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Title:
TOOL DEVICE FOR ROLLING A COMPONENT BORE, AND METHOD FOR OPERATING THE TOOL DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/034314
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a tool device (10) for rolling a component bore. The tool device (10) has a shaft (11) for coupling to a rotary drive of a machine tool and a lance (12) which has at least one rolling element. The lance (12) has a plurality of balls (18) as rolling elements on the outer circumference of the lance, said rolling elements being distributed in the axial extension and in the circumferential direction of the lance (12) and being arranged in pairs, wherein each pair is mutually spaced in the axial direction, and the balls (18) of each pair are paired approximately diametrically opposite to one another in the circumferential direction of the lance (12).

Inventors:
FLEISCHMANN GEORG (DE)
GOELLER JOSEF (DE)
BENTELE PETER (DE)
BLECHINGER PETER (DE)
REHHAHN TORSTEN (DE)
FORMANN KARL-HEINZ (DE)
GLOSSNER SEBASTIAN (DE)
MOLINSKI WOLFGANG (DE)
HASSEL WERNER (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/067206
Publication Date:
February 21, 2019
Filing Date:
June 27, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
B23P9/02; B24B39/02; C21D7/08
Domestic Patent References:
WO2012107028A12012-08-16
Foreign References:
US20130213106A12013-08-22
GB934075A1963-08-14
US3911707A1975-10-14
US5233738A1993-08-10
DE2311476A11974-09-26
DE102016002119B32017-05-24
Other References:
DATABASE WPI Week 198034, Derwent World Patents Index; AN 1980-H3332C, XP002784462
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Werkzeugvorrichtung zum Rollieren einer Bauteil-Bohrung, wobei die Werkzeugvorrichtung einen Schaft zur Kopplung an einen Drehantrieb einer Werkzeugmaschine und eine Lanze aufweist, welche wenigstens einen Rollierkörper aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze (12) an ihrem Außenumfang eine Vielzahl von Kugeln (18) als Rollierkörper aufweist, welche in axialer Erstre- ckung und in Umfangsrichtung der Lanze (12) verteilt angeordnet sind.

2. Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (18) zu Paaren angeordnet sind, wobei die jeweiligen Paare axial voneinander beabstandet sind und die Kugeln (18) eines jeweiligen Paares in Umfangsrichtung der Lanze (12) etwa diametral einander gegenüberliegend zugeordnet sind.

3. Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze (12) wenigstens zwei Lanzenabschnitte (13, 14) aufweist, wobei ein vorderer Lanzenabschnitt (14) durchmesserkleiner als ein hinterer Lanzenabschnitt (13) ausgebildet ist, wobei der hintere Lanzenabschnitt (13) wenigstens ein Paar Kugeln (18) aufweist.

4. Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Paar von Kugeln (18) des hinteren Lanzenabschnitts (13) in einem an den vorderen Lanzenabschnitt (14) angrenzenden Bereich angeordnet ist.

5. Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (18) in zugehörigen Aufnahmetaschen aufgenommen sind, die als Vertiefungen im Außenumfang der Lanze (12) ausgebildet sind.

6. Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Werkzeugvorrichtung (10) im Wesentlichen längsaxial verlaufender Zuführkanal ausgebildet ist, von dem aus Strömungspfade zu den jeweiligen Aufnahmetaschen abzweigen.

7. Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelpaare im vorderen Lanzenabschnitt (14) etwa gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind.

8. Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (18) eines jeweiligen Lanzenabschnitts (13, 14) etwa gleich groß bemessen sind.

9. Verfahren zum Betreiben der Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Schnelles Eintauchen (110) der Lanze (12) in die Bohrung bis zu einer vorbestimmten ersten Axialposition, die in Eintauchrichtung vor einem unteren Ende eines zur Bearbeitung vorgesehenen Bohrungsabschnitts liegt, wobei das Eintauchen rotationslos und mit im Außenumfang der Lanze (12) versenkten Kugeln (18) erfolgt,

b) Durchfahren (120) eines zwischen der vorbestimmten ersten Axialposition und dem unteren Ende des zur Bearbeitung vorgesehenen Bohrungsabschnitts verbleibenden Axialwegs, wobei während des Durchfahrens die anfangs rotationslose Lanze (12) auf eine vorbestimmte Drehzahl in Rotation versetzt wird und zugleich die Kugeln (18) der Lanze (12) in ihre Rollierstellung radial ausgelenkt werden,

c) Rollierendes Zurückfahren (130) der Lanze (12) entgegen der Eintauchrichtung von dem eine Startrollierposition definierenden unteren Ende des Bohrungsabschnitts bis zu seinem eine Endrollierposition definierenden oberen Ende, wobei die gemäß Schritt b) erreichte Drehzahl der Lanze (12) etwa beibehalten wird und die Kugeln (18) in ihrer Rollierstellung radial ausgelenkt bleiben, und d) Schnelles Herausführen (140) der Lanze (12) aus der Bohrung, wobei die Lanze (12) rotationslos gestellt wird und deren Kugeln (18) im Außenumfang der Lanze (12) versenkt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für Schritt b) eine Rampenfunktion definiert wird, durch die ein zeitlich kontinuierlich zunehmender Verlauf zumindest für den Kühlmitteldruck im Kühlmittelkanal der Werkzeug- Vorrichtung (10) und die an der Lanze (12) eingestellte Drehzahl als Prozessparameter vorgegeben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere(r) Prozessparameter ein Kühlmitteldurchfluss und/oder eine auf die Lanze (12) einwirkende Vorschubkraft vorgesehen wird/werden, für den/die eine Rampenfunktion definiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Prozessparameter laufend gemessen und überwacht werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Auslenkung und Versenkung der Kugeln (18) der Lanze (12) durch Steuern des Kühlmitteldrucks und/oder Kühlmitteldurchflusses im Kühlmit- telzuleitungskanal der Werkzeugvorrichtung (10) bewirkt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die für Schritt a) vorbestimmte erste Axialposition in der Größenordnung von Millimetern, vorzugsweise 3.5 mm, in Eintauchrichtung vor der Startrollierpo- sition liegt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines Gipfelpunktes der Rampenfunktion an der Startrollier- position die Translationsrichtung der Lanze (12) instantan reversiert wird.

Description:
Titel

Werkzeugvorrichtung zum Rollieren einer Bauteil-Bohrung und Verfahren zum

Betreiben der Werkzeugvorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung zum Rollieren einer Bauteil- Bohrung, wobei die Werkzeugvorrichtung einen Schaft zur Kopplung an einen Drehantrieb einer Werkzeugmaschine und eine Lanze aufweist, welche wenigstens einen Rollierkörper aufweist, und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Werkzeugvorrichtung.

Stand der Technik

Derartige Werkzeugvorrichtungen werden typischerweise eingesetzt, um die Innenwandungen von Bauteil-Bohrungen durch Rollieren zu komprimieren und mithin zu verfestigen, indem durch Rollierkörper der Werkzeugvorrichtung Druckeigenspannungen in zu bearbeitende Bauteile bzw. Werkstücke eingebracht werden. Insbesondere bei Bauteilen bzw. Komponenten, die hohen Belastungen bzw. Beanspruchungen ausgesetzt sind, wie z.B. bei Haltekörpern von Kraftstoff- Injektoren in Hochdruckspeichereinspritzsystemen mit im Betrieb auftretenden Drücken bis zu 3000 bar, ist durch Rollieren eine Steigerung der Oberflächengüte erzielbar, so dass ein Bauteil oder Werkstück einer solchermaßen strukturverfestigten Innenbohrung im späteren Betrieb höheren Belastungen standhalten kann. Üblicherweise sind jedoch mit einem derartigen Rollierverfah- ren relativ lange Taktzeiten für die Stückfertigung erforderlich.

Offenbarung

Vorteile der Erfindung

Die Werkzeugvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass das Rollieren einer Bauteil-Bohrung in relativ kurzer Bearbeitungszeit realisierbar ist, da kurze Werkzeugvorrichtungsverfahrens- wege möglich sind, indem die Lanze an ihrem Außenumfang eine Vielzahl von Kugeln als Rollierkörper aufweist, welche in axialer Erstreckung und in Umfangs- richtung der Lanze verteilt angeordnet sind.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen.

Um Druckeigenspannungen besonders gleichmäßig in die Innenwand einer Bohrung einzubringen, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Kugeln zu Paaren angeordnet sind, wobei die jeweiligen Paare axial voneinander beabstandet sind und die Kugeln eines jeweiligen Paares in Umfangsrichtung der Lanze etwa diametral einander gegenüberliegend zugeordnet sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, mit welcher Stufenbohrungen in einem Arbeitsgang rollierbar sind, besteht darin, dass die Lanze wenigstens zwei Lanzenabschnitte aufweist, wobei ein vorderer Lanzenabschnitt durchmesserkleiner als ein hinterer Lanzenabschnitt ausgebildet ist, wobei der hintere Lanzenabschnitt wenigstens ein Paar Kugeln aufweist. Dabei ist das wenigstens eine Paar von Kugeln des hinteren Lanzenabschnitts in einem an den vorderen Lanzenabschnitt angrenzenden Bereich angeordnet. Dadurch ist lediglich ein einziger Arbeitsgang zum Rollieren einer Stufenbohrung erforderlich, was zu beträchtlichem Einsparpotential bei den Stückfertigungskosten führt, während demgegenüber bei der Verwendung herkömmlicher Werkzeugvorrichtungen mehrere Arbeitsgänge aufgrund der Anzahl der verwendeten Werkzeugvorrichtungen nötig sind.

Indem die Kugeln in zugehörigen Aufnahmetaschen aufgenommen sind, die als Vertiefungen im Außenumfang der Lanze ausgebildet sind und ein in der Werkzeugvorrichtung im Wesentlichen längsaxial verlaufender Zuführkanal ausgebildet ist, von dem aus Strömungspfade zu den jeweiligen Aufnahmetaschen abzweigen, sind die Kugeln der Lanze mittels einer an die Werkzeugvorrichtung angeschlossene Druckmittel- bzw. Kühlmittelquelle hydraulisch ansteuerbar, so dass die Kugeln in Abhängigkeit von dem auf sie ausgeübten Druck aus ihren Aufnahmetaschen auslenkbar und mithin in ihre Rollierstellung bringbar sind. Zweckmäßigerweise sind die Kugelpaare im vorderen Lanzenabschnitt etwa gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet und im jeweiligen Lanzenabschnitt etwa gleich groß bemessen, um eine hohe Fertigungsqualität beim Rollie- ren zu erzielen.

Ein zum Betreiben der Werkzeugvorrichtung geeignetes Verfahren umfasst die Verfahrensschritte des schnellen Eintauchens der Lanze in die Bohrung bis zu einer vorbestimmten ersten Axialposition, die in Eintauchrichtung vor einem unteren Ende eines zur Bearbeitung vorgesehenen Bohrungsabschnitts liegt, wobei das Eintauchen rotationslos und mit im Außenumfang der Lanze versenkten Rollierkugeln erfolgt, des Durchfahrens eines zwischen der vorbestimmten ersten Axialposition und dem unteren Ende des zur Bearbeitung vorgesehenen Bohrungsabschnitts verbleibenden Axialwegs, wobei während des Durchfahrens die anfangs rotationslose Lanze auf eine vorbestimmte Drehzahl in Rotation versetzt wird und zugleich die Rollierkugeln der Lanze in ihre Rollierstellung radial ausgelenkt werden, des rollierenden Zurückfahrens der Lanze entgegen der Eintauchrichtung von dem eine Startrollierposition definierenden unteren Ende des Bohrungsabschnitts bis zu seinem eine Endrollierposition definierenden oberen Ende, wobei die zuvor beim Durchfahren erreichte Drehzahl der Lanze etwa beibehalten wird und die Rollierkugeln in ihrer Rollierstellung radial ausgelenkt bleiben, und des schnellen Herausführens der Lanze aus der Bohrung, wobei die Lanze rotationslos gestellt wird und deren Rollierkugeln im Außenumfang der Lanze versenkt werden. Dadurch ist es möglich, bei hoher Fertigungsqualität zugleich einen Taktzeitgewinn pro gefertigtem Bauteil bzw. Werkstück zu erzielen, denn im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem üblicherweise ein Dorn mit einem Kugelpaar rein translatorisch in ein in Rotation versetztes Bauteil ein- und ausfährt, so dass für die per se zeitbeanspruchende Rollierbearbeitung insgesamt zwei Wege erforderlich sind, ist gemäß dem angegebenen Verfahren für den eigentlichen Rollierverfahrensschritt effektiv lediglich ein Weg erforderlich, da erst kurz vor Beginn des eigentlichen Rollierverfahrensschritts der bis dahin translatorischen Bewegung der Lanze eine Rotationskomponente kontrolliert für die Dauer des Rolliervorgangs zugeschaltet und zudem das angegebene Verfahren in den zentralen Schritten unter Kontrolle relevanter Prozessparameter ausgeführt wird. Um im automatisierten Verfahrensbetrieb die Fertigungsqualität reproduzierbar sicherzustellen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn für den Schritt des Durchfahrens eine Rampenfunktion definiert wird, durch die ein zeitlich kontinuierlich zunehmender Verlauf zumindest für den Kühlmitteldruck im Kühlmittelkanal der Werkzeugvorrichtung und die an der Lanze eingestellte Drehzahl als Prozessparameter vorgegeben wird.

Eine noch stärkere Prozesskontrolle ist erzielbar, wenn ein Kühlmitteldurchfluss und/oder eine auf die Lanze einwirkende Vorschubkraft als weitere(r) Prozessparameter vorgesehen wird/werden, für den/die eine Rampenfunktion definiert wird, und indem in dem Verfahrensschritt des rollierenden Zurückfahrens die Prozessparameter laufend gemessen und überwacht werden. Durch die Prozesskontrolle kann vorteilhaft das Verfahren abhängig von an einen Bauteil-Typ zu stellende Festigkeitsanforderungen variiert werden. Zudem sind potenziell quali- tätsmindernde Störeinflüsse sofort erkennbar. Und schließlich werden durch die Prozesskontrolle reproduzierbare Verfahrensrandbedingungen zum definierten Einbringen von Druckeigenspannungen sichergestellt.

Indem die radiale Auslenkung und Versenkung der Rollierkugeln der Lanze durch Steuern des Kühlmitteldrucks und/oder Kühlmitteldurchflusses im Kühlmittelzuleitungskanal der Werkzeugvorrichtung bewirkt wird, ist es möglich, die Rollierfunk- tion der Lanze selektiv nur in einem ausgewählten Verfahrensschritt einzusetzen.

Als zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn die für den initialisierenden Verfahrensschritt vorbestimmte erste Axialposition in der Größenordnung von Millimetern, vorzugsweise 3.5 mm, in Eintauchrichtung vor der Startrollierposition liegt, um für die Dauer des noch verbleibenden Verfahrweges bis zur Startrollierposition ein Zeitfenster zur Realisierung der Rampenfunktion bereitzustellen.

Indem bei Erreichen eines Gipfelpunktes der Rampenfunktion an der Startrollierposition die Translationsrichtung der Lanze instantan reversiert wird, wird durch die bei Erreichen vorbestimmter Werte für die relevanten Prozessparameter abrupt initiierte Bewegungsumkehr an dieser Position vermieden, dass sich eine möglicherweise strukturschwächende Einkerbung in der Innenwand der Bohrung ausbilden kann; stattdessen bildet sich dort lediglich eine schwach sichtbare Ein- laufrille aus, die den Beginn des bei der Bearbeitung erzeugten und mithin strukturverfestigten Innenwandbereichs der Bohrung markiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei hoher Fertigungsqualität auch zum Rol- lieren von Stufenbohrungen beispielsweise in Injektor- Haltekörpern geeignet, wobei ein Taktzeitgewinn erzielbar ist, der von der Anzahl der verwendeten Rol- lierkörper und dem damit verbundenen reduzierten Verfahrweg im Arbeitsgang sowie der Ausprägung der Rampenfunktion abhängt, was beim Einsatz des Verfahrens in einer Fertigungslinie insgesamt zu einem höheren Massendurchsatz bei gleichzeitig deutlich niedrigen Produktionskosten führt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Letztere zeigen in schematisch gehaltenen Ansichten:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung mit einem Schaft und einer sich von dem Schaft längsaxial wegerstreckenden Lanze, wobei am Außenumfang der Lanze insgesamt vierzehn Kugeln als Rollierkörper paarweise angeordnet sind,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Lanze der Werkzeugvorrichtung von Fig. 1, wobei die Lanze in eine Bohrung eines in Längsschnittansicht dargestellten Injektors eingetaucht ist,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Werkzeugvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform mit am Außenumfang der Lanze angeordneten sechs Kugelpaaren,

Fig. 4 ein Flussdiagramm mit wesentlichen Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 5 ein Oszillogramm mit aufgezeichneten Signalverläufen von Prozessparametern zugeordneten Signalen. Beschreibung der Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, die zum Rollieren einer Stufenbohrung in einem Bauteil bzw. Werkstück dient und dazu im Wesentlichen einen Schaft 11 zum Ankoppeln an einen Drehantrieb (nicht dargestellt) und eine sich von einem verjüngten Schaftbereich 11 ' wegerstreckende Lanze 12 umfasst, welche gegenüber dem Schaft 11 und dessen Schaftbereich 11 ' durchmesserkleiner ausgebildet ist. Um eine Stufenbohrung in einem Arbeitsgang bearbeiten zu können, ist die Lanze 12 in verschiedene Abschnitte unterteilt und weist einen an den verjüngten Schaftbereich 11 ' angrenzenden hinteren Lanzenabschnitt 13, einen vorderen Lanzenabschnitt 14 und am freien Ende eine Lanzenspitze 15 auf, wobei der vordere Lanzenabschnitt 14 durchmesserkleiner als der hintere Lanzenabschnitt 13 ist und zwischen den beiden Lanzenabschnitten 13, 14 ein kurzer konusförmiger Übergangsbereich 16 verläuft. Der vordere Lanzenabschnitt 14 und der hintere Lanzenabschnitt 13 sowie die Lanzenspitze 15 sind im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wobei der vordere Lanzenabschnitt 14 in der durchmesserkleineren Lanzenspitze 15 endet und zwischen dem vorderen Lanzenabschnitt 14 und der Lanzenspitze

15 ein konusförmiger Übergangsbereich 17 verläuft.

Am Außenumfang der Lanze 12 sind Kugeln 18 als Rollierkörper angeordnet, die in - nicht dargestellten - Vertiefungen in der Außenmantelfläche der Lanze 12 aufgenommen sind. Die Kugeln 18 sind so angeordnet, dass jeweils zwei einander paarweise zugeordnete Kugeln bei etwa gleicher Axiallage am Außenumfang der Lanze 12 diametral einander gegenüberliegen. Eine Vielzahl von Kugelpaaren ist in axialer Richtung der Werkzeugvorrichtung 10 in regelmäßigen Axialabständen voneinander im vorderen Lanzenabschnitt 14 angeordnet, wobei das vorderste Kugelpaar dicht am konusförmigen Übergangsbereich 17 angeordnet ist, während am durchmessergrößeren Lanzenabschnitt 13 lediglich ein einzelnes Kugelpaar und zwar in der Nähe des konusförmigen Übergangsbereichs 16 vorgesehen ist. Von den Vertiefungen, in denen die Kugeln aufgenommen sind, laufen in der Lanze 12 jeweils Druckmittelpfade (nicht dargestellt) radial nach in- nen und münden jeweils in eine zentrale Druckmittelzuleitung (nicht dargestellt), welche sich koaxial zur Längsmittelachse 20 durch den Schaft 11 bis in den vorderen Lanzenabschnitt 14 erstreckt und zum Anschluss an eine externe Kühlmittelquelle vorgesehen ist. Herrscht nun ein ausreichender Druck durch das Kühlmittel in dem Kühlmittelkanal und den davon zu den Taschen abzweigenden Strömungspfaden, so sind die Rollierkugeln 18 aufgrund des hydraulisch auf ihnen lastenden Drucks in ihre Rollierstellung aus ihren zugehörigen Taschen radial ausgefahren bzw. ausgestellt, wobei die Rollierkugeln 18 einen bestimmten Überstand gegenüber der Außenmantelfläche der entsprechenden Lanzenabschnitt 13, 14 aufweisen; ist hingegen der im Kühlmittelkanal und den davon ab- zweigenden Strömungspfaden eingestellte Druck unterhalb eines ausreichenden

Druckniveaus, so verbleiben die Rollierkugeln 18 in ihren zugehörigen Taschen versenkt und stehen dementsprechend nicht über die Außenmantelfläche des entsprechenden Lanzenabschnitts hervor. Durch die Kühlmittelzufuhr zum Kühlmittelkanal der Werkzeugvorrichtung 10 sind somit die Radialbewegung der Rol- lierkugeln 18 und deren Rollierfunktion steuerbar.

Fig. 2 zeigt in einer Längsschnittansicht einen Injektor-Haltekörper 22 als zu bearbeitendes Bauteil und eine perspektivisch dargestellte Lanze 12 der Werkzeugvorrichtung 10 von Fig. 1, wobei die Lanze 12 in eine Stufenbohrung 23 des Injektor- Haltekörpers 22 eingetaucht ist, um die Innenwand der Stufenbohrung

23 zu rollieren bzw. zu verfestigen. Dazu ist die Lanze 12 soweit in die Stufenbohrung 23 eingetaucht, dass der hintere Lanzenabschnitt 13 in den durchmessergrößeren Bereich der Stufenbohrung 23 hineinragt und sich der vorgeordnete konusförmige Übergangsabschnitt 16 mit dahinter angeordnetem Kugelpaar in Höhe des Stufenabsatzes 23 ' der Stufenbohrung befindet, während der vordere

Lanzenabschnitt 14, an dem die Vielzahl von Kugelpaaren angeordnet ist, den dem Stufenabsatz 23 ' vorgeordneten durchmesserkleineren Bereich der Stufenbohrung 23 ' durchdringt. Der Rolliervorgang erfolgt in Richtung des Pfeils 24, d.h. in der zur Eintauchrichtung reversen bzw. entgegengesetzten Bewegungs- richtung der Lanze 12, wobei die Kugelpaare des vorderen Lanzenabschnitts 14 den durchmesserkleineren Bereich der Stufenbohrung 23 vor dem Stufenabsatz 23 ' und das einzelne Kugelpaar des hinteren Lanzenabschnitts 13 den durchmessergrößeren Bereich der Stufenbohrung 23 hinter dem Stufenabsatz 23 ' während der reversen Bewegung entlang des Pfeils 24 rollierend bearbeiten bzw. bearbeitet. Fig. 3 zeigt in einer stark schematisch gehaltenen Perspektivansicht die Werkzeugvorrichtung 10 gemäß einer abgewandelten Ausführungsform, die sich von der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform darin unterscheidet, dass die in Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsform lediglich sechs Kugelpaare aufweist, wobei 5 Kugelpaare im vorderen Lanzenabschnitt 14 angeordnet sind, während der hintere Lanzenabschnitt 13 ein einziges Kugelpaar nahe am konusförmigen Übergangsbereich 16 zum vorderen Lanzenabschnitt 14 aufweist. Aufgrund der geringeren Anzahl von Kugelpaaren im Vergleich zu der in Fig. 1 und 2 darge- stellten Ausführungsform ist die Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 kostengünstiger herstellbar.

Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm 100 mit den wesentlichen Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Rollieren von Bauteil-Bohrungen, insbesondere von Stufen- bohrungen in Injektor-Haltekörpern. In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird die Lanze 12 der Werkzeugvorrichtung 10 in die Bohrung des Bauteils entlang der Längsachse der Bohrung bis zu einer vorbestimmten Axialposition, welche in Eintauchrichtung etliche Millimeter, vorzugsweise 3.5 mm, vor dem Bohrungsende des zur Bearbeitung vorgesehenen Bohrungsabschnitts liegt, schnell einge- taucht, wobei das Eintauchen ohne Rotation der Lanze 12 und ohne Kühlmittelzufuhr für den Kühlmittelzufuhrkanal der Lanze 12 erfolgt, so dass die Kugeln 18 in ihren Aufnahmetaschen bleiben, d.h. in diesem Zustand noch keine Rollierwir- kung entfalten. In einem daran anschließenden Verfahrensschritt 120 wird der in Eintauchrichtung noch verbleibende Axialweg bis zu einer Startrollierposition am Ende des zur Bearbeitung vorgesehenen Bohrungsabschnitts mit der Lanze 12 durchfahren, indem während des Durchfahrens die Lanze 12 mittels einer vordefinierten Rampe auf eine vorbestimmte Drehzahl beschleunigt wird und ein Kühlmitteldruck zum Kühlmittelzufuhrkanal der Lanze aufgebaut wird und beim Erreichen der Startrollierposition am Ende der Axialwegstrecke die vorbestimmte Drehzahl der Rotation und der vorbestimmte Kühlmitteldruck erreicht wird. Dabei besteht die Funktion der Rampe darin, einen linearen Anstiegsgradienten für den Drehzahlverlauf, den Druckverlauf und für weitere Prozessparameter wie den Kühlmitteldurchfluss und die auf die Lanze 12 einwirkende Vorschubkraft für die Dauer des zweiten Verfahrensschritts 120 festzulegen. In einem weiteren Verfah- rensschritt 130 wird die Vorschubrichtung reversiert und die Lanze 12 von der Startrollierposition bis zur Endrollierposition entgegen der Eintauchrichtung zurückgefahren, während gleichzeitig die Drehzahl der Rotation, der Kühlmitteldruck, der Kühlmitteldurchfluss und die Vorschubkraft konstant gehalten und durch laufende Messungen überwacht werden, um die Innenwand der Bohrung in diesem Weglängenabschnitt, d.h. zwischen Startrollierposition und Endrollierposition, hydrostatisch zu rollieren bzw. verfestigen. Der Rolliervorgang gemäß Verfahrensschritt 130 erfolgt somit unter prozessüberwachten Randbedingungen, die dazu dienen, eine reproduzierbare Fertigungsqualität sicherzustellen, wobei der Rolliervorgang während eines zwischen der Startrollierposition und der End- rollierposition verlaufenden einzigen Verfahrwegs erfolgt. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt 140 wird die Lanze 12 schnell aus der Bohrung herausgezogen, wenn die Lanze 12 die zuvor bestimmte Endrollierposition erreicht, wobei die Rotation gestoppt und der Kühlmitteldruck für den Kühlmittelzufuhrkanal der Lanze abrupt abgebaut werden.

Fig. 5 zeigt ein Oszillogramm, in dem zeitliche Signalverläufe von unterschiedlichen Signalen Sl, S2, S3, S4 aufgezeichnet sind, die Prozessparametern zugeordnet sind. Dabei sind mit dem Signal Sl die Soll-Drehzahl einer Antriebsspindel und der von ihr angetriebenen Lanze 12, mit dem Signal S2 die Ist-Drehzahl, mit dem Signal S3 der Ist-Druck eines am Ort einer den Kühlmitteldruck erzeugenden Pumpe positionierten Drucksensors und mit dem Signal S4 der Ist-Druck eines in der Nähe des in Bearbeitung befindlichen Bauteils positionierten Drucksensors in Abhängigkeit von der Zeit t entlang der Abszissenachse bezeichnet, während entlang der Ordinatenachse die als jeweilige Spannung U(t) gemessene Signalhöhe aufgetragen ist. Die dem Oszillogramm zugrundeliegende Zeiteinstellung ist so gewählt, dass die darin aufgezeichneten Signalverläufe die ersten drei Verfahrensphasen 110, 120, 130 des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 erfassen bzw. überstreichen. So beginnt das Soll-Drehsignal Sl während der ersten Verfahrensphase 110 mit einem zunächst konstanten Verlauf, der einem Nullpe- gel entspricht, worauf in der zweiten Verfahrensphase 120 aufgrund einer mittels der vordefinierten Rampe programmgesteuerten Triggerung das Soll-Drehsignal Sl mit einer steilen Anstiegsflanke auf ein Plateau umspringt, das der vorbestimmten Enddrehzahl entspricht; in Reaktion darauf ändert sich praktisch zeitgleich der Signalverlauf des Ist-Drehsignals S2 von einem zuvor konstanten Nullpegel mit einer dem Antwortverhalten entsprechenden flach verlaufenden Flanke auf ein Plateau, das der vorbestimmten Enddrehzahl der Antriebsspindel und der von ihr angetriebenen Lanze 12 entspricht. Der gegenüber Sl invertierte Signalverlauf von S2 ist darauf zurückzuführen, dass das Ist-Drehsignal S2 für eine dem Soll-Drehsignal entgegengesetzte Rotationsrichtung aufgezeichnet ist. Ebenfalls in Reaktion auf die die zweite Verfahrensphase 120 einleitende Trigge- rung ändern sich die den Kühlmitteldruck erfassenden Ist-Drucksignale S3, S4 von einem ursprünglichen Nullpegel, um sich dann nach einem durch die Rampe vermittelten steilen Anstieg und einem unmittelbar darauf folgenden kurzen Einschwingen aufgrund von Regelschwingungen auf ein relativ konstantes Niveau einzustellen, das dem vorbestimmten Kühlmittelenddruck entspricht und mithin die dritte Verfahrensphase 130 kennzeichnet, in welcher der eigentliche Rollier- vorgang ausgeführt wird. Die unterschiedlich steilen Übergänge bzw. Flanken in den beiden Signalen S3, S4 sind darauf zurückzuführen, dass die zugeordneten Drucksensoren an zwei unterschiedlichen Positionen den jeweils herrschenden Druck des Kühlmittels erfassen.

Zusammenfassend ist bei der Werkzeugvorrichtung 10 zum hydrostatischen Rol- lieren einer Bauteil-Bohrung vorgesehen, dass die Lanze 12 an ihrem Außenumfang eine Vielzahl von Kugeln 18 als Rollierkörper aufweist, welche in axialer Er- streckung und in Umfangsrichtung der Lanze 12 verteilt und zu Paaren angeordnet sind, wobei die jeweiligen Paare axial voneinander beabstandet und die Kugeln 18 eines jeweiligen Paares in Umfangsrichtung der Lanze 12 etwa diametral einander gegenüberliegend zugeordnet sind; die Kugeln 18 sind in zugehörigen Aufnahmetaschen aufgenommen, die als Vertiefungen im Außenumfang der Lanze 12 ausgebildet sind. Zur hydraulischen Ansteuerung ist ein in der Lanze 12 der Werkzeugvorrichtung 10 längsaxial verlaufender Zuführkanal ausgebildet, von dem aus Strömungspfade zu den jeweiligen Aufnahmetaschen abzweigen. Mit der Werkzeugvorrichtung 10 ist es möglich, die Druckschwellfestigkeit von Innenbohrungen durch Einbringen von definierten Druckeigenspannungen im Vergleich zu herkömmlichen Werkzeugvorrichtungen signifikant zu steigern.