsergebnis zu erzielen und eventuelle Fehler, die sich aus der vorausgehenden Bearbeitung des Werkstücks in den Prozess mit eingeschlichen haben, rechtzeitig zu entdecken und zu eliminieren. Dabei soll die Verbesserung ohne zusätzlichen Aufwand und auf wirtschaftliche Weise realisierbar sein. Insbesondere sollen bereits vorhandene Einrichtungen, wie Kurbelwellen-Festwalzmaschinen und Kurbelwellen-Festwalzwerkzeuge sowie an sich bekannte Mess- und Regeleinrichtungen, ohne wesentliche Änderungen zur Durchführung des Festwalzens verwendet werden.From the above-described difficulties and Disadvantages results in the task for the invention, the Deep rolling of the radii and punctures of crankshafts continue to improve, in particular to ensure a consistent Production result and possible errors, resulting from the previous processing of the Workpiece have crept into the process with to discover and eliminate in time. It should the improvement without any extra effort and up be economically feasible manner. Especially should already existing facilities, such as Crankshaft deep rolling machines and crankshaft deep rolling tools as well as known measuring and Control devices, without significant changes to Performing the deep rolling be used.
Zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe wird eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, mit der man die Eindringtiefe
in radialer Richtung der Festwalzrollen eines
Festwalzwerkzeugs fortlaufend misst und die Grösse der
Festwalzkraft in Abhängigkeit von der gemessenen
Eindringtiefe so regelt, dass im Verlauf der
Festwalzoperation an den Einstichen oder Radien einer
Lagerstelle nach dem Festwalzen eine plastische
Verformung erhalten wird, die einer vorgegebenen
Einwalztiefe entspricht.To solve the inventive task is a
Device proposed with the features of
Auf ähnliche Weise werden Fehler, die bei der Vorbearbeitung, sei es durch spanabhebende Bearbeitung, sei es durch Härten, in die Kurbelwelle eingebracht wurden, aufgedeckt. Hierzu wird ein Messwerkzeug verwendet, das identisch aufgebaut ist wie ein Festwalzwerkzeug. Unter einer geringen Anlegekraft werden vor dem eigentlichen Beginn der Festwalzoperation Messrollen in die Einstiche der Lagerstellen eingeführt. Die beim Eindringen erfolgende axiale Spreizung der Messrollen wird erfasst und als Messwert für die Güte der Vorbearbeitung ermittelt. Hierzu dienen Sensoren, die den axialen Abstand einzelner Messrollen zu den benachbarten Ölbunden der Kurbelwelle erfassen.Similarly, errors that occur during the Pre-processing, be it by machining, be it by hardening, introduced into the crankshaft were revealed. This is a measuring tool used, which is constructed identically as a Rolling tool. Be under a low application force before the actual start of the deep rolling operation Measuring rollers introduced into the grooves of the bearings. The taking place during penetration axial spreading of Measuring rollers are recorded and used as a measure of the quality of the Preprocessing determined. Serve with sensors that the axial distance of individual measuring rollers to the adjacent ones Capture crankshaft crankshaft.
Das bekannte Verfahren, die Einstiche und Radien von Kurbelwellen mit einer vorgegebenen Einwalztiefe festzuwalzen wird nunmehr dahingehend verbessert, dass man in Abhängigkeit vom jeweiligen Zustand der festzuwalzenden Radien oder Einstiche der Kurbelwelle eine spezifische Einwalztiefe erzielt, und zum Erzielen dieser Einwalztiefe die Festwalzkraft entsprechend ändert.The known method, the punctures and radii of Crankshafts with a predetermined rolling depth to roll is now improved so that one depending on the state of the To be rolled radii or grooves of the crankshaft achieves a specific rolling depth, and to achieve this Einwalztiefe the Festwalzkraft accordingly changes.
Die Vorrichtung kann ein solches Verfahren mit einer einzelnen Festwalzrolle eines Festwalzwerkzeugs durchführen, es kann aber auch die resultierende Eindringtiefe beider Festwalzrollen, welche ein Festwalzwerkzeug üblicherweise aufweist, gemessen werden. Daneben kann die resultierende axiale Verlagerung der Messrollen eines Messwerkzeugs erfasst werden. Zum Messen der Eindringtiefe der Festwalzrollen oder der Verlagerung der Messrollen eines Messwerkzeugs in axialer Richtung eignen sich mehrere Einrichtungen, deren spezielle Auswahl jeweils im Bereich der Massnahmen des einschlägigen Fachmannes liegt.The device may include such a method with a single deep rolling roller of a deep rolling tool but it can also do the resulting Penetration depth of both deep rolling rollers, which a Deep rolling tool usually has to be measured. In addition, the resulting axial displacement of the Measuring rollers of a measuring tool are detected. To measure the penetration depth of the deep rolling rollers or the displacement the measuring rollers of a measuring tool in the axial direction Several facilities are suitable, their special ones Selection in the area of measures of the relevant expert lies.
Die mit Hilfe von Sensoren gemessenen Eindringtiefen der Festwalzrollen eines Festwalzwerkzeugs beziehungsweise Verlagerungen der Messrollen eines Messwerkzeugs werden einem Rechner zugeführt, in dem Rechner gespeichert, in Rechengrössen umgewandelt und danach wird die Festwalzkraft geregelt. Üblicherweise geht man dabei so vor, dass man die Kurbelwelle vor dem eigentlichen Festwalzen zunächst mit einer geringen und konstanten Anlegekraft walzt und nach dem Festwalzen unter der Festwalzkraft die Differenz der Messwerte bildet, die sich aus den Eindringtiefen unter der Anlegekraft und der Festwalzkraft ergibt und sodann anhand einer entsprechend gebildeten Rechengrösse die Eindringtiefe ermittelt. Eine solche Rechengrösse ist vorteilhaft dazu geeignet, Fehler, die bei der Vorbearbeitung der Kurbelwelle, sei es durch spanende Bearbeitung, sei es durch Härten oder durch Schäden an den Festwalzrollen selbst, auftreten zu ermitteln.The penetration depths measured by means of sensors Hard rollers of a deep rolling tool or Displacements of the measuring rollers of a measuring tool fed to a computer, stored in the computer, in Calculated variables and then the Fixed rolling force regulated. Usually you go this way before that you have the crankshaft before the actual Deep rolling initially with a low and constant Mooring force rolls and after deep rolling under the Deep rolling force forms the difference of the measured values, the arising from the penetration depths under the application force and the Firm rolling force results and then on the basis of a corresponding calculated computational size determines the penetration depth. A such a computational variable is advantageously suitable for Error that is in the pre-machining of the crankshaft it through machining, be it through hardening or due to damage to the deep rolling rollers themselves, occur too determine.
Ausser an den ersten beiden äusseren Enden der beiden scherenartigen Gerätearme, welche jeweils die Teile eines Festwalzwerkzeugs tragen, können Sensoren auch in unterschiedlichen Messebenen entlang der Gerätearme angeordnet sein. Neben der Möglichkeit, die Eindringtiefe der Festwalzrollen in die Kurbelwelle in radialer Richtung zu ermitteln, besteht, unter der Voraussetzung, dass die beiden Messrollen eines wie ein Festwalzwerkzeug ausgestalteten Messwerkzeugs innerhalb des Messwalzwerkzeugs unter einem Winkel von annähernd 35° geneigt sind, die Möglichkeit, die beim Eindringen der Messrollen entstehende axiale Spreizung der Messrollen mit Hilfe von Sensoren zu ermitteln.Except at the first two outer ends of the two scissors-like arms, which are each the parts of a Can carry rolling mill tool, sensors can also in different measuring levels along the arms of the device be arranged. In addition to the possibility of penetration the deep rolling rollers in the crankshaft in radial Direction is determined, provided that that the two measuring rollers one like a deep rolling tool designed measuring tool within the Measuring roll tool at an angle of approximately 35 ° are inclined to the possibility of intrusion of the Measuring rollers resulting axial spread of the measuring rollers to be determined with the help of sensors.
Als Sensoren eignen sich wiederum induktive Taster, Triangulationstaster mit optischer Funktion, digitale Wegmesstaster, Potenziometer oder Ultraschallsensoren. Die Auswahl der jeweils am besten geeigneten Sensoren trifft der einschlägige Fachmann. Dabei ist vorgesehen, dass auch Triangulationstaster, welche mit Laserstrahlen arbeiten, eingesetzt werden können. Sowohl digitale Wegmesstaster als auch kapazitive Potenziometer können als Einrichtungen ausgebildet sein, welche nach dem Wirbelstromverfahren messen. Bedeutsam ist, dass die jeweiligen Sensoren bei einem Messbereich von etwa 1 mm eine mindestens 10-fache Auflösung haben, wobei die Messgrösse der Einwalztiefe zwischen 0,1 und 0,9 mm liegt.Inductive sensors, in turn, are suitable as sensors. Triangulation probe with optical function, digital Distance measuring probes, potentiometers or ultrasonic sensors. The selection of the most suitable sensors meets the relevant expert. It is intended that also triangulation buttons, which with laser beams work, can be used. Both digital Distance sensors as well as capacitive potentiometers can be designed as facilities, which after the Measure eddy current method. It is significant that the respective sensors with a measuring range of about 1 mm have at least 10-fold resolution, with the Measured size of the rolling depth between 0.1 and 0.9 mm lies.
Nachfolgend wird die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, nicht massstäblicher und überwiegend schematischer Darstellung die
- Fig. 1, ein Festwalzwerkzeug in der Vorderansicht,
- Fig. 2, die Anordnung eines Festwalzwerkzeugs innerhalb eines einzelnen Festwalzgerätes,
- Fig. 3, das Schema der Messrichtungen
- Fig. 4, das Messen einer axialen Verlagerung von Messrollen eines Messwerkzeugs,
- Fig. 5, die Messanordnung der Fig. 2 in der Seitenansicht,
- Fig. 6, unterschiedliche Messebenen entlang eines Gerätearmes,
- Fig. 7, das Schema einer Befestigung von Sensoren,
- Fig. 8, eine einschwenkbare Messvorrichtung.
- Fig. 9, eine Einrichtung zur Messung von unterschiedlichen Einwalztiefen
- Fig. 10, ein Festwalzgerät mit einem Weggeber.
- 1, a deep rolling tool in the front view,
- 2, the arrangement of a deep rolling tool within a single deep rolling device,
- Fig. 3, the scheme of the measuring directions
- 4, measuring an axial displacement of measuring rollers of a measuring tool,
- 5, the measuring arrangement of Fig. 2 in side view,
- 6, different measurement levels along a device arm,
- 7, the scheme of attachment of sensors,
- Fig. 8, a pivotable measuring device.
- Fig. 9, a device for measuring different Einwalztiefen
- Fig. 10, a deep rolling device with a displacement sensor.
In den nachfolgenden Darstellungen sind jene Teile, welche die Kurbelwelle unmittelbar betreffen, jeweils durch eine Schraffur besonders kenntlich gemacht. Steuerungen sind durch unterbrochene Linien dargestellt.In the following representations are those parts, which directly affect the crankshaft, respectively specially marked by hatching. Controls are represented by broken lines.
Die Fig. 1 zeigt den Ablauf des Festwalzens einer
Kurbelwelle 1. Die Kurbelwelle 1 hat eine Lagerstelle 2,
beispielsweise für ein Haupt- oder Pleuellager. In
Richtung der Längsachse der Kurbelwelle 1, beispielsweise
dargestellt durch die zur Längsachse parallel verlaufende
strichpunktierte Linie 3, wird die Lagerstelle 2 seitlich
jeweils durch Einstiche 4 begrenzt. Wie in der Fig. 1
deutlich erkennbar, haben die beiden Einstiche 4 einen
axialen Abstand voneinander, welcher der Breite der
Lagerstelle 2 entspricht. Nach der gewählten Darstellung
der Fig. 1 werden die Einstiche 4 mit einem
Festwalzwerkzeug 5 bearbeitet. Das Festwalzwerkzeug 5
besteht aus einem Werkzeuggehäuse 6, in dem eine
Führungsrolle 7 um die Achse 3 drehbar gelagert ist. In
jeden der Einstiche 4 greift eine Festwalzrolle 8 ein,
wobei die beiden Festwalzrollen 8 zur Senkrechten nach
aussen hin unter einem Winkel von ungefähr 35° gespreizt
sind und sich innerhalb des Werkzeuggehäuses 6 auf
Führungsflächen 9 der Führungsrolle 7 abstützen.Fig. 1 shows the course of the deep rolling a
Durch das Einwirken der Festwalzrollen 8 auf die
Einstiche 4 entstehen innerhalb der Kurbelwelle 1 auf dem
Grund der Einstiche 4 tangentiale Druckeigenspannungen,
welche durch die Pfeile 10 dargestellt werden. Durch den
Pfeil 11 wird der Grund der Einstiche 4 angedeutet; der
Pfeil 12 weist auf den Einwalzradius hin, welcher bei
Kurbelwellen für Pkw-Motoren Grössen zwischen 1,2 bis 1,9
mm haben kann.By the action of the
In dem radialen Abstand zwischen dem äusseren Umfang 13
der Führungsrolle 7 und der Lagerstelle 2 der Kurbelwelle
1 ist im vorliegenden Beispiel ein Sensor 14 angeordnet.
Der Sensor 14 ist an geeigneter Stelle mit dem Gehäuse 6
verbunden und misst den radialen Abstand zwischen dem
äusseren Umfang 13 der Führungsrolle 7 und der
Lagerstelle 2 der Kurbelwelle 1. Bei dem Sensor 14
handelt es sich beispielsweise um einen Wirbelstromsensor
in Miniaturbauweise. Der Sensor 14 ist noch einmal in der
Fig. 2 dargestellt. Hier ist er beispielsweise auf einem
Gerätearm 15 eines die beiden Gerätearme 15 und 16
aufweisenden Festwalzgerätes 17 angeordnet.In the radial distance between the outer circumference 13
the
Wie bereits erwähnt, weist eine einzelne Festwalzmaschine
eine Mehrzahl von derartigen Festwalzgeräten 17 auf,
entsprechend der Anzahl der zu bearbeitenden Lagerstellen
2. Nach Art einer Schere sind die beiden Gerätearme 15
und 16 an einem gemeinsamen Drehpunkt 18 gelenkig
miteinander verbunden. Die jeweils ersten äusseren Enden
19 und 20 der beiden Gerätearme 15 und 16 tragen einander
entsprechende Teile eines Festwalzwerkzeugs 5. So ist
beispielsweise an dem ersten äusseren Ende 19 des
Gerätearmes 15 das Werkzeuggehäuse 6 mit der
Führungsrolle 7 befestigt und am gegenüberliegenden
ersten äusseren Ende 20 des zweiten Gerätearmes 16 ein
Gehäuse 21 mit den beiden Stützrollen 22. Dazwischen
befindet sich die Kurbelwelle 1. Nach der Darstellung der
Fig. 2 ist der Sensor 14 sowohl an dem Gerätearm 15 als
auch an dem Werkzeuggehäuse 6 befestigt.As already mentioned, has a single deep rolling machine
a plurality of such deep-rolling
Zwischen den beiden zweiten äusseren Enden 23 und 24 der
Gerätearme 15 und 16 befindet sich ein
Druckmittelzylinder 25. Dieser Druckmittelzylinder 25
erzeugt die Festwalzkraft, welche zum Festwalzen der
Einstiche 4 der Kurbelwelle 1 erforderlich ist. Das
Signal des Sensors 14 wird beispielsweise auf einen
Rechner 53 übertragen, dort gespeichert, in eine
Rechengrösse umgewandelt und zu einem Regler 54 geleitet,
der die Zufuhr des Druckmittels zum Druckmittelzylinder
25 regelt. Rechner 53 und Regler 54 sind Einrichtungen,
die dem einschlägigen Fachmann geläufig sind.Between the two second outer ends 23 and 24 of the
Die Fig. 3 zeigt die Abstandsänderung 26 der
Festwalzrollen 8 zur Lagerfläche 2 der Kurbelwelle 1 in
radialer Richtung. Hierbei wird nur die Abstandsänderung
26 beider Festwalzrollen 8 gemeinsam erfasst, welche jede
für sich während des Festwalzvorgangs eine Veränderung
ihrer Lage in Richtung der beiden Pfeile 27 erfahren. Aus
der Fig. 3 ist erkennbar, dass die beiden Pfeile 27
jeweils in eine Komponente in vertikaler Richtung,
entsprechend dem Pfeil 26, und in eine Komponente 28 in
Richtung der Drehachse 3 zerlegt werden können. Fig. 3 shows the change in
Diese Art der Erfassung wird von der Fig. 4
veranschaulicht. Beim Eindringen in die Einstiche 4 der
Kurbelwelle 1 erfahren nämlich die Messrollen 38 eines
Messwerkzeugs 57 zugleich auch eine Spreizung in der
axialen Richtung 28. Wie bei einem Festwalzwerkzeug 6
werden die beiden Messrollen 38 des Messwerkzeugs 57
seitlich in Käfigen 33 geführt (Fig. 5). Zur Ermittlung
der axialen Verlagerung der Messrollen 38 des
Messwerkzeugs 57 sind Sensoren 29 vorgesehen, die
beispielsweise die Grösse eines Zwischenraumes 30
zwischen den Messrollen 38 und den Ölbunden 31 einer
Kurbelwelle 1 ermitteln. Die axiale Position der
Messrollen 38 vor der Festwalzoperation macht Fehler der
Vorbearbeitung der Kurbelwelle 1, z.B. unterschiedlich
tief eingestochene Einstiche 4 erkennbar. Die Verlagerung
der Messrollen 38 beim Festwalzen macht unterschiedliche
Einwalztiefen, z.B. in Folge von unterschiedlichen
Härtungen im Bereich der Einstiche 4 erkennbar und dient
somit der Prozessüberwachung. Eine der Fig. 4
entsprechende Anordnung bietet sich an, wo die
Voraussetzungen zur Befestigung von Sensoren 29 am
Werkzeuggehäuse 40 eines Messwerkzeugs 57 besonders
günstig sind. Zusätzlich kann auch ein Kraftsensor 32 die
Messeinrichtung 57 vervollständigen, der gegebenenfalls
auch noch mit einem Wegsensor (nicht gezeigt) zusammen
wirkt, über den der von dem Einstich 4 während einer
Umdrehung der Kurbelwelle 1 zurückgelegte Weg 34 erfasst
wird. Der Kraftsensor 32 ist beispielsweise über eine
Steuerleitung 55 mit der Speiseleitung 56 verbunden, über
welche das Druckmittel dem Druckmittelzylinder 25
zugeführt wird. Über diese, dem einschlägigen Fachmann
ebenfalls geläufige Möglichkeit der Erfassung des
Arbeitsdruckes, wird die jeweilige Höhe der Festwalzkraft
ermittelt und überwacht. This type of detection is shown in FIG. 4
illustrated. When penetrating into the
Die Fig. 6 zeigt einen Sensor 35, ähnlich dem Sensor 14,
der die radiale Änderung des Abstandes zwischen den
beiden ersten äusseren Enden 19 und 21 zweier Gerätearme
15 und 16 erfasst. Neben der Anordnung an den äusseren
Enden 19 und 20 können dem Sensor 35 vergleichbare
Sensoren auch in den Messebenen 36 angebracht sein. Auch
hier ist die geeignete Auswahl der Messebenen 36 dem
einschlägigen Fachmann überlassen. Für die jeweilige
Anordnung ist lediglich bedeutsam, dass mindestens die
10-fache Auflösung der gesuchten Messgrösse erfolgt.6 shows a
Eine der Fig. 6 weitgehend entsprechende, vergrösserte
Darstellung ist in der Fig. 10 wiedergegeben. Hier ist
zwischen dem äusseren Ende 20 und dem Drehpunkt 18 auf
der Innenseite des Gerätearmes 15 ein Halter 58
angebracht. Aus dem Halter 58 springt ein Messtaster 59,
beispielsweise ein induktiver Wegaufnehmer, in Richtung
auf den Gerätearm 16 hervor. Der Messtaster 59 kann den
Abstand zwischen den beiden Gerätearmen 15 und 16 mit
grosser Genauigkeit erfassen und ist somit,geeignet, die
Tiefe des Eindringens der Festwalzrolle 8 in die
Kurbelwelle 1 lückenlos zu erfassen. Das Meßsignal läuft
über eine Leitung 60 zu dem Rechner 53, der den Regler 54
befehligt, welcher seinerseits über die Speiseleitungen
56 den Druckmittelzylinder 25 beaufschlagt. Der
Messtaster 59 erfasst die Eindringtiefe der Festwalzrolle
8 mit einer Genauigkeit im Messbereich von ± 0,01 mm.One of the Fig. 6 largely corresponding, enlarged
Representation is shown in FIG. 10. Here is
between the
Die Fig. 7 zeigt die schematische Befestigung 37 eines
Sensors 14 an einem Werkzeuggehäuse 40. Anstelle der
Festwalzrollen 8 sind in der Darstellung der Fig. 7
Messrollen 38 vorgesehen, welche in ihrer Grösse und
Anordnung mit den Festwalzrollen 8 der Fig. 1
vergleichbar sind. Auch die Messrollen 38 werden von
einer Führungsrolle 39 innerhalb eines Werkzeuggehäuses
40 abgestützt. In der Fig. 7 ist eine einschwenkbare
Messvorrichtung 41 dargestellt. Eine weitere Darstellung
einer derartigen einschwenkbaren Messeinrichtung 41 zeigt
auch die Fig. 8. Das Einschwenken der Messeinrichtung 41
wird beispielsweise über einen kleinen
Druckmittelzylinder 42 bewirkt. Bei den beiden
Einrichtungen 41, die in den Fig. 7 und 8 dargestellt
sind, handelt es sich um reine Messvorrichtungen. Diese
werden in die jeweilige Lagerstelle 2 einer Kurbelwelle 1
hineingeschwenkt, sobald die Festwalzwerkzeuge 6 bis 8
ausser Eingriff gebracht wurden und dienen dann zur
Kontrolle des Festwalzprozesses. Bei entsprechender
Gestaltung und Befestigung des Gerätes 42 z.B. am
Gerätearm 15 kann auch während des Festwalzens die
Eindringtiefe 26 der Festwalzrollen 8 gemessen werden und
es kann, ebenso wie bei dem im Festwalzwerkzeug 6
integrierten Sensor 14 die Festwalzkraft, erzeugt über
den Druckmittelzylinder 25, geregelt werden.Fig. 7 shows the schematic attachment 37 of a
Eine wiederum andersartige Messeinrichtung zeigt die Fig.
9. Hier besteht die Messvorrichtung aus zwei axial in der
Hälfte getrennten Führungsrollen 43 und 44. Diese beiden
Halbrollen 43 und 44 sind jeweils in einem Gehäuse 45
drehbar gelagert. Auf ihnen stützen sich Messrollen 46
und 47 ab, die jeweils in Einstiche 48 und 49 einer
Kurbelwelle 1 eingreifen. Wie in der Fig. 9 erkennbar,
sind die Einstiche 48 und 49 unterschiedlich tief,
entsprechend unterschiedlichen Einwalztiefen. Sensoren 50
sind wiederum über Befestigungen 51 ähnlich den
Befestigungen 37 der Fig. 7 mit dem Gehäuse 45 verbunden.
Auch die Einrichtung nach der Fig. 9 ist einschwenkbar
ausgestaltet und dient zur gleichzeitigen Messung von
unterschiedlichen Einwalztiefen 48 und 49. Dabei ist
vorgesehen, dass sich die beiden Hälften 43 und 44 einer
Führungsrolle 52 in radialer Richtung in Bezug auf die
Kurbelwelle 1 bewegen können. Mit jeder der den
Führungsrollen 43 und 44 zugeordneten Drehachsen ist ein
Sensor 50, zum Beispiel ein Wirbelstromaufnehmer,
verbunden, der die Verlagerung des Systems relativ zur
Lagerstelle 2 ermittelt. A turn different measuring device, the Fig.
9. Here, the measuring device consists of two axially in the
Half separate guide rollers 43 and 44. These two
Half rollers 43 and 44 are each in a housing 45th
rotatably mounted. On them, measuring
- 11
- Kurbelwellecrankshaft
- 22
- Lagerstelledepository
- 33
- axiale Richtung, Achse der Kurbelwelleaxial direction, axis of the crankshaft
- 44
- Einstichpuncture
- 55
- FestwalzwerkzeugRolling tool
- 66
- Werkzeuggehäusetool housing
- 77
- Führungsrolleleadership
- 88th
- FestwalzrolleFixed roller
- 99
- Führungsflächeguide surface
- 1010
- tangentiale Druckeigenspannungentangential residual compressive stresses
- 1111
- Grund des EinstichsReason of the puncture
- 1212
- EinwalzradiusEinwalzradius
- 1313
- äusserer Umfangexternal scope
- 1414
- Sensorsensor
- 1515
- Gerätearmdevice arm
- 1616
- Gerätearmdevice arm
- 1717
- FestwalzgerätDeep rolling unit
- 1818
- Drehpunktpivot point
- 1919
- erstes äusseres Endefirst outer end
- 2020
- erstes äusseres Endefirst outer end
- 2121
- Gehäusecasing
- 2222
- Stützrollesupporting role
- 2323
- zweites äusseres Endesecond outer end
- 2424
- zweites äusseres Endesecond outer end
- 2525
- DruckmittelzylinderPressure cylinder
- 2626
- Abstandsänderungdistance change
- 2727
- Lageänderungchange of position
- 2828
- axiale Richtungaxial direction
- 2929
- Sensorsensor
- 3030
- Zwischenraumgap
- 3131
- Ölbund oil collar
- 3232
- Kraftsensorforce sensor
- 3333
- KäfigCage
- 3434
- Wegpath
- 3535
- Sensorsensor
- 3636
- Messebenemeasuring plane
- 3737
- Befestigungattachment
- 3838
- Messrollenmeasuring rollers
- 3939
- Führungsrolleleadership
- 4040
- Werkzeuggehäusetool housing
- 4141
- schwenkbare Messeinrichtungswiveling measuring device
- 4242
- DruckmittelzylinderPressure cylinder
- 4343
- Führungsrolleleadership
- 4444
- Führungsrolleleadership
- 4545
- Gehäusecasing
- 4646
- Messrollemeasuring roller
- 4747
- Messrollemeasuring roller
- 4848
- Einwalztieferolling depth
- 4949
- Einwalztieferolling depth
- 5050
- Sensorsensor
- 5151
- Befestigungattachment
- 5252
- Führungsrolleleadership
- 5353
- Rechnercomputer
- 5454
- Reglerregulator
- 5555
- Steuerleitungcontrol line
- 5656
- Speiseleitungfeeder
- 5757
- Messwerkzeugmeasuring tool
- 5858
- Halterholder
- 5959
- Messtasterprobe
- 6060
- MessleitungMeasurement line
Claims (7)
- Apparatus for deep rolling recesses and radii which delimit the journal bearings (2) of crankshafts (1) in the axial direction respectively on both sides, with at least one deep-rolling tool (5) of a deep-rolling machine having a plurality of deep-rolling tools for the recesses (4, 48, 49) and radii on both sides of the journal bearings of crankshafts, wherein the deep-rolling tool is provided at mutually opposing, first outer ends (19, 20) of two scissors-like equipment arms (15, 16) hinge-connected approximately at their longitudinal centre and has a tool housing (40), in which a guide roller (7, 43, 44, 52) and at least one deep-rolling roller (8) are rotatably supported and the guide roller has a radial spacing from the journal bearing of the crankshaft, and between the two second outer ends (23, 24) of the equipment arms there is provided a pressure-medium cylinder (25) to produce the deep-rolling force, characterised in thatin the radial spacing between the guide roller (7, 43, 44, 52) and the journal bearing (2) there is provided a sensor (14, 29) to determine the depth of penetration of the deep-rolling roller (8) in the recesses (4, 48, 49) and radii of the crankshaft (1) or between a tool housing (40) and a measuring roller (38) there is provided a sensor (29) to determine the displacement (28) of the measuring roller (38) in the axial direction of the crankshaft (1),each of the sensors (14, 29) is connected to a computer (53) which saves the measured values and converts them into operands and the computer (53)is connected to a plurality of control elements (25, 54, 56) of which at leastone controls the revolution of the crankshaft (1) and at leastone other (54) controls the loading of the pressure-medium cylinder (25) to produce the deep-rolling forceas a function of the revolution of the crankshaft (1) and the operands evaluated by the computer (53).
- Apparatus according to Claim 1, wherein the deep-rolling tool (5) is provided at mutually opposing, first outer ends (19, 20) of two scissors-like equipment arms (15, 16) hinge-connected approximately at their longitudinal centre and between the two second outer ends (23, 24) of the equipment arms (15, 16) there is provided a pressure-medium cylinder (25) to produce the deep-rolling force, characterised in thatbetween the two first outer ends (19, 20) of the equipment arms (15, 16) there is provided at least one sensor (14, 35, 50, 58, 59) to determine the depth of penetration of the deep-rolling roller(s) (8) in the recesses (4, 48, 49) and radii of the crankshaft (1),the sensor (14, 35, 50, 58, 59) is connected to a computer (53), which saves the measured values and converts them into operands, and the computer (53)is connected to a plurality of control elements (25, 54, 56) of which at least onecontrols the revolution of the crankshaft (1) and at leastone other (54) controls the loading of the pressure-medium cylinder (25) with a pressure medium to produce the deep-rolling forceas a function of the revolution of the crankshaft (1) and the operands evaluated by the computer (53).
- Apparatus according to Claim 2, characterised in that the sensor (14, 35, 50, 58, 59) is provided in different measuring planes (36) along the equipment arms (15, 16).
- Apparatus according to one of Claims 1 to
3,characterised in that the sensor (14, 35, 50, 58, 59) isan inductive sensor,a triangulation sensor which functions optically,a digital path measuring sensor,a potentiometer oran ultrasound sensor. - Apparatus according to Claim 4, characterised in that the triangulation sensor is constructed using a laser design.
- Apparatus according to Claim 4, characterised in that the digital path measuring sensor or the potentiometer are constructed as capacitative devices operating according to the eddy current method.
- Apparatus according to one of Claims 1 to 6, characterised in that the respective sensors (14, 35, 50, 58, 59) have at least a tenfold resolution with a measuring range of approximately 1 mm, where the measured value of the rolling depth lies between 0.1 and 0.9 mm.
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