DE2113363A1 - Praegepolierwerkzeug - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. W.SCHALK · DIPL.-ING. P. WlRTH · D1PL.-ING.G. DANNENBERG DR. V. SCHMIED-KON^ARZIK · DR. P. WE I N HOLD · DR. D. G U DE L

6 FRANKFURT AM MAIN

CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

18.März 1971 Gu/gra/x

Madison Industries,Inc. Smithfield, R.I., USA

Prägepolierwerkzeug Die Erfindung betrifft ein Prägepolierwerkzeug.

Präge- oder Rollpolierwerkzeuge zum Zurichten oder Nacharbeiten von Oberflächen durch Polieren, Preßpolieren bzw. Glänzen werden in der Maschinenindustrie heutzutage allgemein verwendet. Dabei wird auf die Oberfläche des Werkstücks unter Druck eingev/irkt, so daß ein hochgradiges Zurichten oder ein örtliches Härten -der Oberfläche des Werkstücks erfolgt. Derartige Werkzeuge wirken durch die Anwendung eines hohen Drucks mittels eines Planetensystems von Rollen, die gegen das Werkstück arbeiten. Diese Rollen werden entweder radial nach außen durch einen sich verjüngenden Dorn bei einem inneren Polierwerkzeug oder radial nach innen durch einai begrenzenden Ringd'orn beim äußeren Polier.en gepreßt. Die Achsen der Rollen sind im allgemeinen unter einem Winkel zu den Achsen des Dorns und des Werkstücks angeordnet, wodurch sich ergibt, daß^die Rollen in einem schraubenförmigen Weg um die Fläche des Werkstücks bewegen wollen.

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Polierwerkzeuge mit diesen allgemeinen Eigenschaften sind beispielsweise in den US-PS 2 835 958 und 2 843 918 beschrieben. Es ist ferner ein abgeändertes Werkzeug bekannt, das eine Walzwirkung dadurch ausübt, daß der von den Rollen auf das Werkstück ausgeübte Preßdruck periodisch entlastet wird. Ein derartiges abgeändertes Werkzeug ist in der US-PS 2 069 099 gezeigt. Im wesentlichen ist dabei eine Abänderung des Dorns derart vorgesehen, daß eine Anzahl von unter Abstand vorgesehenen, sich axial erstreckenden Kaminen an der Oberfläche des Dorns ausgebildet ist, über die die Rollen periodisch radial vom Dorn bewegt werden, wodurch auf die zu formende Oberfläche periodisch ein nach außen oder innen gerichteter

ψ Schlag ausgeübt wird. Dabei bewegen sich sämtliche Rollen gleichzeitig in radialer Richtung. Durch die Verwendung der Walzwirkung allein ergibt sich ein zylindrisch zugerichtetes Werkstück, das unter einem Mikroskop in seiner Oberfläche eine Anzahl von Erhebungen und Einsenkungen besitzt, die durch den Stoß der Rollen gegen die Oberfläche entstanden sind* Die auf diese Weise behandelte Oberfläche ist also nicht vollständig glatt. Fernerhin ist bei der Verwendung eines her- . kömmlichen Polierwerkzeugs ein beträchtliches Drehmoment notwendig, welches durch die große Reibungslast der Rollen hervorgerufen wird. Diese herkömmlichen Werkzeuge besitzen einen glatten, kegelstumpfartig sich verjüngenden Dorn, weil samt— liehe Rollen in ständiger Berührung nit dem Werkstück stehen, das gerade bearbeitet wird. Es ist daher erwünscht, einige der Vorteile dieser beiden Methoden zur Bearbeitung eines -' zylindrischen Werkstücks miteinander zu kombinieren, und gleichzeitig den Betrag an benötigter Kraft zum Betätigen des Werkzeugs zu reduzieren. Dabei soll gleichzeitig ein Pressen bzw. Prägen durch das Walzen und gleichzeitig ein Glätten durch das Rollen erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Prägepolierwerkzeug nach der Erfindung gekennzeichnet durch einen Dorn mit kegelstumpfförmiger Oberfläche, koaxial mit der Längsachse des Dorns, mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Rillen in der

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Oberfläche, die durch an der Oberfläche ausgebildete Stege

getrennt sind, durch eine Vielzahl drehbarer Rollen, die an der Oberfläche anliegen und in einer um den Dorn drehbaren Halterung montiert sind, die die Rollen unter gleichem Winkelabstand halten, deren Längsachse mit der des Dorns einen Win~ kel einschließt und durch eine Einrichtung zur Bewegung der Rollen relativ zum Dorn in Richtung parallel zur Längsachse des Dorns, wobei wenigstens sechs Rollen vorgesehen sind und die Anzahl der Rollen und die Anzahl, Anordnung und Ausdehnung der Rillen und Stege derart gewählt ist, daß in allen •Betriebslagen der Rollen bezüglich des Dorns wenigstens drei Rollen in Berührung mit den Stegen stehen.

Der Dorn wird daher derart ausgebildet, daß die Rollen periodisch nicht mehr drücken, wobei gleichzeitig wenigstens drei Rollen (d.h. diejenigen, die mit den Stegen in Berührung stehen) in Druckkontakt mit dem Werkstück stehen.

In seiner einfachsten Ausführungsform besteht das Werkzeug aus sechs Rollen, von denen drei Rollen jederzeit in Druckkontakt mit dem Wer-kstück stehen, während drei Rollen teilweise oder vollständig abgehoben haben, und zwar abhängig von der Position der drei ersten Rollen auf den Stegen. Die Anzahl der Rollen kann auch größer als sechs gewählt werden, solange die Rollen ih der Endzusammenstellung in allen Relativlagen der Rollen und des Dorns einen Dreipunktkontakt liefern, d.h. also, daß es drei Rollen gibt, die jederzeit in Druckberührung mit dem Werkstück und den Stegen stehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Prägepolierwerkzeugs für externes Polieren gem.

einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 eine schematische Ansicht, die im wesentlichen als Stirnansicht des Werkzeugs nach Fig. 1 angesehen werden kann;

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Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer

anderen Ausführungsform eines Werkzeugs für internes Polieren gem. einer zweiten Ausführungsform und .

Fig. 4 eine schematische Ansicht ähnlich Fig. 2 zur Darstellung der Wirkungsweise der Rollen an der Fläche . des Dorns.

Ein Prägepolierwerkzeug ist als Ganzes mit 10 bezeichnet. Es dient zum Polieren einer äußeren zylindrischen Oberfläche und besitzt eine drehbaren Dorn 12, sich verjüngende Rollen 14 und einen Käfig mit einem nach innen weisenden Ansatz 17. Alle diese "Teile sind mit einem Stirngehä'use 18 verbunden. Der Dorn \·ίίτά durch eine Mutter 19 in seiner Lage gehalten ψ und der Ansatz 17 ist in geeigneter Weise in eine Justiereinrichtung eingesetzt,' die nicht dargestellt ist, die jedoch ähnlich derjenigen aufgebaut sein kann, die in der US-PS2£43,918 gezeigt ist. Das Werkzeug 10 soll in einem Maschinenwerkzeug befestigt werden und entweder gedreht oder relativ zum Werkstück je nach dem betreffenden Arbeitsverfahren unbeweglich gehalten werden. Hierzu ist eine Antriebswelle 22 vorgesehen.(Vgl Fig. 1).

Die Rollen 14 sind untereinander identisch und werden in einer Vielzahl von Schlitzen im Käfig 16 angeordnet. Diese Schlitze schließen mit der Längsachse des Dorns einen geringen Winkel ein, um die notwendige selbsttätige Zufuhr der Rollen sicherzustellen, -wie sie auch in der US-PS 2,843,918 beschrieben ist« Die Innenfläche 13 des Dorns 12, die in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist, besitzt Rillen, die durch stehangelassene Teile bzw. Stege voneinander getrennt sind. Auf diese Weise wird die Oberfläche geometrisch in eine erste Rille unterteilt, die sich längs eines ersten begrenzten Tangentenabstands erstreckt, gefolgt von einem Bogen, der einen Steg ausbildet und sich über einen zweiten, begrenzten Tangentenabstand bzw. Sehnenabstand erstreckt, wiederum gefolgt von einer zweiten Rille, die sich längs der ersten Tan- genten- bzw. Sehnenentfernung erstreckt, worauf ein anderer Bogen folgt, der sich längs eines dritten Tangenten- bzw.

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Sehnenabstahds erstreckt. Diese Sequenz wird durch den vollen Kreis von 360° wiederholt. Verschiedene Ausbildungen des Dorns sind möglich, beispielsweise unter Verwendung von zwölf Rollen und achtzehn Rollen nach Fig. 2. Ein ähnliches Resultat wird erhalten, wenn die Dornfläche in eine ähnliche Sequenz unterteilt wird, wobei jedoch lediglich zwölf Rillen anstelle der dargestellten achtzehn.Rillen vorgesehen sind. Der Unterschied liegt bei den beiden Beispielen in der Anzahl der Rollen, die in jedem Augenblick in Berührung mit dem Werkstück stehen. Das sind diejenigen Rollen, die auf den Bogenstücken oder Stegen vorgesehen sind. Zum besseren Verständnis der Anordnung nach Fig. 2 wird bei der Rolle mit dem Buchstaben A begonnen, die gänzlich innerhalb einer Rille 24' aufgenommen ist. Im Uhrzeigersinn grenzt ein schmaler, gewölbter Abschnitt 25 der inneren Oberfläche des Dorns an, der vorstehend als Steg bezeichnet wurde. Darauf folgt eine zweite Rille 26, ein längerer, gewölbter Abschnitt 27 bzw. Steg 27 und schließlich eine dritte Rille 28. Diese Anordnung wiederholt sich längs des gesamten gewölbten Teils der inneren Oberfläche des Dorns, so daß eine Rille, ein schmales Bogenstück oder Steg, eine Rille, ein größeres Bogenstück oder Steg und eine weitere Rille aufeinander folgt.

Es ist ersichtlich, daß sich drei Rollen in Rillen, beispielsweise den Rillen 24,26,28 befinden. Diese Rollen sind als A,A^? und A'¹ bezeichnet. Zusätzlich ist eine Anzahl von Rollen vorgesehen, die auf den gebogenen Abschnitten oder Stegen der Dorninnenfläche angeordnet sind. Diese Rollen sind als B,B1, B2, B3, B4 und B5 bezeichnet. Ferner gibt es eine andere Klasse von Rollen, die gerade aus einer Rille aufsteigen und beginnen, auf das Werkstück eine Walzwirkung auszuüben. Diese Rollen sind als C,C1 und C2 bezeichnet. Zu jedem gegebenen Zeitpunkt gibt es wenigstens drei Rollen, beispielsweise Rolle B, die in Berührung mit dem Werkstück ~ stehen und die fernerhin wirksam in Berührung mit einem Steg oder einer gebogenen Innenfläche des Dorns stehen, so daß wenigstens drei Rollen sich innerhalb von Rillen, beispielsweise Rillen 24,26,28, befinden, und daß wenigstens drei RoI-.

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len aus den Rillen aufsteigen, um das gerade bearbeitete Werkstück zu berühren bzw. darauf einen Walzdruck auszuüben. Diese letzten Rollen sind in Fig. 2 mit C bezeichnet.

In Fig. 3 ist ein·Prägepolierwerkzeug zum Polieren einer inneren Zylinderfläche dargestellt, das als Ganzes mit. 40 bezeichnet ist. Das Werkzeug besteht aus einem Dorn 42, der von einem Rollenkäfig 44 umgeben ist, welcher eine Anzahl von Rollen 46 trägt. Der Rollenkäfig ist mit dem Werkzeugkörper 48 in geeigneter Weise verbunden. Eine herkömmliche, nicht dargestellte Justiereinrichtung befindet sich · im Gehäuse 49.· Das gesamte Werkzeug besitzt eine Kontagewelle 50, mit der das Werkzeug entweder rotierend oder fixiert gehalten wird, und zwar unabhängig von der jeweiligen Verwendungsart des Werkzeugs. Die Konstruktion der Innenteile dieses Werkzeugs kann eine Vielzahl von Formen annehmen und ist beispielsweise ähnlich der nach der US-PS 2,835,958.

Der Dorn 42 ist ein Innendorn, der ähnlich konstruiert ist wie es die Fig. 2 der Anmeldung zeigt. Aus diesem Grunde ist in Fig. 4 lediglich ein vergrößerter Ausschnitt darge- . stellt worden. Der Hauptunterscheid besteht darin, daß die eine Einrichtung als Innenpolierwerkzeug und die andere als Außenpolierwerkzeug ausgebildet ist. Fig. 4 zeigt daher nur einen Teil des Dorns 42.

In dieser Figur befinden sich die Rollen 46 in drei Positionen. In der Lage D liegt die Rolle innerhalb einer Rille 52 im Dorn, während die Rolle in der Position E sich an einem einen Steg ausbildenden Teil der äußeren gebogenen Oberfläche des " Dorns 42 befindet. Die Rolle in der Position F kommt aus den Rillen des Dorns heraus. In ähnlicher Weise ist die Außenfläche des Dorns in eine Anzahl von Teile unterteilt« Zur Verdeutlichung wurde ein Dorn zur Verwendung mit zwölf Rollen 46 dargestellt. Dort befindet sich eine erste Rille 52, anschließend ein erster gebogener, kurzer Teil bzw. Steg 54 der Oberfläche des Dorns, darauf eine zweite Rille 56 und. schließlich eine gebogene Oberfläche bzw. Steg 58, der größer

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ist als der Steg 54. Diese Sequenz wird längs der gesamten Oberfläche des Doms wiederholt.

Es gibt viele Kombinationen von Rollen und Rillen sowie Stegen, die bei einem Werkzeug nach der Erfindung möglich sind,jedoch nicht sämtliche Kombinationen arbeiten derart, daß .stets drei Rollen in Verbindungpit den Stegen stehen. Es gibt keine mathematische Beziehung zwischen der Anzahl der Rollen und der Anzahl der Rillen. Die Anzahl der · Rollen bei einem Werkzeug nach der Erfindung ist durch den Ausdruck 3n + 3x gegeben, wobei η eine ganze Zahl ist und χ eine Zahl der Reihe 0,3,6,9,12«.. 3m ist, wobei m = ganze Zahl ist.

Es gibt fernerhin keine mathematische Gleichung, die die Bogenlänge der Stege zwischen den Rillen wiedergibt. Bei der Konstruktion eines Werkzeugs nach der Erfindung muß daher die ungefähre Anordnung von Rillen, Stegen und Rollen experimentell bestimmt werden. Dabei kann man beispielsweise einen bekannten Dorn zehnfach vergrößert mit einer bekannten Größe der Polierrollen aufzeichnen. Zunächst muß dabei bestimmt- werden, wieviele Rollen notwendig sind, um mit dem Dorn zusammenzuarbeiten. Die maximale Anzahl von Rollen einer gegebenen Größe, die verwendet werden kann, wird bevorzugt. Anschließend werden die Rillen und Stege auf der Zeichnung der Dornoberfläche festgelegt. Dabei kann durch Überlagerungen, die die Rollen im Käfig darstellen, schrittweise fortgefahren werden und die notwendige Anordnung von Rillen und Stegen festgestellt werden, um sicherzustellen, daß wenigstens drei Rollen oder, falls erwünscht, auch mehr, stets in Berührung mit den Stegen stehen, die im Betrieb somit auch mit dem Werkstück in Berührung sind. Bsi dem beschriebenen Beispiel , bei dem die aneinander angrenzenden Stege unterschiedlich groß sind, wurde die Größe der Stege auf diese Weise bestimmt.

Im einfachsten Fall werden sechs Rollen mit drei Rillen

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in der Dornfläche verwendet, wobei die Stege zwischen den Rillen untereinander dieselbe Bogenlänge besitzen.

Dieses Verfahren ergibt eine Wirkung, bei der in der meisten Zeit drei Rollen in Berührung mit den. Stegen und dem Werkstück stehen, wobei drei Rollen in den Rillen abgehoben sind, außer bei einem sehr kleinen Drehwinkel, der bei etwa 0,03 Bogensekunden liegt, wenn alle sechs Rollen in Berührung mit dem Werkstück stehen und auf den Stegen reiten.

Falls mehr als sechs Rollen verwendet werden, sollen Rollen in Sätzen von drei, vier oder fünf verwendet werden.

Bei der Verwendung eines Satzes von drei Rollen ergeben sich die Zahlen sechs, neun, zwölf und fünfzehn. Bei einem Satz von vier Rollen ergeben sich die Zahlen acht, zwölf, sechzehn. Bei einem Satz von fünf Rollen ergeben.sich die Zahlen zehn; fünfzehn und zwanzig·*—·γZählen isnT $11- ' '" ' vorteilhaft, wenngleich sie ebenfalls ausgeführt werden kann, indem . die Sätze weiter fortgeführt werden. Mögliche Kombinationen sind· da-her neun und zwölf Rollen mit ,jeweils zwölf Rillen und fünfzehn Rollen mit vierundzwanzig Rillen. Ferner kann allgemein gesagt werden - mit Ausnahme der Mindestanzahl von sechs Rollen-,daß niemals weniger als ein Drittel oder mehr als zwei Drittel der Rollen in Berührung mit den Stegen und dem Werkstück stehen, wobei die Rillen als Aussparungen wirken.

- - Ansprüche 1098*2/1174

Claims (6)

18.März 1971 ,. Madison Industries,Inc.

Gu/gm/x Q

Patentansprüche

Prägepolierwerkzeug, gekennzeichnet durch einen Dorn (12,42) mit kegelstumpfförmiger Oberfläche, koaxial mit der Längsachse des Dorns, mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Rillen (24,26,28,52,56) in der Oberfläche, die durch an der Oberfläche ausgebildete Stege (25,27,54) getrennt sind, durch eine Vielzahl drehbarer Rollen (14,46), die an der Oberfläche anlie-' gen und in eine um den Dorn drehbare Halterung (16,44) montiert sind, die die Rollen unter gleichem Winkelabstand halten, deren Längsachse mit der des Dorns einen Winkel einschließt und durch eine Einrichtung zur Bewegung der Rollen relativ zum Dorn , in Richtung parallel zur Längsachse des Dorns, wobei wenigstens sechs Rollen vorgesehen sind und die Anzahl der Rollen und die Anzahl, Anordnung und Ausdehnung'der Rillen und Stege derart gewählt ist, daß in allen Betriebslagen'der Rollen bezüglich des Dorns wenigstens drei Rollen in Berührung mit den Stegen stehen.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenlängen der Stege (25»27»54) an entgegengesetzten Seiten jeder Rille (24,26,28,52,56) verschieden sind.

3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sechs Rollen (14,46), drei Rillen(24, 26,28,52,56) und drei Stege (25,27,54) vorgesehen sind.

4. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß. neun Rollen ( 14,46), zwölf Rillen (24,26,28,52,56).und zwölf Stege ( 25,27,5^) vorgesehen sind.

5. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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zwölf Rollen (14,46), zwölf Rillen (24,26,28,52,56) und zwölf Stege ( 25,27,,54) vorgesehen sind.

6. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß fünfzehn Rollen (14,46), vierundzwanzig Rillen (24,26, 28,52,56) und vierundzwanzig Stege (25,27,54) vorgesehen sind.

Der Patentanwalt:

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•feit

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