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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR THE ROLLER-STRAIGHTENING OF CRANKSHAFTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/092920
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the roller-straightening of crankshafts (8, 8') with the aid of fixed rolling tools (1 to 7), in particular fixed rolling rollers (18, 19), which, while the crankshaft (8, 8') is being turned about its axis of rotation (21), are pressed with a straightening rolling force (27, 30) that is continuously changing over the circumference of a bearing journal (H1 to H5, P1 to P4) into the recesses (14 to 17) or radii that delimit the bearing journals (Hi, Pi) on both sides. The roller-straightening is carried out by determining at each main bearing (Hi) of the crankshaft (8, 8') the single vector (34) of the throw in terms of magnitude and direction (35), ascertaining from the single vectors (34) the greatest vector (45) or the resultant vector (35) and then roller-straightening the main bearing journal (Hi) and the crankpin (Pi) of the crankshaft (8, 8') with a roller-straightening force (27, 30, 49, 50) which lies in direction (26) of the greatest vector (45) or the resultant vector (25) and which lies in magnitude (25) between the values 0 and a multiple of the greatest vector (45) or the resultant vector (25).

Inventors:
NOLTEN, Hans (In Lövenich 84, Erkelenz, 41812, DE)
BRUNEN, Heinz Josef (Am Kammerbusch 16a, Erkelenz, 41812, DE)
Application Number:
DE2011/002186
Publication Date:
July 12, 2012
Filing Date:
December 22, 2011
Export Citation:
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Assignee:
HEGENSCHEIDT-MFD GMBH & CO. KG (Hegenscheitdt Platz, Erkelenz, 41812, DE)
NOLTEN, Hans (In Lövenich 84, Erkelenz, 41812, DE)
BRUNEN, Heinz Josef (Am Kammerbusch 16a, Erkelenz, 41812, DE)
International Classes:
B21H7/18; B21D3/16
Foreign References:
EP0275876A21988-07-27
DE10202564B42005-08-11
US5001917A1991-03-26
DE8801000U11988-05-05
JPS59101228A1984-06-11
DE3037688C21982-12-02
DE2920889C21983-06-01
DE10202564B42005-08-11
DE10060219B42004-12-02
Attorney, Agent or Firm:
FINDEISEN, Andreas et al. (Pornitzstrasse 1, Chemnitz, 09112, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Richtwalzen von Kurbelwellen mit Hilfe von Festwalzwerkzeugen, insbesondere von Festwalzrollen, die, während die Kurbelwelle um ihre Drehachse gedreht wird, mit über dem Umfang eines Lagerzapfens stetig wechselnder Richtwalzkraft in die Einstiche oder Radien gedrückt werden, welche den Lagerzapfen zu beiden Seiten begrenzen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s man während oder nach dem Festwalzen

- an jedem Hauptlager (H,) der Kurbelwelle (8,8') den Einzelvektor (44,45,46,47) des Schlages nach Größe und Richtung bestimmt,

- aus den Einzelvektoren (44,45,46,47) den größten Vektor (45) nach Größe und Richtung (48) ermittelt und unterdessen

- wenigstens einen Lagerzapfen (Η,, P,) der Kurbelwelle (8,8') mit einer Richtwalzkraft (46,50) richtwalzt, die in der Richtung (48) des größten Vektors (45) liegt und in der Größe Werte annimmt, die zwischen dem Wert 0 und einem mehrfachen Wert der Größe des größten Vektors (45) liegt.

2. Verfahren zum Richtwalzen von Kurbelwellen mit Hilfe von Festwalzwerkzeugen, insbesondere von Festwalzrollen, die, während die Kurbelwelle um ihre Drehachse gedreht wird, mit über dem Umfang eines Lagerzapfens stetig wechselnder Richtwalzkraft in die Einstiche oder Radien gedrückt werden, welche den Lagerzapfen zu beiden Seiten begrenzen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s man während oder nach dem Festwalzen

- an jedem Hauptlager (H|) der Kurbelwelle (8,8') den Einzelvektor (34,35,36,37,38) des Schlages nach Größe und Richtung (39,40,41 ,42,43) bestimmt,

- aus den Einzelvektoren (34,35,36,37,38) den resultierenden Vektor (25) nach Größe und Richtung (26) ermittelt und unterdessen

- wenigstens einen Lagerzapfen (Hh P,) der Kurbelwelle (8,8') mit einer Richtwalzkraft (27,30) richtwalzt, die in der Richtung (26) des resultierenden Vektors (25) liegt und in der Größe Werte annimmt, die zwischen dem Wert 0 und einem mehrfachen Wert der Größe des größten Vektors (25) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d ad u rc h g eke n nze i ch n e t, dass man die Größe der Richtwalzkraft (27, 30 bzw.49,50) von Lagerzapfen (Hh P,) zu Lagerzapfen (Hi; P,) verändert.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da d u rch g e k e n nze i ch net, d a ss man das Richtwalzen in process, d. h. während des Festwalzens ausführt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass man den resultierenden Vektor (25) des Schlages durch vektorielle Addition der Einzelvektoren (34,35,36,37,38) der Schläge bestimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u rch g eke n n ze i c h n e t, d ass man die gesamte axiale Länge einer Kurbelwelle (8,8') in einzelne Längenabschnitte unterteilt und die einzelnen Längenabschnitte gesondert richtwalzt.

Description:
Verfahren zum Richtwalzen von Kurbelwellen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richtwalzen von Kurbelwellen mit Hilfe von Festwalzwerkzeugen, insbesondere von Festwalzrollen, die, während die Kurbelwelle um ihre Drehachse gedreht wird, mit über dem Umfang eines Lagerzapfens stetig wechselnder Richtwalzkraft in die Einstiche oder Radien gedrückt werden, welche den Lagerzapfen zu beiden Seiten begrenzen.

Aus DE 30 37 688 C2 ist ein Verfahren zum Richtwalzen von Kurbelwellen bekannt. Nach diesem Verfahren wird eine Kurbelwelle einer zu walzenden Serie mit einer konstanten Kraft F 0 festgewalzt, die etwa 1/3 der Mindestfestwalzkraft zur Erzielung der gewünschten Dauerfestigkeit entspricht. Hiernach wird die Kurbelwelle entnommen und der Verlauf und die Größe der eingetretenen Winkelaufweitungen gemessen. Anschließend wird durch entsprechende Maschineneinstellung mit einer Kraft F richtgewalzt, die in ihrem Verlauf über den Drehwinkel der Kurbelwelle etwa proportional ist dem Verhältnis von größter Winkelaufweitung zu örtlicher Winkelaufweitung. Nach diesem bekannten Verfahren wird also der Schlag der Kurbelwelle, den sie durch das Festwalzen erhält, anhand der Winkelaufweitungen der Kurbelwangen gemessen. Diese Art der Messung ist umständlich und auch ungenau. Außerdem kann immer nur eine bestimmte Serie, d.h. eine vorgegebene Anzahl von gleichartigen Kurbelwellen, nach dem bekannten Verfahren gerichtet werden. Dazu wurden sogenannte Richtwalztabellen erstellt, nach denen sodann jede Kurbelwelle der zu walzenden Serie nach immer demselben Schema richtgewalzt wird. Das setzt eine hohe Fertigungskonstanz bei den festzuwalzenden Kurbelwellen voraus. Individuelle Abweichungen einzelner Kurbelwellen können hierbei nicht berücksichtigt werden. Außerdem ist es aus der vorgenannten Schrift bekannt, die Festwalzkraft über dem Verlauf des Umfangs des zu walzenden Lagerzapfens stetig zu ändern. Der stetige Übergang von minimaler zu maximaler Festwalzkraft schont Maschine und Werkzeuge.

Aus der DE 29 20 889 C2 ist es darüber hinaus bekannt, die Festwalzkraft oszillieren zu lassen.

Aus der DE 102 02 564 B4 ist ein Verfahren zum Fest-und Richtwalzen einer Kurbelwelle aus einer Serie von gleichartigen Kurbelwellen bekannt, in dem man die Vektoren der durch das Festwalzen an der Kurbelwelle auftretenden Verlegungen berücksichtigt. Das geschieht dadurch, dass man

beginnend an einem Ende von einer ersten Kurbelwelle - die erste Lagerstelle mit einer ersten Festwalzkraft festwalzt und dazu

- die Vektoren der Verbiegungen an allen Hauptlagern misst, sodann

in derselben Weise fortschreitend nacheinander alle anderen Lagerstellen der Kurbelwelle mit derselben Festwalzkraft festwalzt und dazu

- die jeweiligen Vektoren der Schläge an allen Hauptlagern misst und

aus den Vektoren der Messungen eine Matrix H bildet.

Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist hier wiederum, dass ausgehend von den Messungen, die man an einer ersten aus einer Serie von Kurbelwellen vornimmt, Daten gewonnen werden, wonach alle übrigen Kurbelwellen der Serie festgewalzt werden. Für ein individuelles Richtwalzen einzelner Kurbelwellen eignet sich das bekannte Verfahren nicht. Dazu kommt, dass durch das Bilden von Matrizen der Rechenaufwand für das Fest- und Richtwalzen sehr groß ist. Das erfordert erweiterte Rechenkapazitäten in der Maschinensteuerung bzw. vergrößert und verteuert die Maschinensteuerung entsprechend.

Dem gegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Richtwalzen vorzuschlagen, welches, bei geringem Rechenaufwand für die Steuerung, ein individuelles Richten jeder einzelnen Kurbelwelle ermöglicht. Auf diese Weise können Kleinserien wirtschaftlich und mit großer Genauigkeit bearbeitet werden und metallurgische sowie durch die vorausgegangenen Bearbeitungen eingebrachte Unterschiede bei jeder einzelnen Kurbelwelle berücksichtigt werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass man

an jedem Hauptlager der Kurbelwelle den Einzelvektor des Schlages nach Größe und Richtung bestimmt,

aus den Einzelvektoren den größten oder den resultierenden Vektor ermittelt und sodann

- die Haupt- und Hublagerzapfen der Kurbelwelle mit einer Richtwalzkraft festwalzt, die in Größe und Richtung des größten oder des resultierenden Vektors zwischen den Werten 0 und einer mehrfachen Größe des größten oder des resultierenden Vektors liegt.

Da der größte Schlag an einer Kurbelwelle überwiegend an einem einzigen Hauptlagerzapfen feststellbar ist, während die Schläge an den übrigen Hauptlagerzapfen davon abweichen, ist es vorteilhaft, wenn man die Größe der Richtwalzkraft von Lagerzapfen zu Lagerzapfen verändert. Das heißt, die dem Flansch und dem Zapfen der Kurbelwelle benachbarten Haupt- und Hublagerzapfen werden beispielsweise mit einer anderen Richtwalzkraft bearbeitet, als die dem Lagerzapfen mit dem größten Schlag benachbarten Haupt- und Hublagerzapfen.

Vorteilhaft ist es, wenn man die größte Richtwalzkraft auf den Lagerzapfen ausübt, bei dem der größte Schlag gemessen wurde.

Das Verfahren ist auch dazu geeignet, dass man das Richtwalzen in process, d.h. während des Festwalzens ausführt. Man braucht also nicht das Festwalzergebnis abzuwarten, um danach die Richtwalzoperation durchzuführen, sondern kann bereits während des Festwalzens Daten gewinnen, die sogleich zum Fest- und Richtwalzen miteinander kombiniert werden können.

Der Vektor des größten Schlages wird während oder nach dem Festwalzen durch Messung an den Hauptlagerzapfen gemessen. Der Vektor des resultierenden Schlages der Kurbelwelle wird während oder nach dem Festwalzen durch vektorielle Addition der Einzelvektoren der Schläge bestimmt.

Man kann auch die gesamte axiale Länge einer Kurbelwelle in einzelne Längenabschnitte unterteilen und die einzelnen Längenabschnitte gesondert richtwalzen. Ein solches Vorgehen bietet sich an, wenn Kurbelwellen richtgewalzt werden müssen, die einen S- Schlag haben. S-Schläge sind beispielsweise häufiger zu beobachten an Kurbelwellen von mehrzylindrischen V-Motoren.

Zur Ermittlung des Schlages an Kurbelwellen eignet sich beispielsweise eine Einrichtung, wie sie aus der DE 100 60 219 B4 bekannt ist. Die Einrichtung verfügt über eine Mehrzahl von Messtastern, welche zur Messung der Einzelschläge auf die Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle herabgesenkt werden. Die gemessenen Werte gehen unmittelbar in die Maschinensteuerung ein.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Es zeigen jeweils in einem Ausschnitt und in verkleinertem Maßstab die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Festwalzmaschine für Kurbelwellen,

- Fig. 2 eine Messeinrichtung zur Ermittlung der Schläge in der Vorderansicht,

Fig. 3 die Messeinrichtung der Fig. 2 in der Seitenansicht, und

- Fig. 4 einen Schnitt durch einen beliebigen Hauptlagerzapfen Hi einer Kurbelwelle mit der Darstellung des resultierenden Schlages und der Richtwalzkraft Fig. 5 einen Schnitt durch einen beliebigen Hauptlagerzapfen Hi einer Kurbelwelle mit der Darstellung des höchsten Schlages und der Richtwalzkraft.

Zur Erfassung der„ Krümmung" einer Kurbelwelle 8, 8' wird ihr Schlag gemessen. Bei der Schlagmessung werden der größte Ausschlag ( m) und die Richtung (°) des größten Ausschlages an den Hauptlagern H t bis H 5 gemessen. Das Ergebnis kann z. B. lauten 268/177; das bedeutet 268 pm Schlag bei Winkel 177 °. Die Winkelangabe bezieht sich auf das Koordinatensystem 9 der Kurbelwelle 8, 8' und ist für alle Kurbelwellentypen einheitlich definiert. Die Richtung des höchstwertigen Pleuellagers P 4 , Zählweise vom Zapfen 10 aus, liegt bei 0°. Die Drehrichtung 20 der Kurbelwelle 8, 8' beim Festwalzen, Blick auf das Futter 1 1 der Festwalzmaschine 12, ist entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Winkelzählrichtung, auf das Werkstück Kurbelwelle 8, 8' bezogen, ist im Uhrzeigersinn.

In der Fig. 1 ist in eine Festwalzmaschine 12 beispielsweise eine 3-Zylinder Kurbelwelle 8 zwischen dem Futter 1 1 und der Pinole 13 eingespannt. An den Hauptlagerzapfen H-| . H 2 . H 3 und H 4 werden die Einstiche 14 und 15 mit Hilfe der Festwalzwerkzeuge 1 , 3, 5 und 7 festgewalzt. An den Hublagerzapfen P 2 und P 3 werden die Einstiche 16 und 17 mit den Festwalzwerkzeugen 2, 4 und 6 festgewalzt. Jedes Festwalzwerkzeug 1 bis 7 besteht aus einem Stützrollenkopf 1 ', 2 3' mit Stützrollen 33 (Fig. 3) und einem Festwalzrollenkopf 4', 5', 6' und 7'. Festwalzrollen 18 und 19 dringen beim Festwalzen der Hauptlager bis H 4 in die Einstiche 14 und 15 ein, und beim Festwalzen der Hublager bis P 3 in die Einstiche 16 und 17. Während des Festwalzens wird die Kurbelwelle 8 vom Futter 1 1 in Richtung des Pfeils 20 um ihre Hauptdrehachse 21 gedreht.

In der Fig. 3 ist die Lage der Festwalzrollen 18 bzw. 19 und der Stützrollen 33 beim Festbzw. Richtwalzen angedeutet, wie es dem Fest- und Richtwalzen in process entspricht.

Zur Messung des Schlages dient beispielhaft eine Messeinrichtung 22, die um eine Schwenkachse 23 schwenkbar ist. Die Messeinrichtung 22 weist, in einer Reihe angeordnet, mehrere Messfühler 24 auf, welche durch Verschwenken der Messeinrichtung 22 um die Schwenkachse 23 auf die Hauptlagerzapfen Hi bis H 5, beispielsweise einer 4-Zylinder- Kurbelwelle 8', abgesenkt werden. Durch Drehen der Kurbelwelle 8' in der Richtung 20 werden die Einzelschläge 34 bis 38 am jeweiligen Hauptlager H 1 bis H 5 nach Größe und Richtung, Winkel 39 bis 42, ermittelt. Durch vektorielle Addition, welche sich in der Maschinensteuerung (nicht gezeigt) vollzieht, wird aus den Einzelschlägen 34 bis 38 der resultierende Schlag 25 nach Größe und Richtung 26 ermittelt.

Der resultierende Schlag 25 löst sodann an den Festwalzwerkzeugen 1 bis 7 eine Richtwalzkraft 27 aus, die in der Größe dem resultierenden Vektor 25 und dessen Richtung 26 entspricht. Die Richtwalzkräfte 27 und 30 sind immer auf den Mittelpunkt 31 des jeweiligen Lagerzapfens bis H 5 bzw. Pi bis P 4 gerichtet. An der dem Auftreffpunkt 28 der größten Richtwalzkraft 27 gegenüberliegenden Stelle 29 der Lagerzapfen Hj bzw. P, ist die Richtwalzkraft 30 beispielsweise gleich „0". Über dem Umfang der Lagerzapfen H bis P, nehmen die Richtwalzkräfte 30 kontinuierlich ab, wie das aus der Umrisslinie 32 zu erkennen ist. Abweichend von dem in der Fig. 4 gezeigten Beispiel, wo die Richtwalzkraft an der Stelle 29 den Wert „0" annimmt, kann sie an derselben Stelle auch einen endlichen Wert annehmen, der einem Anteil der maximalen Richtwalzkraft 27 entspricht.

Im Vergleich mit dem vorstehend beschriebenen Verfahrensbeispiel kann ein demgegenüber vereinfachtes Verfahren durchaus auch zum Ziele führen. Ein dementsprechendes Verfahren ist in der Figur 5 dargestellt. Hier wurden während oder nach dem Festwalzen an den einzelnen Hauptlagerzapfen H 1 ; H 2 , H 3 und H 4 die Einzelschläge 44, 45, 46 und 47 gemessen. Darunter ist der Einzelschlag 45 nach Größe und Richtung 48 der höchste. Mit einer diesem Einzelschlag 45 entsprechenden Richtwalzkraft 49 wird die Kurbelwelle 8,8' nunmehr beispielsweise an dem Hauptlagerzapfen H 2 oder an einem dem Hauptlagerzapfen H 2 benachbarten Hublagerzapfen P, oder P 2 richtgewalzt. Diese Richtwalzkraft 49 nimmt ebenfalls Werte zwischen einem x-fachen Wert des höchsten Schlages 45 und dem Wert„0" an. Der Kraftverlauf über dem Umfang wird von der Linie 50 angegeben.

Wie vorstehend beschrieben, wird der höchste Schlag 45 von der Maschinensteuerung ermittelt. Welche Art der Verfahrensführung, entweder nach Fig. 4 oder nach Fig. 5, bevorzugt anzuwenden ist, wird vorab durch einen Versuch ermittelt. Die bevorzugte Verfahrensführung kann aber von einer komplexen Maschinensteuerung auch unmittelbar in process ermittelt und angewendet werden. Bezugszeichenliste H 2 , H 4 und H 5 Hauptlagerzapfen (H,)

H 3 Passlagerzapfen

Ρι, P2, P3 und P 4 Hublagerzapfen (P,)

1 bis 7 Festwalzwerkzeuge bestehend jeweils aus einem Festwalzrollenkopf 4'.5', 6', 7', und einem Stützrollenkopf 1 ',2',3',

1 '. Stützrollenkopf für Hauptlagerzapfen Hi, H 2 , H«, H 5

2'. Stützrollenkopf für Passlagerzapfen H 3

3'. Stützrollenkopf für Hublagerzapfen Ρι , Ρ 2 , P 3, P 4 ,

4'. Festwalzrollen köpf für Hauptlagerzapfen H 2l H , H 5 ,

5'. Festwalzrollenkopf für Hauptlagerzapfen H-,

6'. Festwalzrollenkopf für Passlagerzapfen H 3

7'. Festwalzrollenkopf für Hublagerzapfen P 1 ( P 2 , P3, P 4

8. 3-Zylinder Kurbelwelle

8'. 4-Zylinder Kurbelwelle

9. Koordinatensystem

10. Zapfen

11. Futter

12. Festwalzmaschine

13. Pinole

14. Einstich

15. Einstich

16. Einstich

17. Einstich

18. Festwalzrolle

19. Festwalzrolle

20. Drehrichtung der Kurbelwelle

21. Hauptdrehachse der Kurbelwelle

22. Messeinrichtung

23. Schwenkachse der Messeinrichtung 22

24. Messfühler

25. resultierender Schlag der Größe nach

26. Richtung des resultierenden Schlages

27. größte Richtwalzkraft

28. Auftreffstelle der größten Richtwalzkraft 27 gegenüberliegende Stelle

Richtwalzkräfte

Mittelpunkt, jeweils Drehachse der Hauptlagerzapfen H, oder Hublagerzapfen Pi

Verlauf der Richtwalzkraft

Stützrolle

Einzelschlag

Einzelschlag

Einzelschlag

Einzelschlag

Einzelschlag

Richtung des Einzelschlages 34

Richtung des Einzelschlages 35

Richtung des Einzelschlages 36

Richtung des Einzelschlages 37

Richtung des Einzelschlages 38

Einzelschlag

Einzelschlag

Einzelschlag

Einzelschlag

Richtung des Einzelschlages 45

Richtwalzkraft

Verlauf der Richtwalzkraft