Verfahren und Vorrichtung zum Maßwalzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit einer konvexen und/oder konkaven Oberfläche aus einem verdichteten Sintermaterial oder aus gegosse- nem oder/und geschmiedetem Material, welche beispielsweise als Nocken oder dergleichen verwendet werden.

Derartige Werkstücke werden beispielsweise als mechanische Steuerelemente in Maschinen eingesetzt. Insbesondere ist das Werkstück eine Nocke in einer Verbrennungs- kraftmaschine, wobei die Nocke beispielsweise zur Steuerung eines Ein- oder Auslass- ventiles vorgesehen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Herstellungsverfahren von Werkstücken mit einer konvexen und/oder konkaven Oberfläche aus einem verdichteten Sinter- material oder aus gegossenem oder/und geschmiedetem Material eine Verbesserung einer Maßgenauigkeit insbesondere in Verbindung mit verbesserter Verschleißfestigkeit zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung zumindest teilweise ober- flächenverdichtete Werkstücke mit einer konvexen und/oder konkaven Oberfläche mit den Merkmalen des Anspruches 1 , durch eine Vorform für ein derartiges Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 12, durch ein Werkstück mit den Merkmalen des Anspruches 14, durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines zumindest teilweise oberflächenverdichteten Werkstückes mit den Merkmalen des Anspruches 20, durch ein Verfahren zur Aus- legung eines Walzwerkzeuges mit den Merkmalen des Anspruches 25 sowie durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruches 33. Vorteilhaft Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung zumindest teilweise oberflächenverdichteter Werkstücke mit einer konvexen und/oder konkaven Oberfläche aufweisend ein verdichtetes Sintermaterial oder ein gegossenes oder/und geschmiedetes Material, wird eine Vorform des Werkstückes mit einem lokal selektiven Aufmaß bezogen auf ein Endmaß des Werkstücks hergestellt und mittels wenigstens eines Walzwerkzeuges auf das Endmaß gewalzt.

Vorzugsweise wird das Werkstück dabei zumindest in einem Teilbereich einer Oberfläche zur Erzeugung einer verdichteten Randschicht an einer Oberfläche lokal variiert verdichtet.

Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wie beispielsweise Härte, Dichte oder Festigkeit. Insbesondere ermöglicht eine Oberflächenverdichtung eine höhere Verschleißbeständigkeit. Des Weiteren kann vorzugsweise auf einen insbesondere bei konkaven Konturen schwierig auszuführenden Schleifprozess verzichtet werden. Insbesondere ermöglicht das Verfahren ein präzises Kaliberwalzen der Werkstücke.

Ein Werkstück ist dabei beispielsweise eine Nocke, ein Exzenterhebel eine Steuerscheibe oder dergleichen.

Das verdichtete Sintermaterial wird insbesondere mit Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellt. Beispielsweise wird ein Metallpulver unter einem Druck in Verbindung mit einer Wärmebehandlung gesintert. Anstelle eines Sintermaterials kann auch ein gegossenes oder/und geschmiedetes Material verwendet werden. Insbesondere bei einem Sinterbeziehungsweise Gießvorgang wird dabei eine Sinter- beziehungsweise Gießform ver- wendet, die zumindest nahezu das Endmaß des herzustellenden Werkstückes aufweist. Bevorzugt wird als Vorform das direkt aus dem Sinterprozess oder einem Gießprozess resultierende Werkstück verwendet. In einer anderen Variante kann jedoch auch wenigstens ein weiterer Oberflächenbearbeitungsschritt nachgeschaltet werden. Die Vorform weist dabei ein Aufmaß auf, welches als Differenz zu einem Endmaß aufzufassen ist, wo- bei die Differenz vorzugsweise punktweise senkrecht zur Oberfläche definiert ist. Bei einem geschmiedeten Werkstück ist als Vorform das Werkstück in einem Stadium zu verstehen, welches nach dem Schmiedevorgang und gegebenenfalls einer weiteren Oberflächenbehandlung und vor dem Walzen auf das Endmaß vorliegt.

Als Walzwerkzeug wird beispielsweise eine Walze verwendet, welche insbesondere eine entsprechend ausgestaltete Oberflächenkonturierung aufweist, so dass die Oberflächen- konturierung auf der Kontur des Werkstückes abrollen kann. Insbesondere ist dabei ein Druck des Walzwerkzeuges auf das Werkstück einstellbar.

Vorzugsweise erfolgt das Walzen schlupffrei. Dabei werden insbesondere Scherbelastungen des Werkstückes vermieden.

Das lokal selektive Aufmaß ist insbesondere so bemessen, dass das Werkstück im Vergleich zur Vorform eine verdichtete Randschicht an einer Oberfläche aufweist. Bei einer auf ein Endmaß gewalzten gesinterten Vorform wird beispielsweise eine Dichte der Randschicht erzielt, welche gegenüber einem Kern der Vorform erhöht ist. Vorzugsweise ent- spricht die Dichte der verdichteten Randschicht zumindest der Dichte einer entsprechenden pulvergeschmiedeten Vorform aus dem gleichen Werkstoff. Insbesondere ist die Dichte der Randschicht bei einem gesinterten Werkstück um zumindest fünf Prozent erhöht gegenüber einer Kerndichte des Sinterwerkstoffes in der Vorform. In entsprechender Weise gelten die vorstehend dargelegten Ausführungen, wenn anstelle eines gesinterten Werkstückes ein gegossenes Werkstück betrachtet wird. Vorzugsweise ist auch bei einem gegossenen Werkstück eine Dichte der verdichteten Randschicht um zumindest fünf Prozent gegenüber einer Kerndichte der Vorform erhöht.

Bei geschmiedeten Werkstücken werden insbesondere Druckeigenspannungen durch den Walzprozess eingebracht, welche vorzugsweise eine Wälzfestigkeit verbessern.

Gemäß einer Weiterbildung wird über ein unterschiedliches Aufmaß entlang der Oberfläche der Vorform die jeweils unterschiedlich verdichtete Randschicht erzeugt. Das Aufmaß kann beispielsweise entlang einer Umlaufrichtung des Werkstückes variiert werden. Alter- nativ oder zusätzlich kann das Aufmaß auch quer zur Umlaufrichtung, das heißt in Richtung einer Drehachse des Werkstückes variiert werden. Beispielsweise kann das Aufmaß jeweils in einem oberen und einem unteren Randbereich der abrollenden Mantelfläche des Werkstückes so erhöht sein, dass in diesen Bereichen eine verstärkte Verdichtung der Randschicht erzielt wird. Vorzugsweise ermöglicht dies eine Verstärkung der Werk- stückkanten. In einer anderen Ausgestaltung kann jedoch auch ein mittlerer Bereich der abrollenden Mantelfläche mit einer höheren Verdichtung der Randschicht versehen sein. Insbesondere kann eine lokal an das Belastungsprofil des Werkstücks anpasste Verdichtung vorgesehen sein.

In einer Ausgestaltung wird das Werkstück über den gesamten Bereich seiner Oberfläche gleichmäßig verdichtet, um eine gleichbleibende, einheitliche Verdichtung zu erzielen. Vorzugsweise weist die gleichmäßige Verdichtung über den gesamten Bereich der Oberfläche ein gleiches Verdichtungstiefenprofil auf. Insbesondere wird das Aufmaß dazu lokal derart angepasst, dass trotz unterschiedlich gekrümmter Oberflächen beim Walzen des Werkstückes eine einheitliche Verdichtung resultiert. Insbesondere ist das lokal selektive Aufmaß dabei nicht konstant über die gesamte Oberfläche vorgesehen.

Als Werkstück wird gemäß einer Weiterbildung ein Nocken oder eine Nockenwelle hergestellt. Dabei erfolgt vorzugsweise eine Härtung einer Mantelfläche des Nocken. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, ein Lager der Nockenwelle maßzuwalzen.

Bezüglich des lokal selektiven Aufmaßes ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Betrag eines maximalen lokalen Aufmaßes wenigstens 20 μm, bevorzugt wenigstens 50 μm und insbesondere maximal 500 μm beträgt. Das maximale Aufmaß tritt dabei in wenigstens einem Teilbereich der Oberfläche auf.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Betrag des maximalen lokalen Aufmaßes zwischen 0,0001 und 0,005 eines vollen Umfanges der Vorform beträgt, welcher beim Walzen überstrichen wird. Alternativ kann der Betrag des maximalen lokalen Aufmaßes statt auf den überstrichenen Umfang auf einen wirksamen Kreisdurchmesser bezogen werden. Der wirksame Kreisdurchmesser ist dabei als kleinster Kreis zu verstehen, in welchen eine Drehbewegung des bei einem Walzen gedrehten Werkzeuges einbeschrieben werden kann. Insbesondere kann bei großen Bauteilen ein größeres maximales Aufmaß als 500 μm erzielt werden. Ein größeres Werkstück ist beispielsweise ein Schiffsnocken.

Bei einer Durchführung des Verfahrens ist gemäß einer Variante vorgesehen, dass die Vorform und das Walzwerkzeug aufeinander abgewälzt werden sowie das das Walzwerkzeug solange zugestellt wird, bis das Endmaß des Werkstücks erreicht ist. Dazu wird beispielsweise eine Drehachse des Walzwerkzeuges auf eine Drehachse des Werkstückes sukzessive zubewegt. Ein Walzvorgang dauert dabei beispielsweise einige zehn Umdre- hungen, vorzugsweise kürzer. Beispielsweise kann anhand von Serienuntersuchungen festgestellt werden, welche Umdrehungsanzahl bei welcher Vorschubsgeschwindigkeit zur Erzielung des Endmaßes erforderlich ist.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren einen Härtungsprozess, insbesondere einen thermischen und/oder chemischen Oberflächenhärtungsprozess. Als thermischer und/oder chemischer Härtungsprozess wird beispielsweise eine Einsatzhärtung verwendet. Bevorzugt wird dabei neben einer Erhöhung der Härte ein Abbau von Verspannungen erzielt. In einer weiteren Variante wird beispielsweise ein Carbonitrierungsprozess verwendet. Des Weiteren kann ein Nitrier- beziehungsweise Nitrocarborierprozess sowie ein Borierprozess verwendet werden. Insbesondere wird bei diesen Prozessen in Verbindung mit einer Wärmebehandlung ebenfalls eine Verringerung einer Verspannung erzielt. Durch Einstellung eines Prozessdrucks kann ebenfalls Einfluss auf die Härtung genom-

men werden. Beispielsweise kann ein Vakuum eingestellt werden, insbesondere wenn eine Einsatzhärtung vorgenommen wird. Auch besteht die Möglichkeit, eine Induktionshärtung vorzunehmen. Vorzugsweise ermöglicht der Härtungsprozess eine weitere Verbesserung der Oberflächenhärtung.

Für eine Durchführung des Verfahrens ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass es die Schritte

Einfüllen eines Sintermetalls in eine Form, die eine Innengeometrie zur Bildung ei- ner Vorform aufweist, wobei zumindest in einem Teilbereich des Werkstücks ein

Aufmaß gebildet wird;

Pressen des Sintermaterials, so dass eine Vorform entsteht;

Sintern der gepressten Vorform;

- Oberflächenwalzen von zumindest einem Teilbereich der konvexen und/oder kon- kaven Oberfläche

umfasst.

Die Form ist dabei insbesondere in einer Presse vorgesehen. Beispielsweise ist die Form in einer Oberfläche eines Pressenstempels vorgesehen.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verfahren zusätzlich wenigstens einen der Schritte:

- Vorsintern der gepressten Vorform;

Sinterhärten des Bauteils in Verbindung mit dem Sintern;

Feinbearbeiten wenigstens einer Bohrung;

Einsatzhärten;

Feinbearbeiten; - Feinwalzen

umfasst.

Das Vorsintern ist beispielsweise vorgesehen, um Reaktionen im Sintermaterial ablaufen zu lassen, jedoch insbesondere ohne eine Verformbarkeit des Sintermaterials zu beeinträchtigen.

Für eine Reihenfolge beziehungsweise Abfolge verschiedener Prozessschritte können verschiedene Varianten vorgesehen sein. In einer ersten Variante ist die Abfolge Pressen - Vorsintern - Walzen - Sintern - Einsatzhärten und Feinbearbeitung vorgesehen.

In einer zweiten Variante ist die Abfolge Pressen - Sintern und Einsatzhärten in einem Prozess - Walzen - und, sofern erforderlich, Feinbearbeitung vorgesehen.

Des Weiteren ist in einer anderen Variante die Reihenfolge Pressen - Vorsintern - Walzen - Sintern und Sinterhärten in einem Prozess - Feinbearbeitung vorgesehen.

Schließlich aber für die Kombinationsmöglichkeiten der verschiedenen Prozessschritte nicht abschließend ist in einem weiteren Verfahren eine Abfolge der Schritte Pressen - Sintern - Walzen - Einsatzhärten - Feinbearbeitung einer Bohrung - Feinwalzen der Außendurchmesser vorgesehen.

Vorzugsweise erlaubt die zuletzt dargestellte Prozesskette einen Einsatz des Präzisionswalzens anstelle eines Schleifvorganges.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorform für ein Verfahren, insbesondere für ein Ver- fahren gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen, wobei wenigstens ein erster Oberflächenbereich und einer zweiter Oberflächenbereich eines Werkstückes mit einer konvexen und/oder konkaven Oberfläche jeweils voneinander abweichende

Aufmaße aufweisen. Bei einer Nocke ist der erste Oberflächenbereich beispielsweise der

Bereich, der bei einem Betätigungsvorgang eines Gaswechselventiles während eines öffnungsvorganges in Kontakt tritt. In diesem ersten Oberflächenbereich ist das Aufmaß beispielsweise größer ausgelegt als in einem übrigen Umfangsbereich des Nocken.

In einer Variante ist ein negatives Aufmaß vorgesehen, welches lokal unter einem Endmaß liegt. Das Endmaß wird in einem Bereich negativen Aufmaßes beispielsweise durch Materialumverteilung benachbarter Bereiche bei einem Walzvorgang erzielt. Insbesondere ist dazu in benachbarten Bereichen ein erhöhtes Aufmaß vorgesehen, so dass bei Einebnung dieses lokalen Aufmaßes bei einem Walzvorgang eine plastische Materialumverteilung vorliegt.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Werkstück mit einer konvexen und/oder konkaven Oberfläche aus einem metallischen Sinterwerkstoff oder einem gegossenen oder/und

geschmiedeten Material, wobei das Werkstück zumindest in einem Teilbereich seiner O- berfläche eine lokal variierte Verdichtung aufweist.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der gesamte Bereich der Oberfläche gleich- mäßig verdichtet ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Werkstück um einen Nocken oder eine Nockenwelle.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Werkstück mit einem weiteren funktionalen Bauteil, insbesondere einer Welle, gefügt ist. Anstelle einer Fügung kann auch eine Versinterung vorgesehen sein. Beispielsweise können Nocken mit einer gegossenen oder geschmiedeten Welle gefügt oder versintert sein. In einer anderen Variante kann auch die gesamte Nockenwelle gesintert sein.

Als Sinterwerkstoff können verschiedene Materialen vorgesehen sein. In einer ersten Va- riante ist vorgesehen, dass ein Eisenwerkstoff als Hauptbestandteil des Sinterwerkstoffes und jeweils wenigstens ein Legierungsbestandteil aus der Gruppe Kohlenstoff, Molybdän, Nickel, Kupfer, Mangan, Chrom und Vanadium ausgewählt ist.

In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass Hauptbestandteil des Sinterwerkstoffes Kupfer, eine Chrom-Nickel-Legierung, Aluminium oder Titan ist. Ein Werkstück mit Hauptbestandteil des Sinterwerkstoffes Kupfer wird beispielsweise als Gleitlager eingesetzt. Eine Chrom-Nickel-Legierung als Hauptbestandteil wird vorzugsweise bei Hochtemperaturlegierungen verwendet.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung eines zumindest teilweise oberflächenverdichteten Werkstückes mit einer konvexen und/oder konkaven Oberfläche zur Durchführung eines Verfahrens insbesondere gemäß einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen, wobei die Vorrichtung eine Spannvorrichtung zur Aufnahme wenigstens einer Vorform auf einer Welle und wenigstens ein auf einer parallelen Welle angeordnetes Walzwerkzeug zur Verdichtung des Aufmaßes mittels einer Wälzbewegung aufweist, wobei zumindest eine der Wellen auf die andere Welle zubewegbar ist. Als Steuerung der Bewegung der Welle ist vorzugsweise eine Weg- oder/und Kraftsteuerung vorgesehen. Insbesondere kann ein vorgegebenes Kraft-Verschiebungsprofil eingestellt werden.

In einer Ausgestaltung können zwei oder mehr auf parallelen Wellen angeordnete Walzwerkzeuge zur Verdichtung des Aufmaßes vorgesehen sein. Bei mehr als zwei Walzwerkzeugen sind diese vorzugsweise gleichmäßig um die Welle der Vorform herum an-

geordnet. Zur Vermeidung von Biegebelastungen können die Walzwerkzeuge um die Werkzeugdrehachse herum bewegt werden. Insbesondere können mehrere Walzwerkzeuge zueinander um die Werkzeugdrehachse verdreht sein. Dies wird beispielsweise bei einer Nockenwelle mit zueinander verdrehten Nocken eingesetzt.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest zwei Vorformen in der Spannvorrichtung haltbar und gleichzeitig bearbeitbar sind, wobei die Walzwerkzeuge eine größere Länge aufweisen als eine addierte Länge zumindest beider Vorformen. Eine Länge der Walzwerkzeuge ist dabei in axialer Richtung zu verstehen. Gleichermaßen gilt dies für die Länge der Vorformen. Insofern entspricht eine Länge der Vorform bei einer Nocke zum Beispiel einer Nockenbreite. Vorzugsweise ermöglicht eine derartige Anordnung einen erhöhten Durchsatz beim Maßwalzen. Des Weiteren wird vorzugsweise eine geringere Serienstreuung im Vergleich zu auf verschiedenen Walzwerkzeugen gewalzten Werkstücken erzielt.

Die Vorformen können dabei in axialer Richtung dicht gestapelt gemeinsam gewalzt werden. In einer anderen Ausgestaltung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen den Vorformen ein Abstand angeordnet ist, wobei die Walzwerkzeuge längs der Welle über beide äußeren Stirnflächen der Vorformen hinausragen. Vorzugsweise ermöglicht dies ein kontrolliertes Walzen der Kanten.

In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der Walzwerkzeuge in axialer Richtung segmentiert ist. Beispielsweise kann jeweils ein Segment einer Vorform zugeordnet sein.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass als Vorform eine Nockenwelle mit ihrer Achse in die Spannvorrichtung einspannbar ist. Insbesondere in Verbindung mit einem axialsegmentierten Walzwerkzeug ermöglicht dies ein gleichzeitiges Walzen mehrerer Nocken und/oder Lagerbereiche. Vorzugsweise wird dabei eine hohe Präzision der ge- samten Nockenwelle in einem einzigen Walzarbeitsgang ermöglicht.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, zeitlich sequentiell jeweils ein Element der Nockenwelle zu walzen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, zunächst einen Nocken und in einem weiteren Schritt anschließend einen zweiten Nocken und/oder ein Lager der No- ckenwelle maßzuwalzen.

Vorzugsweise ist bei den Vorrichtungen gemäß einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen eine Bewegung zumindest einer Welle vorgesehen, bei der die Vorform in Eingriff mit einem Walzwerkzeug zur Oberflächenverdichtung gelangt. Insbesondere sind die Wellen der Vorform sowie des Walzwerkzeuges separat und synchronisiert angetrieben. Bei- spielsweise weisen die Wellen dazu jeweils einen separaten Antrieb auf oder sind mechanisch miteinander verkoppelt. In einer anderen Variante kann jedoch auch vorgesehen sein, zumindest die Welle der Vorform antriebslos zu gestalten.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Auslegung eines Walzwerkzeuges zur Erzielung einer Oberflächenverdichtung eines sintermetallenen oder gegossenen o- der/und geschmiedeten Werkstückes bei einem Wälzvorgang, wobei eine Geometrie eines Wälzwerkzeugs iterativ unter Berücksichtigung des notwendigen Aufmaßes am Werkstück zur Erzielung der geforderten Oberflächenverdichtung ermittelt wird.

Das notwendige Aufmaß wird beispielsweise anhand eines erforderlichen Härtungsprofiles ermittelt. Dies kann sowohl experimentell als auch durch eine Simulation eines Verdichtungsvorganges bei einem Wälzvorgang ermöglicht werden.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt ein zumindest in einem Teilbereich der Oberfläche definierbares Aufmaß einer Vorform des Werkstückes anhand wenigstens einer Konstruktionsvorgabe automatisch generiert wird, in einem zweiten Schritt eine Geometrie eines Walzwerkzeuges automatisch generiert wird, in einem dritten Schritt ein Wälzprozess und ein dabei erzeugter lokaler Verlauf einer Verdichtung des Werkstückes simuliert wird und in einem vierten Schritt eine automati- sehe Bewertung des erzeugten Verlaufes der Verdichtung mit einer Vorgabe verglichen wird sowie gegebenenfalls das Verfahren ab dem ersten Schritt unter Anwendung wenigstens einer Variation zur Optimierung wiederholt wird, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist.

Zur Simulation des bei einem Wälzprozess erzeugten lokalen Verlaufes einer Verdichtung des Werkstückes wird beispielsweise unter Verwendung insbesondere der elastischen und plastischen Eigenschaften der Vorform sowie gegebenenfalls des Walzwerkzeuges die Kinematik des Abwälzvorganges simuliert. Für die Simulation der elastischen beziehungsweise plastischen Eigenschaften der Vorform wird beispielsweise auf Modelle der Kontinuumsmechanik in Verbindung mit einer diskreten Lösung mittels beispielsweise Finite-Elemente- beziehungsweise Finite-Volumen-Methoden zurückgegriffen.

Die Konstruktionsvorgabe wird vorzugsweise aus der Gruppe umfassend Materialdichte, Geometrie und Druckverteilung ausgewählt. Des Weiteren wird als Konstruktionsvorgabe beispielsweise eine Geometrie des Werkzeuges, eine gewünschte Verteilung einer Oberflächenhärte, und/oder eine Materialvorgabe oder dergleichen vorgegeben.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest einer der Schritte in dem Verfahren durch eine Vorgabe ersetzt wird.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Form des Walzwerkzeuges durch eine Simulation eines Abwälzvorganges eines mit dem Endmaß versehenen Werkstückes auf dem Walzwerkzeug ermittelt wird, wobei ein Achsabstand zwischen Walzwerkzeug und Werkstück so bestimmt wird, dass eine Bogenlänge des Werkzeugumfangs eine Bogenlänge des Werkstückes oder ein ganzzahliges Vielfaches davon beträgt. Eine Ermittlung des Achsabstandes erfolgt dabei vorzugsweise iterativ. In einer Variante kann auch vorgesehen sein, dass die Bogenlänge des Werkstückes ein ganzzahliges Vielfaches der Bogenlänge des Werkstückes beträgt.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein Umfang des Werkstückes stückweise aus Kreisbögen zusammengesetzt und parametrisiert wird. Vorzugsweise ermöglicht dies eine Reduktion zur geometrischen Beschreibung des Werkstückes erforderlicher Parameter.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Umfang das mit dem Endmaß versehenen Werkstückes bezogen auf eine Werkstückdrehachse mittels Werkstückradi- us p und Werkstückdrehwinkel α parametrisiert und ein Umfang des Walzwerkzeuges bezogen auf eine Walzwerkzeugdrehachse mittels Walzwerkzeugradius p _wz und Walzwerkzeugdrehwinkel αwz dadurch ermittelt und parametrisiert, dass ein Achsabstand A zwischen Werkstückdrehachse und Walzwerkzeugdrehachse vorgegeben wird, ausgehend von einem Startpunkt der jeweilige Walzwerkzeugradius p _wz als Differenz zwischen dem Achsabstand A und dem jeweiligen Werkstückradius bestimmt wird, der Werkstückdrehwinkel zur Bestimmung weiterer Walzwerkzeugradien sukzessive um eine Winkeldifferenz δα inkrementiert wird und der Walzwerkzeugdrehwinkel um eine Winkeldifferenz δαwz inkrementiert wird, welche so bemessen ist, dass die den jeweiligen Winkeldifferenzen zugehörigen Bogenlängen auf Werkstückumfang und Walzwerkzeugumfang gleich groß sind, wobei der Achsabstand so bestimmt wird, dass die Bogenlänge des Walzwerk- zeugumfangs eine Bogenlänge des Werkstückumfanges oder ein ganzzahliges Vielfaches davon beträgt. Vorzugsweise ermöglicht dies ein reines Abrollen des Walzwerkzeuges auf

dem Werkstück. Insbesondere werden Gleit- beziehungsweise Scherbewegungen verhindert. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Bogenlänge des Werkstückes ein ganzzahliges Vielfaches der Bogenlänge des Werkstückes beträgt.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Verfahren zur Auslegung eines Walzwerkzeuges gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Das computerlesbare Medium ist beispielsweise ein elektronisches, optisches, magneto- optisches oder magnetisches Medium oder dergleichen. Insbesondere kann als computerlesbares Medium ein Speicherchip verwendet werden. Des Weiteren kann auch ein Fernspeicher, beispielsweise mittels eines Computernetzwerkes realisiert sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Computerprogramm in einer Steuerungseinheit eines Walzwerkzeuges hinterlegt ist. Es kann jedoch auch auf einem separaten Simulations- rechner vorgesehen sein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen beispielhaft erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dort dargestellten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschrei- bung sowie der Zeichnung enthaltene Merkmale zur Weiterbildungen miteinander kombinierbar.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Walzwerkzeuganordnung,

Fig. 2 eine zweite Walzwerkzeuganordnung,

Fig. 3 ein Werkstück,

Fig. 4 eine vierte Walzwerkzeuganordnung,

Fig. 5 eine fünfte Walzwerkzeuganordnung und

Fig. 6 eine sechste Walzwerkzeuganordnung.

Fig. 1 zeigt eine erste Walzwerkzeuganordnung 1. Diese umfasst ein erstes Walzwerkzeug 2 sowie ein zweites Walzwerkzeug 3, welche an einer ersten Walzwerkzeugachse 4 beziehungsweise einer zweiten Walzwerkzeugachse 5 drehbar gelagert sind. Auf einer Verbindungslinie 6 der ersten und der zweiten Walzwerkzeugachse 4; 5 ist ein Werkstück 7 an einer Werkstückachse 8 drehbar gelagert. Eine erste Mantelfläche 9 und eine zweite Mantelfläche 10 des ersten Walzwerkzeuges 2 beziehungsweise des zweiten Walzwerkzeuges 3 sind jeweils so ausgestaltet, dass das Werkstück 7 und das erste Walzwerkzeug beziehungsweise das zweite Walzwerkzeug 3 aufeinander abrollen können. Zum Abrollen werden die Walzwerkzeuge 2; 3 in einer Walzwerkzeugdrehrichtung 11 rotiert und das Werkstück 7 in einer Werkstückdrehrichtung 12 rotiert. Eine Bogenlänge des Walzwerk- zeugumfanges entlang der ersten beziehungsweise der zweiten Mantelfläche 9 entspricht dabei der fünffachen Bogenlänge eines Umfanges Werkstückes 7. Dementsprechend wird die Werkstückachse 8 mit der fünffachen Geschwindigkeit der ersten beziehungsweise zweiten Walzwerkzeugachse 4; 5 angetrieben.

Die erste Walzwerkzeugachse 4 und die zweite Walzwerkzeugachse 5 sind mittels einer nicht dargestellten Zustellvorrichtung relativ zur Werkstückachse 8 verschiebbar. Eine Verschiebung erfolgt dabei so, dass die Achsen 11 ; 8; 5 parallel zueinander ausgerichtet bleiben.

Im Folgenden werden gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 2 zeigt eine zweite Walzwerkzeuganordnung 13. Diese umfasst im Unterschied zur ersten Walzwerkzeuganordnung 1 in Fig. 1 lediglich ein einziges erstes Walzwerkzeug 2. Eine erste Mantelfläche 9 des ersten Walzwerkzeuges 2 ist dabei wiederum so ausgestaltet, dass das Walzwerkzeug 2 auf einem Werkstück, welches hier eine Nocke ist, abrollen kann. Das Werkstück 7 weist einen ersten konkaven Bereich 14 und zweiten konkaven Bereich 15 auf. Diese Bereiche 14; 15 sind gegenüber einem ersten konvexen Bereich 16 sowie einem zweiten konvexen Bereich 17 üblicherweise schwieriger schleiftechnisch zu bearbeiten. Vorzugsweise ermöglicht der Walzvorgang einen Verzicht auf einen derartigen Schleifvorgang.

Fig. 3 zeigt ein Werkstück 7. Dieses Werkstück 7 ist ein Nocken, welcher beispielsweise für eine Ventilsteuerung in einer Verbrennungskraftmaschine verwendet wird. Eine Kon- turlinie 18 des Werkstückes 7 wird in einem Koordinatensystem 19 dadurch dargestellt, dass jedem Punkt der Konturlinie 18 ein Radius 20 und ein Drehwinkel α zugeordnet werden. Ein Ursprung 21 des Koordinatensystemes 19 wird dabei in einen Drehpunkt 22 des

Werkstückes 7 gelegt. Dieser Drehpunkt 22 entspricht einem Mittelpunkt der Werkstückachse beispielsweise in Fig. 1. Zur vereinfachten Darstellung der Konturlinie wird diesel- bige stückweise aus Kreisbogenabschnitten zusammengesetzt. Im Einzelnen ist die Konturlinie 18 aus einem ersten Kreisbogenabschnitt 23, einem zweiten 24, einem dritten 25 und einem vierten Kreisbogenabschnitt 26 stückweise zusammengesetzt. Diese Kreisbogenabschnitte 23; 24; 25; 26 werden jeweils durch einen Kreismittelpunkt 27 sowie einen Kreisradius 28 parametrisiert. Dies ist am Beispiel des zweiten Kreisbogenabschnittes 24 in der Figur dargestellt. Für die anderen Kreisbogenabschnitte 23; 25; 26 sind die Kreismittelpunkte beziehungsweise Kreisradien nicht im Einzelnen dargestellt. Für den ersten Kreisbogenabschnitt 23 fällt jedoch der entsprechende Mittelpunkt mit dem Ursprung 21 des Koordinatensystemes 19 zusammen.

Bei einem gegebenen Kreisradius R und einem Ursprung 21 des Koordinatensystems (xo, yo) ist die y-Koordinate beispielsweise gemäß der folgenden Gleichung parametrisiert:

y = y _o + ^R ² - (X - X ₀ ) ²

Damit lassen sich ein Radius p und ein Winkel α gemäß der folgenden Gleichungen berechnen:

V a = arctg — x

Auf diese Weise kann für jeden Punkt x, y auf der Konturlinie 18 ein Radius p und ein Winkel α zugeordnet werden.

Mit einer entsprechenden Vorgehensweise kann eine Parametrisierung eines nicht dargestellten Walzwerkzeuges erfolgen. Hierzu wird beispielsweise ein in Figur 1 gezeigtes erstes Walzwerkzeug 2 in entsprechender Weise parametrisiert, wobei als Ursprung des Koordinatensystemes ein Mittelpunkt der entsprechenden Walzwerkzeugachse gewählt wird.

Die Konturlinie 18 ist die Konturlinie nach einem Walzvorgang. Vor einem Walzvorgang liegt eine entsprechende zweite Konturlinie 29 mit einem lokal variierenden Aufmaß 30 vor. Das lokal variierende Aufmaß 30 wird bei einem Walzvorgang sukzessive verringert, so dass schließlich die Konturlinie 18 erzielt wird. Entsprechend resultiert ein Verdichtungsprofil, welches hier schematisch mit einer Verdichtungslinie 31 angedeutet ist. Diese Verdichtungslinie 31 gibt an, bis in welche Tiefe des Werkstückes 7 eine Verdichtung er-

folgt. In einem Inneren 32 des Werkstückes erfolgt vorzugsweise keine Verdichtung. Eine Dichte im Inneren 32 des Werkstückes 7 entspricht vielmehr nach einem Walzvorgang einer Dichte, welche bereits in einer Vorform des Werkstücks 7 nach einem Herstellungs- prozess der Vorform vorlag.

Fig. 4 zeigt eine dritte Walzwerkzeuganordnung 33. Diese umfasst wiederum ein erstes Walzwerkzeug 2 sowie ein zweites Walzwerkzeug 3, welche an einer ersten Walzwerkzeugachse 4 beziehungsweise einer zweiten Walzwerkzeugachse 5 drehbar gelagert sind. Zur Verbesserung eines Durchsatzes eines Walzverfahrens sind auf einer Werk- stückachse 8 eine erste Vorform 34 und eine zweite Vorform 35 befestigt. Zwischen den Vorformen 34, 35 ist ein Abstand 36 vorgesehen. Des Weiteren ist eine Länge 37 der Walzwerkzeuge 2, 3 so bemessen, dass die Walzwerkzeuge 2, 3 über eine erste Stirnfläche 38 beziehungsweise eine zweite Stirnfläche 39 der ersten Vorform 34 beziehungsweise der zweiten Vorform 35 hinausragen.

In einer nicht dargestellten Variante kann auch vorgesehen, dass die erste Vorform 34 und die zweite Vorform 35 axial eng aufeinander gestapelt sind.

Fig. 5 zeigt eine vierte Walzwerkzeuganordnung 40. Diese umfasst wiederum ein erstes Walzwerkzeug 2 und ein zweites Walzwerkzeug 3, welche an einer Wälzwerkzeugachse 4 und einer zweiten Walzwerkzeugachse 5 drehbar gelagert sind. Die Walzwerkzeuge 2; 3 weisen dabei eine Reihe von Segmenten 2.1 bis 2.4 sowie 3.1 bis 3.4 auf. Die Walzwerkzeuge 2; 3 sind zum Walzen einer Nockenwelle 41 vorgesehen. Diese ist mit ihrer Nockenwellenachse 42 drehbar gelagert. Die Nockenwelle 41 umfasst dabei einen ersten Nocken 43, einen zweiten 44, einen dritten 45 und einen vierten Nocken 46. Die Nocken 43, 44, 45, 46 sind jeweils gegeneinander auf der Nockenwellenachse 42 verdreht, so dass in der dargestellten Aufsicht aufgrund einer Projektion die Längen unterschiedlich erscheinen. Die Segmente 2.1 bis 2.4 sowie 3.1 bis 3.4 der Walzwerkzeuge 2; 3 sind jeweils so angeordnet, dass diese mit jeweils einem der Nocken 43, 44, 45, 46 in Eingriff gebracht werden. In einer nicht dargestellten Variante kann zusätzlich oder alternativ zu den Nocken 43, 44, 45, 46 auch ein Lagerbereich der Nockenwelle 41 maßgewalzt werden. Hierzu können insbesondere zusätzliche Segmente der Walzwerkzeuge 2; 3 vorgesehen sein.

Die Nocken 43, 44, 45, 46 sind vorzugsweise auf der Nockenwellenachse 42 angefügt oder angesintert. In einer anderen Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass die

Nocken während eines Walzvorganges auf der Nockenwellenachse 42 gleichzeitig beim Maßwalzen befestigt werden.

Fig. 6 zeigt eine sechste Walzwerkzeuganordnung 47, welche im Wesentlichen dem Aufbau der ersten Walzwerkzeuganordnung entspricht. Im Unterschied zu dieser sind ein erstes Walzwerkzeug 2 sowie ein zweites Walzwerkzeug 3 jedoch so ausgestaltet, dass eine Umdrehung des ersten und des zweiten Walzwerkzeuges 2; 3 einer Umdrehung eines dazwischen eingespannten Werkstückes 7, welches ein Nocken ist, entspricht. Dementsprechend sind Walzwerkzeugdrehzahl und Werkstückdrehzahl identisch.