EP4747040A1

EP4747040A1 - Vorrichtung und verfahren zum honen von kegelrollen

Info

Publication number: EP4747040A1
Application number: EP24746625.3A
Authority: EP
Inventors: Werner Heuer; Patrick ACHTZEHN; Luiz Mauricio GONCALVES NETO; Matthias Mueller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2023-07-20
Filing date: 2024-07-11
Publication date: 2026-05-27
Also published as: KR20260022447A; WO2025016506A1; CN121358565A; DE102023119195A1; JP2026526464A

Abstract

Eine Honvorrichtung (1 ) zur Bearbeitung von Kegelrollen (2) umfasst zwei parallel zueinander angeordnete, zum Auflegen von Kegelrollen (2) vorgesehene Honwalzen (3, 4) und einen zwischen die Honwalzen (3, 4) eingreifenden, zur Bearbeitung der Kegelrollen (2) vorgesehenen Honstein (10). Die Honwalzen (3, 4) weisen zum Fördern der Kegelrollen (2) ausgebildete Gewindeprofile (5, 6) auf, welche derart gestaltet sind, dass die Mittelachsen der in Vorschubrichtung (VR), das heißt parallel zur Längsrichtung der Honwalzen (3, 4), geförderten Kegelrollen (2) in einer gemeinsamen Ebene liegen, welche zu den Rotationsachsen der beiden Honwalzen (3, 4) parallel ist, und im Zuge der Förderung in Vorschubrichtung (VR) eine Verschwenkung innerhalb der gemeinsamen Ebene erfahren. Die gemeinsame Ebene ist parallel zu einer Bezugsebene, in der die Rotationsachsen der beiden Honwalzen (3, 4) liegen, angeordnet.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Honen von Keqelrollen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Honen von Kegelrollen, welche für die Verwendung in Wälzlagern vorgesehen sind. Ferner betrifft die Erfindung eine zur Durchführung eines solchen Honverfahrens geeignete, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Vorrichtung.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung von Kegelrollen durch Honen ist zum Beispiel aus der EP 3 100 823 A1 bekannt. Nach der EP 3 100 823 A1 werden zu honende Wälzkörper durch zwei angetriebene Versorgungstrommeln, das heißt Honwalzen, transportiert, wobei die als Kegelrollen ausgebildeten Wälzkörper in Kontakt mit gewindeartigen Führungsflächen der Honwalzen sind. Honsteine, mit dem die Kegelrollen im Durchlaufverfahren bearbeitet werden, sind in der EP 3 100 823 A1 als Mahlsteine bezeichnet. Die genannten Führungsflächen sind derart gestaltet, dass sich die Winkelrelation zwischen den Kegelrollen und den Honsteinen im Zuge des Durchlaufs der Kegelrollen durch die Honvorrichtung ändert.

Die WO 2021/239182 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Honen von Tonnenrollen für Pendelrollenlager. Auch in diesem Fall werden die Werkstücke - hier: Tonnenrollen - während der Bearbeitung mittels zweier Honwalzen vorgeschoben. Zum Honen wird nach der WO 2021/239182 A1 mindestens ein Honstein verwendet, der eine rillenförmige Honfläche aufweist.

Ein in der JP H07290347 A beschriebenes Verfahren zum Schleifen rollenförmiger Werkstücke in einem Durchlaufverfahren sieht vor, dass die um ihre eigene Längsachse rotierenden und zugleich in ihrer Längsrichtung geförderten Werkstücke während ihres Vorschubs um eine Achse quer zu ihrer Längsachse gekippt werden, um insbesondere Bereiche der Werkstückmantelfläche, welche an eine Stirnfläche des Werkstücks grenzen, zu profilieren. Das Kippen der Werkstücke soll mit Hilfe eines die Werkstücke führenden Lineals erfolgen, welches einen Rücksprung aufweist.

Aus der DE 37 07 335 A1 ist eine Vorrichtung zum Kurzhubhonen von Tonnenrollen bekannt. Die Tonnenrollen werden mit dieser Vorrichtung im Durchlaufverfahren bearbeitet und hierbei schräg zur Transportrichtung gehalten, wobei ein Schräglaufwinkel im Bereich zwischen 3° und 30° vorgeschlagen wird.

In einer in der US 2019/0076977 A1 beschriebenen Vorrichtung zur Bearbeitung von Wälzkörpern durch Honen erfahren die Werkstücke, das heißt Wälzkörper, während ihrer Bearbeitung eine Kippbewegung, welche zur Erzeugung einer logarithmischen Profilierung beitragen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Honen von Kegelrollen gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei ein besonders günstiges Verhältnis zwischen rationeller Bearbeitung und hoher Prozesssicherheit bei enger Tolerierung der Endprodukte, das heißt Kegelrollen, angestrebt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Honen von Kegelrollen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Honen von zur Verwendung als Wälzkörper vorgesehenen Kegelrollen gemäß Anspruch 5. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Honverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die zum Honen ausgebildete Vorrichtung und umgekehrt.

Die Honvorrichtung umfasst zwei parallel zueinander angeordnete, zum Auflegen von Kegelrollen vorgesehene Honwalzen und mindestens einen zwischen die Honwalzen eingreifenden, zur Bearbeitung der Kegelrollen vorgesehenen Honstein. Die Honwalzen weisen zum Fördern der Kegelrollen ausgebildete Gewindeprofile auf, wobei die Vorschubrichtung der Kegelrollen durch die Längsrichtung der Honwalzen gegeben ist. Die Gewindeprofile der Honwalzen sind derart gestaltet, dass die Mittelachsen der durch die Honwalzen geförderten Kegelrollen in einer gemeinsamen, zu den Rotationsachsen der Honwalzen parallelen Ebene liegen und im Zuge der Förderung der Werkstücke, das heißt Kegelrollen, eine Verschwenkung innerhalb der genannten Ebene erfahren. Diese Ebene ist parallel zu einer Bezugsebene angeordnet, in der die Mittelachsen der beiden Honwalzen liegen.

Bei Anordnung der Honwalzen auf gleicher Höhe bedeutet dies, dass die Mittelachsen der Werkstücke, das heißt Kegelrollen, in einer horizontalen Ebene verschwenkt werden. Insbesondere werden die Mittelachsen der Kegelrollen ausschließlich in dieser Ebene verschwenkt. Im Vergleich zu einer Verschwenkung in einer vertikalen Ebene ermöglicht dies eine wesentlich feinere Beeinflussung des durch Honen zu erzeugenden Profils der Wälzkörper.

Die Gewindeprofile der Honwalzen können derart gestaltet sein, dass sich ein in Vorschubrichtung kontinuierlich ändernder Schräglaufwinkel der Kegelrollen einstellt. Alternativ kann durch die Gewindeprofile der Honwalzen ein sich in Vorschubrichtung stufenweise ändernder Schräglaufwinkel der Kegelrollen vorgegeben sein. Die beiden Honwalzen weisen nicht notwendigerweise die exakt gleiche Form auf. Allgemein wird für die Honwalzen auch der Begriff Transportwalzen verwendet.

Es existieren verschiedene Möglichkeiten der Bearbeitung der Honwalzen, welche den sich in Vorschubrichtung während des Honens verändernden Schräglaufwinkel der Wälzkörper herbeiführen.

Eine erste Möglichkeit ist die Bearbeitung der Honwalze durch Hartdrehen. In diesem Fall wird die Honwalze zum Beispiel mit einem Drehwerkzeug mit großem Eckenradius bearbeitet. Das Drehwerkzeug wird mit einer auf die Rotation der Honwalze abgestimmten Vorschubbewegung, die der Steigung des Profils der Honwalze pro Umdrehung entspricht, axial an der Honwalze entlangbewegt. Nach jeder Umdrehung des Werkstücks, das heißt in diesem Fall der Honwalze, oder nach einer definierten, nicht notwendigerweise ganzzahligen Anzahl an Umdrehungen kann - im Fall beabsichtigter gestufter Änderungen des Schräglaufwinkels - das Drehwerkzeug um einen geringen Betrag radial zugestellt werden. Mit dieser neuen Einstellung des Drehwerkszeugs wird die Vorschubbewegung und damit die Zerspanung fortgesetzt. In derselben Aufspannung kann auch eine axiale Anschlagfläche für die Kegelrollen durch Drehen bearbeitet werden.

Eine zweite Möglichkeit der exakten Profilierung des Gewindes der Honwalze stellt die Bearbeitung der Honwalze durch Schleifen dar. Auch in diesem Fall kann das Profil der Honwalze über die Bearbeitungslänge schrittweise oder kontinuierlich geändert werden. Zum Abrichten einer Schleifscheibe während des Schleifprozesses kann beispielsweise eine Profilrolle verwendet werden, welche in radialer Richtung der Schleifscheibe zugestellt und/oder geschwenkt wird. Die sich im Laufe der Bearbeitung ändernde Anordnung der Profilrolle kopiert sich auf das durch Schleifen bearbeitete Werkstück, das heißt die Honwalze.

Unabhängig davon, durch welche Zerspanungstechnologie die Honwalze bearbeitet wurde, kann der durch die Gestalt der Honwalzen erzwungene Schräglaufwinkel der Kegelrollen beim Honen in Durchlaufrichtung abnehmen. Auf diese Weise werden zunächst primär Oberflächenbereiche der Kegelrollen nahe deren Stirnflächen und erst im Anschluss hauptsächlich die mittleren Bereiche der Mantelflächen der Kegelrollen bearbeitet, so dass letztlich ein konvexes Profil der eine konische Grundform aufweisenden Mantelfläche entsteht. Das konvexe Profil kann insbesondere in Form eines kreisballigen Profils oder in Form eines logarithmischen Profils vorliegen.

Im Laufe der Honbearbeitung werden die Längsachsen der Kegelrollen beispielweise um einen Winkel von mindestens 0,5°, jedoch nicht mehr als 3°, in einer horizontalen Ebene geschwenkt. Zur Honbearbeitung ist eine Anzahl in Reihe angeordneter Honsteine geeignet, welche in einer vertikalen Ebene angeordnet sind. Eine Endprofilierung der Kegelrollen ist insbesondere von der Geometrie der Honsteine abhängig. Der Materialabtrag, besonders in den Übergangsbereichen zwischen der Mantelfläche und den Stirnseiten der Kegelrollen, kann zudem durch den auf die Werkstücke wirkenden Hondruck gesteuert werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie ein nicht beanspruchtes Vergleichsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teils vereinfacht:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Honvorrichtung zur Bearbeitung von Kegelrollen in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 Komponenten der Anordnung nach Fig. 1 in Draufsicht, einschließlich Details in überhöhter Darstellung,

Fig. 3 ausschnittsweise Komponenten der Anordnung nach Fig. 1 , nämlich zwei Honwalzen sowie zahlreiche zwischen den Honwalzen geführte Kegelrollen,

Fig. 4 einen durch Honen zu bearbeitenden, exakt in Längsrichtung der Honvorrichtung ausgerichteten Wälzkörper sowie einen Honstein der Anordnung nach Fig. 1 in stirnseitiger Ansicht,

Fig. 5 die Komponenten der Anordnung nach Fig. 4, ebenfalls in stirnseitiger Ansicht, wobei der Wälzkörper, das heißt das Werkstück, in einer horizontalen, zu den Längsachsen zweier Honwalzen der Vorrichtung nach Fig. 1 parallelen Ebene im Vergleich zur Ausrichtung nach Fig. 4 verschwend ist, Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 5 in Seitenansicht,

Fig. 7 ein nicht beanspruchtes Vergleichsbeispiel in einer Ansicht analog Fig. 6.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sowohl auf das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 5 als auch auf das nicht beanspruchte, lediglich der Erläuterung dienende Vergleichsbeispiel nach Fig. 6. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Vorrichtung zum Honen von Kegelrollen 2 für Wälzlager, das heißt Kegelrollenlager, umfasst zwei Honwalzen 3, 4, die beim Betrieb der Honvorrichtung 1 in derselben Richtung rotieren, wobei die Rotationsachsen der Honwalzen 3, 4 parallel zueinander auf derselben Höhe angeordnet sind. Jede Honwalze 3, 4 weist ein Gewindeprofil 5, 6 auf, so dass insgesamt eine Schraubenform der Honwalzen 3, 4 gegeben ist, wobei beide Honwalzen 3, 4 ein Rechtsgewinde beschreiben. Ebenso sind Ausgestaltungen realisierbar, in denen beide Honwalzen 3, 4 ein Linksgewinde beschreiben. Die Gewindeprofile 5, 6 sind im Ausführungsbeispiel als eingängige Gewinde ausgebildet. Alternativ kommt eine Gestaltung der Gewindeprofile 5, 6 als mehrgängige Gewinde in Betracht.

Zwischen den Honwalzen 3, 4 ist ein Spalt 7 gebildet, in welchen die Kegelrollen 2 unter Kontaktierung der Gewindeprofile 5, 6 eingelegt sind. Sämtliche Längsachsen der Kegelrollen 2 befinden sich oberhalb der Mittelachse der Honvorrichtung 1 in einer gemeinsamen horitontalen Ebene. Die Mittelachse der gesamten Honvorrichtung 1 befindet sich auf Höhe der Rotationsachsen der Honwalzen 3, 4. Die horizontale Ebene, in welcher die Rotationsachsen der Honwalzen 3, 4 liegen, wird als Bezugsebene bezeichnet. Durch die gleichsinnige Rotation beider Honwalzen 3, 4 werden die in Reihe angeordneten Kegelrollen 2 in Längsrichtung der Mittelachse, das heißt in Vorschubrichtung VR, vorgeschoben und gleichzeitig um ihre jeweilige Längsachse gedreht. Die mit 9 bezeichneten Stirnflächen der Kegelrollen 2 sind hierbei voneinander beabstandet, während die mit 8 bezeichneten, konischen Mantelflächen der Kegelrollen 2 auf den Gewindeprofilen 5, 6 abrollen.

In vertikaler Projektion (Fig. 2) schließt jede Längsachse einer Kegelrolle 2 mit der Mittelachse der Honvorrichtung 1 einen Winkel yi, Y2, Y3, Y4, ein, der, wie aus Fig. 2 in überhöhter Darstellung hervorgeht, einen Schräglaufwinkel darstellt, welcher in Vorschubrichtung VR abnimmt. Tatsächlich ist die Veränderung des Winkels yi, Y2, Y3, Y4, in Vorschubrichtung VR derart gering, dass sie in dem in Fig. 3 gezeigten Ausschnitt nicht mit bloßem Auge erkennbar ist. In diesem Ausschnitt variiert der Schräglaufwinkel YI , Y2, Y3, Y4, in einem Bereich von etwa 2° bis 1 °.

Das Honen erfolgt mit mehreren in Vorschubrichtung VR hintereinander angeordneten Honsteinen 10, die in einer gemeinsamen vertikalen Ebene, welche die Mittelachse der Honvorrichtung 1 schneidet, angeordnet sind. Jeder Honstein 10 hat die Grundform eines langgestreckten Quaders.

Durch die im Laufe der Honbearbeitung abnehmende Schrägstellung der Tonnenrollen 2 gegenüber der Längsrichtung der Honvorrichtung 1 werden zunächst hauptsächlich Bereiche der Mantelflächen 8 nahe der Stirnflächen 9 und erst später schwerpunktmäßig die mittig zwischen den Stirnflächen 9 befindlichen Bereiche der Mantelflächen 8 der Kegelrollen 2 bearbeitet. Insgesamt ergibt sich damit in gewünschter Weise eine Abweichung von einer exakt konischen Form der Mantelflächen 8. Im vorliegenden Fall wird ein logarithmisches Profil der Kegelrollen 2 erzeugt. Alternativ könnte durch geänderte geometrische Parameter sowie Prozessparameter eine kreisballige Form der Mantelflächen 8 erzeugt werden.

In jedem Fall ist dadurch, dass die Längsachsen der Werkstücke, das heißt Kegelrollen 2, während des gesamten Bearbeitungsvorgangs horizontal ausgerichtet bleiben, ist eine sehr genaue Bestimmung des Materialabtrags durch Honen möglich. Zur Verdeutlichung wird auf die schematischen Figuren 4 bis 7 hingewiesen, in welchen die Konizität der zu bearbeitenden Wälzkörper 2 nicht erkennbar ist.

In der Anordnung nach Fig. 3 ist die Mittelachse der Kegelrolle 2 exakt parallel zur Mittelachse der gesamten Honvorrichtung 1 , senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet.

In dieser Ausrichtung findet keine Bearbeitung statt. Vielmehr findet die Bearbeitung in der in den Figuren 4, 5 und 6 skizzierten, überhöht dargestellten Schrägstellung der Kegelrolle 2 statt. Wie aus diesen Figuren anschaulich hervorgeht, würde eine Verdrehung der Kegelrolle 2 um eine gedachte vertikale Achse, was gleichbedeutend damit ist, dass die Längsachse der Kegelrolle 2 in derselben horizontalen Ebene bleibt, nur zu einem geringfügig geänderten Gesamtbild, was den Kontakt zwischen dem Werkstück 2, das heißt der Kegelrolle, und dem Werkzeug, das heißt dem Honstein 10, betrifft, führen.

Im Unterschied hierzu wird gemäß Fig. 7, die ein Vergleichsbeispiel zeigt, davon ausgegangen, dass die Mittelachse des Werkstücks 2, das heißt des zu bearbeitenden Wälzkörpers, in einer vertikalen Ebene, nämlich in der Ebene, in welcher die Honsteine 10 angeordnet sind, verschwenkt wird. Eine solche Verschwenkung, welche nach dem anmeldungsgemäßen Verfahren nicht vorgesehen ist, würde zu einer drastischen Veränderung des beim Honen gegebenen Kontaktes zwischen dem Werkstück 2 und dem Werkzeug 10 führen. Insbesondere der Vergleich zwischen den Figuren 6 und 7 verdeutlicht, dass durch das anmeldungsgemäße Konzept, die Längsachsen der Kegelrollen 2 ausschließlich in einer zu den Mittelachsen der Honwalzen 3, 4 parallelen horizontalen Ebene zu verschwenken, eine besonders hohe Präzision bei der Honbearbeitung erzielbar ist. Bezuqszeichenliste

1 Honvorrichtung

2 Kegelrolle

3 Honwalze

4 Honwalze

5 Gewindeprofil

6 Gewindeprofil

7 Spalt

8 Mantelfläche

9 Stirnfläche

10 Honstein

Y1 ... Y4 Winkel

VR Vorschubrichtung

Claims

Patentansprüche

1 . Vorrichtung zum Honen von Kegelrollen (2), mit zwei parallel zueinander angeordneten, zum Auflegen von Kegelrollen (2) vorgesehenen Honwalzen (3, 4) und einem zwischen die Honwalzen (3, 4) eingreifenden, zur Bearbeitung der Kegelrollen (2) vorgesehenen Honstein (10), wobei die Honwalzen (3, 4) zum Fördern der Kegelrollen (2) ausgebildete Gewindeprofile (5, 6) aufweisen, welche derart gestaltet sind, dass die Mittelachsen der in Vorschubrichtung (VR), das heißt parallel zur Längsrichtung der Honwalzen (3, 4), geförderten Kegelrollen (2) in einer gemeinsamen Ebene liegen, welche zu den Rotationsachsen der beiden Honwalzen (3, 4) parallel ist, und im Zuge der Förderung in Vorschubrichtung (VR) eine Verschwenkung innerhalb der gemeinsamen Ebene erfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Ebene parallel zu einer Bezugsebene, in der die Rotationsachsen der beiden Honwalzen (3, 4) liegen, angeordnet ist.

2. Honvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Gewindeprofile (5, 6) der Honwalzen (3, 4) ein sich in Vorschubrichtung (VR) kontinuierlich ändernder Schräglaufwinkel (yi, 2, ys, Y ) der Kegelrollen (2) gegeben ist.

3. Honvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Gewindeprofile (5, 6) der Honwalzen (3, 4) ein sich in Vorschubrichtung (VR) stufenweise ändernder Schräglaufwinkel (yi, 2, ys, Y ) der Kegelrollen (2) gegeben ist.

4. Honvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Gewindeprofile (5, 6) der Honwalzen (3, 4) ein in Vorschubrichtung (VR) abnehmender Schräglaufwinkel (yi, 2, Y3, Y ) der Kegelrollen (2) gegeben ist.

5. Verfahren zum Honen von Kegelrollen (2), wobei Kegelrollen (2) bei der Honbearbeitung derart durch zwei Honwalzen (3, 4) vorgeschoben werden, dass die Längsachsen der Kegelrollen (2) während des Honens in einer Ebene verschwend werden, welche parallel zu einer Bezugsebene angeordnet ist, in der die Rotationsachsen der Honwalzen (3, 4) liegen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschwenkung der Längsachsen der Kegelrollen (2) ausschließlich in der genannten, zur Bezugsebene parallelen Ebene erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen Kegelrollen (2) während des Honens um einen Winkel von mindestens 0,5° und maximal 2° in der genannten Ebene verschwend werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Honen mit sich im Laufe der Bearbeitung ändernder Ausrichtung der Längsachse einer jeden Kegelrolle (2) ein logarithmisches Profil einer Mantelfläche (8) der Kegelrolle (2) erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Honen mit sich im Laufe der Bearbeitung ändernder Ausrichtung der Längsachse einer jeden Kegelrolle (2) ein kreisballiges Profil einer Mantelfläche (8) der Kegelrolle (2) erzeugt wird.