Vorrichtung zum Festwalzen von übergangsradien an Kurbelwellen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Festwalzen von übergangsradien an Kurbelwellen mit mindestens einem, in einer Richtung hin und her bewegbaren, linealförmigen Walzelement mit einer im wesentlichen geradlinigen Kontaktfläche und einer entsprechenden, der Kontaktfläche in einem Abstand gegenüberliegenden Führungsfläche zum Einbringen einer Festwalzkraft in einen übergangsradius einer Kurbelwelle und einem Mittel, das eine Führung und eine Anpresskraft des Walzelements bewirkt.

Aus EP 1 779 972 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verfestigen von Kurbelwellen bekannt. Die Vorrichtung beschreibt zwei linealförmige im Wesentlichen geradlinige Walzelemente von endlicher Länge, die mit einer Kontaktfläche in den übergangsradius eines Lagerzapfens einer Kurbelwelle unter einer Festwalzkraft eindringen. Gegenüber den eindringenden Walzelementen wird die Kurbelwelle von einem an sich bekannten Stützelement abgestützt. Das Stützelement besteht beispielsweise aus einem prismatischen Lineal oder aus Stützrollen, die in einem Stützrollenkopf angeordnet sind. In einem Abstand von den Kontaktflächen befindet sich ein Krafteinleitungsbereich. Im bekannten Falle ist der Krafteinleitungsbereich eine ebene Fläche, auf welchen die Festwalzkraft einwirkt, die im Kontaktflächenbereich in die Kurbelwelle eingeleitet wird. über das Einleiten der Walzkräfte wird in der bekannten Schrift wenig ausgesagt. Dort heißt es lediglich: „Das Einleiten der Walzkräfte in das erfindungsgemäße Walzelement erfolgt über geeignete Mittel in einem Krafteinleitungsbereich, der vorzugsweise im wesentlichen in dem der Kontaktfläche, bezogen auf die Längsachse des Walzelements, gegenüberliegenden Bereich des Walzelements vorgesehen ist" (vgl. EP 1 779 972 A2 Spalte 12, Zeilen 28 bis 39). An anderer Stelle der Schrift heißt es dazu: „Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Festwalzen der übergangsradien von Kurbelwellen weist hierzu geeignete Mittel bzw. Einrichtungen auf, die eine entsprechende Führung bzw. Anpresskraft des Walzelements bewirken" (vgl. EP 1 779 972 A2 Spalte 13, Zeilen 24 bis 29). Die Angaben über die Möglichkeiten, die Festwalzkraft auf die Walzelemente aufzubringen, erschöpfen sich in der bekannten

Schrift auf das allgemeine Benennen von Mitteln, die zur Durchführung solcher Aufgaben geeignet seien. Tatsächlich aber reichen solche Angaben nicht aus, dem Fachmann einen Weg zu weisen, den er ohne erfinderisches Zutun beschreiten kann, um die Festwalzkraft auf die linealförmigen Walzelemente aufzubringen.

Somit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, geeignete Mittel anzugeben, mit welchen das Einleiten der Festwalzkraft in die linealförmigen Walzelemente ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird dazu ein Mittel vorgeschlagen, welches aus einer Führungsrolle besteht, die im Gehäuse eines Festwalzwerkzeugs drehbar gelagert ist und eine, bezogen auf die Führungsrolle, kreisrunde Führungsfläche aufweist, an die sich die Führungsfläche des Walzelements anschmiegt. Hier wird also vorgeschlagen, eine Führungsrolle eines Festwalzwerkzeugs, welche im Zusammenhang mit Festwalzrollen an sich bekannt ist, dazu vorzusehen, die Festwalzkraft auf die linealförmigen Walzelemente zu übertragen und die Walzelemente gleichzeitig in ihrer Arbeitsrichtung zu führen.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Führungsflächen von Führungsrolle und Walzelement gekrümmt. Diese Krümmung, die sich auf den Querschnitt sowohl der Führungsrolle als auch der Walzelemente bezieht, ist vorzugsweise kreisbogenförmig.

Wiederum nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel hat die Kontaktfläche des Walzelements zur Kurbelwelle einen Krümmungsradius, der kleiner ist als der Krümmungsradius der Führungsfläche des Walzelements. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Flächenpressungen im Bereich der Führungsflächen von Walzelement und Führungsrolle und im Bereich von Kontaktfläche und übergang der Kurbelwelle. Zusätzlich kann die Kontaktfläche des Walzelements in ihrer Längserstreckung gekrümmt sein, wie das bereits in der EP 1 779 972 A2 vorgesehen ist (vgl. Spalte 13, Zeile 35 bis 39).

Von Vorteil ist es auch, wenn die Führungsrolle im Gehäuse in Richtung ihrer Drehachse seitenbeweglich gelagert ist. Hierdurch können Ungleichmäßigkeiten in

den übergangsradien einer Kurbelwelle, wie sie zwangsläufig immer wieder auftreten, durch Verschieben der Führungsrolle innerhalb des Festwalzwerkzeugs ausgeglichen werden. Eine Folge davon ist, dass bei einer axialen Bewegung der Führungsrolle die Walzelemente um eine Längsachse schwenken, die sich in Richtung der Längserstreckung der Walzelemente befindet.

In der Regel sind zwei zueinander parallele Walzelemente innerhalb eines Festwalzwerkzeugs vorgesehen, für jeden übergangsradius eines. Die beiden Walzelemente werden von einer Verliersicherung am Gehäuse des Festwalzwerkzeugs gehalten. Zusammenwirkend mit der Verliersicherung kann beispielsweise an jedem der beiden Enden der länglichen Walzelemente jeweils eine Verbindungsfeder vorgesehen sein.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Es zeigen jeweils in vereinfachter und nicht maßstäblicher Darstellung die

Fig. 1 einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle mit einem Festwalzwerkzeug in der

Seitenansicht,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Festwalzwerkzeug entlang der Linie H-Il der Fig. 1 ,

Fig. 3 einen Schnitt durch das Festwalzwerkzeug entlang einer der Linien IH-III oder HMII' der Fig. 1 ,

Fig. 4 einen Abschnitt des Festwalzwerkzeugs mit Blick in einer der Richtungen A oder B.

Von einer Kurbelwelle 1 ist in der Figur 1 ein Lagerzapfen 2 schematisch dargestellt. Bei dem Lagerzapfen 2 kann es sich sowohl um einen Hauptlagerzapfen als auch um einen Hublagerzapfen handeln. Die jeweilige Drehachse des Lagerzapfens 2 wird von der Strich-Punkt-Linie 3 angedeutet. Zu beiden Seiten wird die zylindrische Oberfläche 4 des Lagerzapfens 2 von übergangsradien 5 und 6 begrenzt, die im vorliegenden Fall als Einstiche ausgebildet sind. An die übergangsradien 5 und 6 schließen sich die ölbunde 7 und 8 an, welche in die Wangen 9 und 10 der Kurbelwelle 1 übergehen.

Das Festwalzwerkzeug 11 besteht aus den beiden linealförmigen Walzelementen 12 und 13, die in der Fig. 2 im Querschnitt gezeigt sind. Die beiden Walzelemente 12 und 13 dringen mit ihren jeweiligen Kontaktflächen 14 und 15 unter der Wirkung einer Festwalzkraft F in die übergangsradien 5 und 6 ein. Das Aufbringen der Festwalzkraft F auf die Walzelemente 12 und 13 geschieht durch eine Führungsrolle 29, die zugleich die Führung der beiden Walzelemente 12 und 13 in ihrer Längsrichtung, d. h. senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 übernimmt. Im vorliegenden Beispiel der Fig. 2 sind die Führungsrolle 29 wie auch die Walzelemente 12 und 13 jeweils im Schnitt dargestellt. Die Führungsrolle 29 ist über einen Bolzen 16 und Nadellager 17 im Gehäuse 18 des Festwalzwerkzeugs 11 drehbar gelagert. Die Festwalzkraft F wird über das Gehäuse 18 und die Führungsrolle 29 auf die beiden Walzelemente 12 und 13 aufgebracht. Die im Gehäuse 18 drehbar gelagerte Führungsrolle 29 ist zugleich auch noch in axialer Richtung 19 um einen begrenzten Betrag beweglich. Die Axialbeweglichkeit 19 der Führungsrolle 29 hat zur Folge, dass die Walzelemente 12 und 13 jeweils noch um eine ihrer Längsachsen 20 und 21 schwenken können. über diese bewegliche Einstellbarkeit können Ungleichmäßigkeiten der übergangsradien 5 und 6 ausgeglichen werden.

In den Kontaktflächen 14 und 15 sind die beiden Walzelemente 12 und 13 jeweils mit einem ersten Abrundungsradius 22 abgerundet. Diesem Abrundungsradius 22 steht jeweils ein Abrundungsradius 23 der Führungsfläche 35 gegenüber, mit welchem die beiden Walzelemente 12 und 13 auf ihrer gegenüberliegenden Seite abgerundet sind. Wie erkennbar, ist der zweite Abrundungsradius 23 erheblich größer als der erste Abrundungsradius 22. über die Führungsfläche 35 schmiegen sich die beiden Walzelemente 12 und 13 jeweils an die beiden kreisrunden Führungsflächen 24 und 25 der Führungsrolle 29 an. Der Begriff „kreisrund" in Bezug auf die Führungsflächen 24 und 25 ist in Hinblick auf die rollenförmige Gestalt der Führungsrolle 29 zu verstehen. Tatsächlich können die Führungsflächen 24 und 25 in ihrem Querschnitt einen Abrundungsradius aufweisen, welcher neben der Kreisform auch andere mögliche Konturen, wie beispielsweise Ellipsenform oder sonstige hat.

Da die beiden Walzelemente 12 und 13 das Gehäuse 18 des Festwalzwerkzeugs 11 mit ihrer Längserstreckung überragen, ist auch noch eine Verliersicherung 26 am

Gehäuse 18 vorgesehen. Wie in der Figur 1 erkennbar, ist die Verliersicherung 26 an den beiden stirnseitigen Enden 27 des Gehäuses 18 angebracht.

Die Möglichkeiten der Ausgestaltung einer Verliersicherung 26 sind vielfältig. Wichtig ist, dass die Verliersicherung 26 die Walzelemente 12 und 13 in einer Lage am Gehäuse 18 des Festwalzwerkzeugs 11 fixiert, welche den Walzelementen 12 und 13 eine gewisse Drehbeweglichkeit um ihre Längsachsen 20 und 21 einerseits ermöglicht und die Walzelemente 12 und 13 zugleich daran hindert, aus dem Festwalzwerkzeug 11 heraus zu fallen. Als Möglichkeit einer Fixierung der beiden Walzelemente 12 und 13 sind beispielsweise Bleche 28 vorgesehen, die an den stirnseitigen Enden 27 des Gehäuses 18 angebracht sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform können die Walzelemente 12 und 13 voneinander abweichende Querschnittsformen haben. Diese unterschiedlichen Querschnittsformen sind hier nur beispielhaft erwähnt. Es ist also nicht vorgesehen, Walzelemente 12 und 13 mit unterschiedlichen Querschnittsformen zugleich in ein und demselben Festwalzgerät 11 unterzubringen. Vielmehr wird ein solches Festwalzgerät entweder zwei Walzelemente 12 von gleicher erster Querschnittsform oder zwei Walzelemente 13 von davon abweichender zweiter Querschnittsform aufweisen. Welcher Querschnittsform jeweils der Vorzug gegeben wird, hängt von den jeweiligen Einsatzbedingungen des Festwalzwerkzeugs 11 und den Platzverhältnissen ab.

Neben der Führungsrolle 29 sind in dem Gehäuse 18 des Festwalzwerkzeugs 11 auch noch zwei Führungsstützrollen 30 und 31 vorgesehen. Die Führungsstützrollen 30 und 31 sorgen dafür, dass die linearen Walzelemente 12, 13 jeweils ihre orthogonale Position relativ zur Drehachse 3 des Kurbelzapfens 2 und auch in Bezug auf das Festwalzwerkzeug 11 beibehalten, unabhängig davon, wieweit der überstand 32 oder 33 der Walzelemente 12 und 13 in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehlage 34 des Kurbelzapfens 2 ist.

Bezugszeichenliste

Kurbelwelle

Lagerzapfen

Drehachse zylindrische Fläche

übergangsradius

übergangsradius

ölbund

ölbund

Wange

Wange

Festwalzwerkzeug

Walzelement

Walzelement

Kontaktfläche

Kontaktfläche

Bolzen

Nadellager

Gehäuse axiale Richtung

Längsachse

Längsachse

Abrundungsradius

Abrundungsradius kreisrunde Führungsfläche kreisrunde Führungsfläche

Verliersicherung stirnseitiges Ende

Blech

Führungsrolle

Führungsstützrolle

Führungsstützrolle

überstand

überstand

Drehlage

Führungsfläche

Festwalzkraft