(57)【要約】  本発明は、軸受ジャーナル（３）の遷移半径（５）においてクランクシャフト（２）を表面ロールするための装置及び方法に関する。クランクシャフトの遷移半径を表面ロールするための方法は、次のステップ、すなわち、少なくとも１つの力を加工物に加えるための少なくとも１つのローラ要素（１）を用意するステップと、ローラ要素によって加えられた力に対抗して加工物を支持するための少なくとも１つの支持要素（６）を用意するステップと、少なくとも１つの支持要素、及び少なくとも１つのローラ要素が、線形成分を有する変位を互いに対して行うように、少なくとも１つのローラ要素及び／又は少なくとも１つの支持要素を変位させるステップとを含む。さらに、本発明は、少なくとも１つの表面ロール力をクランクシャフトに導入するための略線形の接触面を有するクランクシャフトの遷移半径を表面ロールするためのローラ要素と、対応する装置とを提供する。
2010535107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの遷移半径をロール固化するための方法であって、
少なくとも１つの力を加工物に導入するための少なくとも１つのローラ要素を用意するステップと、
ローラ要素によって導入された力に対抗して前記加工物を支持するための少なくとも１つの支持要素を用意するステップと、
前記少なくとも１つのローラ要素及び／又は前記少なくとも１つの支持要素が、互いに相対運動するように、及び／又は、加工物に対して相対運動するように、前記少なくとも１つの支持要素及び／又は前記少なくとも１つのローラ要素を移動させるステップと、
を含む方法において、前記相対運動が線形成分を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの支持要素と前記少なくとも１つのローラ要素との間の相対運動が、線形成分を本質的に含むか又は線形成分から本質的に構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの支持要素及び前記少なくとも１つのローラ要素が、前記線形成分に沿って反対方向に移動する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの支持要素と前記少なくとも１つのローラ要素との間に配置された前記加工物が、回転成分を含む運動を実行する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの支持要素と前記少なくとも１つのローラ要素との間に配置された前記加工物が、回転成分と線形成分とを含む運動を実行する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
線形成分と回転成分とを有する経路に沿って前記少なくとも１つのローラ要素及び／又は前記少なくとも１つの支持要素を移動させるステップを含み、前記線形成分が、前記回転成分よりも好ましくはより大きく、特に好ましくは相当より大きい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのローラ要素及び／又は前記少なくとも１つの支持要素が、それら自体の軸線の周りで回転しない、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法に従ってクランクシャフトの遷移半径をロール固化するためのローラ要素において、少なくとも１つのロール固化力をクランクシャフトに導入するための本質的に真っ直ぐな接触面を備えることを特徴とするローラ要素。
【請求項９】
前記ローラ要素の前記本質的に真っ直ぐな接触面が、前記ローラ要素の長手方向に延び、かつ前記長手方向に沿って少なくとも部分的に凹状及び／又は凸状の形状を有する、請求項８に記載のローラ要素。
【請求項１０】
前記ローラ要素の前記接触面が円形の形状を有しない、請求項８又は９に記載のローラ要素。
【請求項１１】
前記ローラ要素の前記接触面が、約０．１ｍ〜約５ｍ、好ましくは約０．３ｍ〜約２ｍ、特に好ましくは約０．５ｍ〜約１．５ｍ、より好ましくは約１ｍの長さを有する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のローラ要素。
【請求項１２】
前記ローラ要素の前記接触面が、約０．５ｍｍ〜約５ｍｍ、好ましくは約１ｍｍ〜約３ｍｍ、特に好ましくは約１．５ｍｍ〜約２ｍｍのロール固化用の半径を有する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のローラ要素。
【請求項１３】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法に従って加工物を固化するための請求項８〜１２のいずれか１項に記載のローラ要素を有する装置。
【請求項１４】
請求項８〜１２のいずれか１項に記載のローラ要素を有し、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法に従ってクランクシャフトの遷移半径をロール固化するための装置。
【請求項１５】
少なくとも１つのローラ固化力を前記加工物に導入するための少なくとも１つのローラ要素と、前記ロール要素によって導入された力に対抗して前記加工物を支持するための少なくとも１つの支持要素とを有し、請求項１３又は１４に従ってクランクシャフトの遷移半径をロール固化するための装置であって、前記少なくとも１つのローラ要素及び／又は前記少なくとも１つの支持要素が、前記少なくとも１つのロール固化力を前記クランクシャフトに導入するための又は前記加工物を支持するための本質的に真っ直ぐな接触面を備えるように形成される装置。
【請求項１６】
前記装置が、前記少なくとも１つのローラ要素と、前記加工物及び／又は前記少なくとも１つの支持要素との間に、線形成分を有する相対運動を発生するための手段を備える、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置が、前記少なくとも１つのローラ要素と、前記加工物及び／又は前記少なくとも１つの支持要素との間に、相対運動を発生するための手段を備え、前記相対運動が線形成分を本質的に含むか又は線形成分から本質的に構成される、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置が、線形成分に沿って反対方向に前記少なくとも１つのローラ要素と前記少なくとも１つの支持要素とを相対的に移動させるための手段を備える、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのローラ要素と前記少なくとも１つの支持要素との間に配置された加工物が、回転成分を含む運動を実行するように、前記装置が構成される、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのローラ要素と前記少なくとも１つの支持要素との間に配置された加工物が、回転成分と線形成分とを含む運動を実行するように、前記装置が構成される、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記装置が、線形成分と回転成分とを有する経路に沿って前記少なくとも１つのローラ要素及び／又は前記少なくとも１つの支持要素を移動させるための手段を備え、前記線形成分が、前記回転成分よりも好ましくはより大きく、特に好ましくは相当より大きい、請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのローラ要素及び／又は前記少なくとも１つの支持要素が、それら自体の軸線の周りで回転されることができない、請求項１３〜２１のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１と８の前提部分に示すように、クランクシャフトのジャーナルの遷移半径をロール固化するための方法及び装置に関する。このような方法及び装置は、ＥＰ−Ｂ−２１３２５６号明細書から公知である。
【背景技術】
【０００２】
ロール固化は、機械的手段によって表面層を硬化するための方法である。ロール固化の効果は、特に、機械加工された加工物に導入される内部圧縮張力、成形によって達成される強度の増大、ならびに表面の平滑化及び微小ノッチの除去、という３つの物理的効果に基づいている。特に、前記３つの物理的効果の組み合わせにより、ロール固化が有効になる。
【０００３】
ロール固化を行う間、固定の、場合により可変のロール固化力が、ロール固化するためのローラ要素を介して機械加工すべき加工物に導入され、ロール固化するための前記ローラ要素がロール固化デバイスの部分を形成する。加工物に力を導入するために、ロール固化するためのローラ要素は加工物上で回転する。
【０００４】
好ましくは、ロール固化は、ヤング曲線の弾性範囲内で実行される。特に好ましいロール固化は、単一のロール固化動作を繰り返して実行することによって実行される。ロール固化は、例えば、熱処理又はレーザ処理による表面処理よりも有利であることが証明されている。このように、ロール固化により、従来の表面処理と比較して、機械加工後の加工物の疲労強度がはるかに高まり、さらに、従来の表面処理によっては達成できないかあるいは不十分にしか達成できなかったねじり強度の向上をもたらす。
【０００５】
ロール固化によって、機械的応力の周期的増大又は変化、断面変化によるノッチ効果、鋭角縁部の遷移部及び加工溝、製造工程からの内部張力によるノッチ効果及び外力の導入による張力の急変により引き起こされる材料疲労を回避することができる。このような問題は、例えば、エンジニアリング全般のデバイス、エンジン、トランスミッション、機械及び道路車両、船舶及び航空機等のような複数の技術的なデバイスに生じる可能性がある。ロール固化は、例えば自動車分野で使用されているように、特にクランクシャフトの重要な領域の表面層を硬化するために使用される。
【０００６】
このように、ロール固化は、著しく応力を受けるクランクシャフトの動作強度を改善するための製造技術を提供する。この場合、ロール固化は、特に、このように、例えば、出力を増強したエンジンに使用することができるクランクシャフトの安定性の向上に寄与する。
【０００７】
改良された動作性を有するクランクシャフトはまた、より高い性能密度を有するよりコンパクトなエンジン構造を可能にする。ロール固化によって、特に内部圧縮張力はクランクシャフトの面取り部に導入され、前記内部圧縮張力は、好ましくはクランクシャフトの耐久限界の増大をもたらし、したがって、寿命を著しく向上させる。
【０００８】
このような方法を実行するための対応する方法ならびに装置が、従来技術で公知である。
【０００９】
すなわち、ＤＥ−Ｃ−３０３７６８８号明細書は、クランクシャフトのジャーナルの遷移半径をロール固化するための方法に関し、この方法では、ロール固化は、加工物の３６０°の回転角度にわたってかつ異なるロール力で行われる。このため、ロール固化用のローラ要素は回転軸受けを介してボルトによって支持されるクランクジャーナルに使用されるものであり、一面側がクランクジャーナルの面取り部に宛がわれ、他面側が走行溝に宛がわれて使用される。
【００１０】
ＥＰ−Ｂ−０２１５１７９号明細書は、加工物に偏心して配置された表面を少なくともロールするためのロール固化装置又は平滑ロール装置に関する。装置は、ローラ形状の支持要素と、力を加えるために加工物上で回転するローラ要素とを備える。
【００１１】
ＥＰ−Ｂ−０２１３５２６号明細書は、少なくとも１つの可動のロールデバイスを有するクランクシャフトをロール固化又は平滑ロールするための手段に関し、それらロールデバイスの各々は、少なくとも１つのローラ要素を備える工具キャリア、少なくとも１つの支持要素を備える工具キャリア、ならびに少なくとも１つの別のロールデバイスを備え、この場合、ロールデバイスは、滑走部上に配置できるラックによって移送される。ＥＰ−Ｂ−０２１３２５６号明細書によるローラ要素及び支持要素は、ローラ形状である。
【００１２】
関連技術で知られている方法によれば、ロール固化ユニットは、１つの支持ローラと２つのローラ形状のローラ要素によって形成される。このことは、加工物上で回転しかつ前記加工物に力を導入する２つのローラ要素が、ローラ力がローラ要素に導入される１つの支持ローラによって共通に支持されることを意味する。この関連で、例えば、１つのみのローラ要素の摩耗が支持ローラのそれぞれの摩耗をもたらし、この結果、ユニット全体の交換が必要になることは、特に不利であることが分かる。
【００１３】
さらに、加工物の不正確さは、ロール固化ユニット内の力のアンバランスをもたらすが、この理由は、ローラの力モーメントが両方のローラ要素を介して支持ローラに導入されるからである。このような不正確さにより、例えば、第１の固化ローラから支持ローラに高い力が導入される一方、第２の固化ローラからは、支持ローラの異なる位置により低い力が導入されるに過ぎなくなってしまうことをもたらす。支持ローラにこのような異なる負荷がかかると、支持ローラに高いバランス力が要求され、次に、前記バランス力は摩耗を増大させ、ロール固化ユニットの寿命を縮める。
【００１４】
特に、１つの固化ローラの損傷により、ロール固化ユニットの停止又は妨害がもたらされる危険がある。さらに、固化ローラの回転対称構造のため、前記ローラの損傷部分が、加工されるべきクランクシャフトと繰り返して接触する危険がある。これにより、損傷領域がクランクシャフトに連続的に繰り返して適用されることになる。１つ又は複数の固化ローラのこのような損傷のため、上述のように、内部圧縮張力がクランクシャフトに導入されない、あるいはすでに導入された内部圧縮張力が除去される危険がある。さらに、加工物の損傷の可能性がある。
【００１５】
さらに、固化ローラの摩耗が重大なレベルを越える時点は、ユニットの操作中に十分に検出することができない。
【００１６】
満足できかつ確実なクランクシャフトの加工は、従来技術で知られている方法では、可能でないか又は十分に可能でない。このことは、自動車分野のクランクシャフトの大量生産における説明した欠陥によって引き起こされる高いコストを考慮すると特に当てはまる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、本発明の目的は、従来技術の不都合を克服することである。特に、本発明の目的は、クランクシャフトの遷移半径をロール固化するための改良されたローラ要素、改良された装置ならびに改良された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の目的は、特許請求の範囲に記載のローラ要素、装置ならびに方法によって達成される。
【００１９】
本発明は、請求項１に記載のように、クランクシャフトの遷移半径をロール固化するための方法に関する。この場合、少なくとも１つの力を加工物に導入するための少なくとも１つのローラ要素、ならびにローラ要素によって導入されたロール固化力に対抗して加工物を支持するための少なくとも１つの支持要素が提供される。さらに、少なくとも１つのローラ要素及び／又は少なくとも１つの支持要素は、それらの間に配置された加工物と前記少なくとも１つのローラ要素が線形成分を含む相対運動を行うように移動される。好ましくは、加工物と少なくとも１つのローラ要素との間の相対運動は、線形成分を本質的に含むか又は線形成分から本質的に構成される。この線形成分に沿って、加工物及び少なくとも１つのローラ要素は、同一の方向に異なる速度で移動することが好ましい。
【００２０】
好ましくは、少なくとも１つのローラ要素及び／又は少なくとも１つの支持要素は、それらが線形成分を含む相対運動を行うように、追加して又は択一的に移動される。好ましくは、少なくとも１つの支持要素と少なくとも１つのローラ要素との間の相対運動は、線形成分を本質的に含むか又は線形成分から本質的に構成される。この線形成分に沿って、少なくとも１つの支持要素及び少なくとも１つのローラ要素は、反対方向に移動することが好ましい。
【００２１】
クランクシャフトの遷移半径をロール固化するための本発明による方法では、少なくとも１つの支持要素と少なくとも１つのローラ要素との間に配置された加工物は、回転成分を含む運動を実行する。好ましい実施形態によれば、加工物は、回転成分と線形成分とを有する運動を実行する。本発明による方法によれば、少なくとも１つのローラ要素及び／又は少なくとも１つの支持要素は、線形成分と回転成分とを有する経路に沿って移動し、線形成分は、回転成分よりも好ましくはより大きく、特に好ましくは相当より大きい。
【００２２】
好ましくは、少なくとも１つのローラ要素及び／又は少なくとも１つの支持要素は、特にそれら自体の軸線の周りで回転しない。
【００２３】
さらに、本発明は、クランクシャフトの遷移半径をロール固化するためのローラ要素に関する。このようなローラ要素は、本発明のクランクシャフトの遷移半径をロール固化するための方法では、ローラ要素に適切であるか、あるいはローラ要素として形成されることが好ましい。本発明によるローラ要素は、少なくともロール固化力をクランクシャフトに導入するための略真っ直ぐな接触面を備える。このため、ローラ要素は、細長い形状を有することが好ましく、すなわち、ローラ要素は長手方向軸線の方向に延びる。好ましくは、ローラ要素の略真っ直ぐな接触面は、ローラ要素の長手方向に、特に好ましくはローラ要素の長手方向軸線に対し略平行に延びる。
【００２４】
好ましくは、ローラ要素の略真っ直ぐな接触面は、すなわち、ローラ要素の長手方向軸線が位置し、かつローラ要素の接触面に好ましくは本質的に直角に交差する平面に、少なくとも部分的に、好ましくは僅かに、凹状及び／又は凸状の形状を有する。
【００２５】
好ましくは、ローラ要素の接触面は円形の形状を有しない。
【００２６】
好ましくは、ローラ要素又はローラ要素の接触面は、ローラ形状でないか及び／又は回転対称に形成されない。
【００２７】
ローラ要素の接触面は、約０．１ｍ〜５ｍ、好ましくは約０．３ｍ〜約２ｍ、特に好ましくは約０．５ｍ〜約１．５ｍ、より好ましくは約１ｍの長さを有する。
【００２８】
好ましくは、本発明によるローラ要素は、約０．５ｍｍ〜約５ｍｍ、好ましくは約１ｍｍ〜約３ｍｍ、特に好ましくは約１．５ｍｍ〜約２ｍｍのロール固化半径を有する接触面を備える。前記ロール固化半径は、ローラ要素の長手方向軸線に対し本質的にほぼ直角にならびにローラ要素の接触面に対し本質的にほぼ直角に延びる平面に位置することが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明は、本発明による方法に従ってクランクシャフトの遷移半径をロール固化するための装置に関する。さらに、本発明は、本発明による方法によって、ローラ要素を備えるクランクシャフトの遷移半径をロール固化するための装置に関する。
【００３０】
クランクシャフトの遷移半径をロール固化するための本発明による装置は、少なくとも１つのロール固化力を加工物に導入するための少なくとも１つのローラ要素、ならびにローラ要素によって導入された力に対抗して加工物を支持するための少なくとも１つの支持要素を備えることが好ましい。ここで、少なくとも１つのローラ要素及び／又は少なくとも１つの支持要素は、少なくとも１つのロール固化力をクランクシャフトに導入するための又は加工物を支持するための略真っ直ぐな又は線形の接触領域を備えるように形成されることが好ましい。
【００３１】
好ましくは、本発明による装置は、少なくとも１つのローラ要素と加工物との間に、線形成分を有する相対運動を発生するための手段を備える。好ましくは、さらに、装置は、少なくとも１つのローラ要素と少なくとも１つの支持要素との間に、線形成分を有する相対運動を発生するための手段を備える。
【００３２】
このため、本発明による装置は、線形成分を本質的に含むか又は線形成分から本質的に構成されるこのような相対運動を発生するように適合される手段を備えることが好ましい。さらに、本発明による装置は、線形成分に沿って少なくとも１つのローラ要素と少なくとも１つの支持要素とを相対的に移動させるための手段を備えることが好ましい。
【００３３】
装置は、少なくとも１つのローラ要素と少なくとも１つの支持要素との間に配置された加工物が、回転成分を含む運動を実行するように構成されることが好ましい。さらに、本発明による装置は、少なくとも１つのローラ要素と少なくとも１つの支持要素との間に配置された加工物が、回転成分と線形成分とを含む運動を実行するように構成されることが好ましい。
【００３４】
本発明による装置は、線形成分と回転成分とを有する経路に沿って少なくとも１つのローラ要素及び／又は少なくとも１つの支持要素を移動させるための手段を備えることがさらに好ましく、この場合、線形成分は、回転成分よりも好ましくはより大きく、特に好ましくは相当より大きい。好ましい実施形態によれば、少なくとも１つのローラ要素及び／又は少なくとも１つの支持要素は、特にそれら自体の軸線の周りで回転されることができない。
【００３５】
本発明は、加工物への最適で確実な力の導入を可能にする点で特に有利であることが分かる。さらに、本発明により、工具及び加工物の両方の摩耗の危険性が最小にされることが好ましい。さらに、本発明により、加工物への可変の力の導入、ならびに例えば、狭いＶ型配置を有するＶ型エンジン（例えば、フォルクスワーゲンのＶ１０エンジン）用のクランクシャフトのような同様に複雑な加工物及び／又はクランクシャフト形状の加工が可能にされることが好ましい。さらに、本発明により、単一の工具又はローラ要素のローラ力の独立した導入及び／又は制御が可能にされることが好ましい。このように、加工サイクルにわたって可変又は変化する力を達成することができるのみならず、加工されるべき各々の遷移半径に力を個々に適応させることもできる。
【００３６】
さらに、一方の側面のみの機械加工を促進すること、例えば、軸受座の一方の側面のみを軸受座の他方の側面とは無関係に加工することが、好ましくは有利であることが分かっている。さらに、より狭い軸受の加工が本発明によって促進されることが好ましい。本発明は、不正確に切削された遷移半径の優れたバランス又は最適化された加工を可能にすることが好ましい。
【００３７】
さらに、ローラ要素は、真っ直ぐな構造のため、相当より長い接触面を備え、その接触面の各々の部分は操作中に限定的程度にのみ加工物と接触することが有利であることが好ましい。したがって、工具の損傷は、加工物に移されないか又はわずかに移されるに過ぎない。ここで、公称寸法の２／１０の固化ローラの欠陥が、技術的現状のロール固化工程の確実な加工に関する閾値として見なされることを指摘したい。より大きな欠陥は、固化ローラの停止又は妨害までの加工物における材料変位をもたらす。この結果、加工物及び工具は使用できなくなり、広範囲の補修及び交換が必要となる。前記不都合は、本発明によって克服されることが好ましい。
【００３８】
本発明による好ましい実施形態によれば、１つのみの支持要素が各々の軸受座のために使用され、前記支持要素はまた、本発明に従って細長い又は線形の支持要素として構成され、かつクランクシャフト軸受の幅に対応する幅を有することが好ましい。別の好ましい実施形態によれば、２つの回転対称又は円形の支持要素が各々の軸受座のために使用され、前記支持要素はローラ支持頭部によって回転可能に支持され、同様に、軸受座の幅に対応する幅を有することが好ましい。
【００３９】
ローラ要素と加工物との間の相対運動を達成するために、支持要素又はローラ要素のみが移動することが好ましい。好ましくは、ローラ要素と加工物との間の相対運動は、支持要素の運動のみによって実行される。ロール固化工程中に作用する力によって、軸受座の幅は、約１／２０〜約１／１０だけ大きくなるので、工具の角度変化が生じる。工具のそれぞれの適合は、工具の停止時により正確に実行することができ、この結果、支持ローラのみによる運動の開始が有利である。特に、各々の軸受座は、ロール固化によって約０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍだけ広くなる。４気筒エンジン用のクランクシャフト、すなわち、８つの軸受座を有するクランクシャフトでは、このことは、クランクシャフト全体について約０．４ｍｍ〜約１ｍｍの幅の増大をもたらす。
【００４０】
既に説明したように、同様に、加工物が回転運動のみを実行するように、あるいは加工物が回転運動と線形運動との組み合わせを実行するようにロール固化工程を実行することができる。ここで、加工物の線形運動を含む機械加工は、クランクシャフトの偏心を加工中により正確に測定できる点で、好ましくは有利であることが分かる。これにより、偏心を最小にするためにロール力のリアルタイム調整が可能になる。
【００４１】
本発明は、クランクシャフトの遷移半径のロール固化と関連して説明されている。しかし、本発明は、この用途に限定されないことは明白である。
【００４２】
以下において、本発明は、例示的に添付の図面に言及して好ましい実施形態によって説明されている。ここで、次の典型的な説明は、以前の説明と同様に、本発明のすべての主題、特に本発明による方法、本発明による装置ならびに本発明によるローラ要素に同一の程度に関係し、それらの間に明示的な区別は行われない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】クランクシャフトの軸受座をロールする間の本発明による装置における本発明によるローラ要素の頂面の部分概略図である。
【図２】互いに反対に位置するクランクシャフトのジャーナルの２つの遷移半径を加工する間の本発明による２つのローラ要素の頂面の部分拡大図である。
【図３】本発明による工具ならびにクランクシャフトを加工する間の支持要素を有する本発明による装置の側面の部分概略図である。
【図４】本発明による工具ならびにクランクシャフトを加工する間の２つの支持要素を有する本発明による装置の側面の部分概略図である。
【図５】本発明による好ましい工具の側面図である。
【図６】クランクシャフトを加工する間の本発明によるローラ要素の頂面の部分拡大概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、表面層を固化するための、特に、好ましくはクランクシャフト２又はクランクシャフト２のジャーナル３の遷移半径５（ここでは、部分的にのみ図示）をロール固化するための本発明による２つの工具又はローラ要素１の頂面図を示している。図１には、すなわち、図の左側（ローラ要素１Ｌ）に示した遷移半径５Ｌを加工するための、及び図の右側（ローラ要素１Ｒ）に示した遷移半径５Ｒを加工するための２つのローラ要素１が示されている。クランクシャフト２は、軸受座４ならびにクランクシャフト２の残部への遷移部に遷移半径５を有するジャーナル３を備え、遷移半径は、それぞれ、図の左の遷移半径について遷移半径５Ｌと称され、図の右の遷移半径について遷移半径５Ｒと称される。
【００４５】
さらに、少なくとも１つのローラ要素１によって導入されるロール固化力に対抗して加工物２を支持するための支持要素６が示されている。
【００４６】
図３は、図１による概略図の線Ａ−Ａ’に沿った部分断面図を示している。図４は、図３に示した実施形態に本質的に対応する好ましい代替実施形態を示しており、この場合、支持要素６は、ロール支持頭部１０に配置される２つのロール形状の支持要素９によって形成される。
【００４７】
図示したように、本発明によるローラ要素１は、本質的に真っ直ぐな接触面７を有する。接触面７は、少なくとも１つのロール固化力を加工物に、ここでは、遷移半径５においてクランクシャフト２に導入するために役立つ。接触面７は、本質的に真っ直ぐであることが好ましく、ローラ要素の長手方向軸線Ａに対し本質的に平行に延びることがさらに好ましい。クランクシャフトの遷移半径をロール固化する間、相対運動がローラ要素１と加工物、すなわちクランクシャフト２との間に発生し、この場合、クランクシャフトはその長手方向軸線Ｂを中心とする回転運動を行い、本質的に真っ直ぐな接触面７で線形的に回転する。ここで、回転運動は、特に加工物２とローラ要素１との間の相対運動に左右されることが好ましい。
【００４８】
本発明による好ましい実施形態によれば、ローラ要素１は、ほぼその長手方向軸線Ａの方向に線形運動を行い、この場合加工物２、すなわちクランクシャフト２は、長手方向軸線Ｂに沿って円運動又は回転運動を行う。
【００４９】
さらに、クランクシャフト２はまた、本発明による好ましい実施形態において、ローラ要素１の線形運動に対し平行方向に線形運動を行う。本発明による別の好ましい実施形態によれば、工具又はローラ要素１は静止し、加工物２、すなわちクランクシャフト２のみが、その長手方向軸線Ｂを中心とする回転運動ならびにローラ要素１の接触面７に沿った線形運動を行う。
【００５０】
さらに、本発明による好ましい実施形態によれば、線形的又は真っ直ぐな接触面又は支持面８を備える支持要素６（図３も参照）が示されている。好ましくは、支持要素６は、本質的に細長い形状を有し、長手方向軸線Ｃに沿って延び、この場合、支持面８は、支持要素６の長手方向軸線Ｃに対し本質的に平行に形成されることが好ましい。図１の頂面図から理解できるように、支持要素６又は支持要素６の支持面８の幅は、本質的にクランクシャフト２の軸受座３の幅に対応する。
【００５１】
本発明による方法によるロール固化工程では、クランクシャフト２は、少なくとも１つのローラ要素１によって導入されたロール固化力を吸収する少なくとも１つの支持要素６によって支持される。このため、クランクシャフト２のジャーナル３の軸受面４は、支持要素６の接触面８に当接する。
【００５２】
ロール固化工程中、支持要素６は、本質的に長手方向軸線Ｃに沿って線形運動を行うことが好ましい（図３も参照）。本発明の好ましい実施形態によれば、ローラ要素１は、ロール固化工程中に静止し、すなわち、ローラ要素は線形運動を行わない。支持要素６を介して、好ましくは本質的に支持要素の長手方向軸線Ｃ又は支持要素の接触面７に沿った支持要素の線形運動によって、同様にクランクシャフト２の線形運動又は長手方向運動をもたらすローラ要素１で前記クランクシャフトが回転するように、クランクシャフト２の回転運動が発生され、この場合、クランクシャフト２のジャーナル３の遷移半径５は、１つ又は複数のローラ要素１の１つ又は複数の接触面７で回転する。
【００５３】
図４に示した本発明の好ましい実施形態によれば、ローラ要素１は、その長手方向に線形運動を行い、これによって、ジャーナル３又はクランクシャフト２の長手方向軸線の周りのそれらの回転運動が発生される。次に、クランクシャフト又は軸受スタッド３は、２つの支持ローラ要素９、又はローラ支持頭部１０に設けられるそれらの接触面２０に当接する。本発明によるこの実施形態によれば、クランクシャフト２は、長手方向の運動を行わないことが好ましい。支持要素６に関し説明したように、支持要素９も、ジャーナル３の幅にほぼ対応する幅を有することが好ましい。支持要素９は、ローラ支持頭部１０のそれらの軸線Ｄを中心として回転可能に支持されることが好ましい。
【００５４】
図２は、次により良く区別するために左のローラ要素１Ｌ及び右のローラ要素１Ｒと称される本発明による２つのローラ要素１の拡大図を示している。しかし、前記区別は、クランクシャフト２のジャーナル３の左右の遷移半径５Ｌ、５Ｒについてローラ要素の配置のみに関し、図面の左の遷移半径は５Ｌと称され、右の遷移半径は５Ｒと称される。
【００５５】
図１に示した実施形態に本質的に対応する図２による典型的な好ましい実施形態によれば、少なくとも１つのロール固化力をクランクシャフト２に加えるための略真っ直ぐな接触面７を備える本発明によるローラ要素１（ここでは、１Ｌ、１Ｒ）が示されている。ここで、接触面７は略真っ直ぐであり、すなわち、接触面は、ローラ要素１（ここでは、１Ｌ、１Ｒ）の長手方向軸線Ａ（ここでは、ＡＬ、ＡＲ）に沿って本質的に延びる。
【００５６】
図２による頂面図では、すなわち、長手方向軸線Ａに対し横方向に又は接触面７の真っ直ぐな延長部に対し横方向に、本発明によるローラ要素１の接触面７の外形は、本質的に、軸受座５（ここでは、５Ｌ、５Ｒ）の幾何学的形状に従うか又はそれに対応する。ここで、従来技術から公知の形状に立ち戻ることができることが好ましい。
【００５７】
好ましくは、本発明によるローラ要素１の接触面７は、クランクシャフトのジャーナルの遷移半径に略対応する半径を有する。好ましい実施形態によれば、接触面７の半径は、対応するクランクシャフト半径以下である。好ましい実施形態によれば、接触面７の半径Ｒ７は、約０．５ｍｍ〜約５ｍｍ及びそれらの間、好ましくは約１ｍｍ〜３ｍｍ及びそれらの間、特に好ましくは約１．５ｍｍ〜約２ｍｍ及びそれらの間の範囲にある。本発明の明確に好ましい実施形態によれば、半径Ｒ７は、約２ｍｍの遷移半径Ｒ５について約１．５ｍｍである。
【００５８】
図６は、クランクシャフト２の加工中、加工前及び加工後の接触面７の領域の本発明によるローラ要素１の頂面図の部分拡大概略図を示している（図１と図２も参照）。連続線Ｗ１は、ロール固化の前の工具１の位置及びその接触面７をそれぞれ示している。図示した典型的な好ましい実施形態では、接触面７は、約１．５ｍｍの半径Ｒ７を有する。破線Ｗ２は、ロール固化後の工具１の位置又はその接触面７を示している。同様に、ロール固化後に、接触面７は、約１．５ｍｍの半径Ｒ７を有する。
【００５９】
連続線Ｋは、遷移半径５を含むクランクシャフト２の輪郭を表している。典型的な好ましい実施形態では、クランクシャフト２は、遷移半径５の領域に約２ｍｍの半径Ｒ５を有する。
【００６０】
研削前の軸受座４の典型的な直径（ロール固化前及びその後に適用可能な場合）は、図６で直径φＡと称される。研削後の軸受座４の典型的な直径は、すなわち軸受座４の最終寸法は、図６で直径φＥと称される。図示した２つの直径φＡとφＥは、例えば、機械加工公差及び製造公差による軸受の偏心に関係する研削前又は後の軸受座の直径の典型的な極端な例である。研削前の直径φＡと研削後の直径φＥとの最大差は、例えば、約０．８ｍｍ〜０．９ｍｍである。
【００６１】
図６の距離ｐは、ロール固化作用の結果としての遷移半径５の変形である。このように、ロール固化後、線Ｋとして示したようなクランクシャフト２の輪郭は、遷移半径５の領域で変更され、線Ｗ２で示したようなロール固化後の位置の工具１の接触面７の輪郭に本質的に対応する。距離ｐは、約０．０５ｍｍ〜約０．５ｍｍ及びそれらの間の範囲にあることが好ましく、約０．２ｍｍであることが好ましい。図６に示したように、ローラ要素１によって接触面７を介して加工物２に作用する軸受面の垂直線に対するローラ力のベクトルの角度αは、好ましくは２５°〜４５°、特に好ましくは３０°〜３５°である。このことは、第１の程度の内部圧縮張力を正しい領域に導入するために好ましくは特に有利であり、及び／又は、より優れた結晶構造を達成するために、理想的な結晶構造の方向への第３の程度の内部圧縮張力を低減するために、好ましくは特に有利である。
【００６２】
図２に示したように、本発明による工具は、２つの側面領域を備えることが好ましく、その第１の側面領域１１はクランクシャフト２の肩部１２に方向付けられる。第２の側面領域１３は、加工されるべき遷移半径５から延びるクランクシャフト２の肩部１２から離れて方向付けられた側面に位置する。好ましくは、第１の側面領域１１は、側面領域１１とクランクシャフトの肩部１２との衝突の危険を最小にするために、遷移半径５又は接触面領域７に対し凹設される。
【００６３】
好ましい実施形態によれば、このことは、接触面７の外側領域１４と側面領域１１との間の横方向の隙間によって確実にされ、前記横方向の隙間は、例えば、突出領域１５の接触面７を形成することによって（図２参照）及び／又はクランクシャフトの肩部１２に対し側面領域１１を傾斜することによって（図１参照）達成される。
【００６４】
本発明による好ましい実施形態によれば、ローラ要素は、第２のローラ要素に当接するように形成される第２の側面領域１３を備える。
【００６５】
本発明による好ましい実施形態によれば、側面領域１３は、当接領域１６を形成する略凸状の形状を備える。
【００６６】
これにより、図１又は図２に示したような本発明による２つのローラ要素１Ｌ、１Ｒの配置が可能である。本発明による２つのローラ要素１Ｌ、１Ｒを設けることによって、クランクシャフト２の軸受座３の反対側の２つの遷移半径５を同時に加工することが可能になる。本発明によるローラ要素１にロール力を導入することは、適切な手段によって力導入領域１７で実行され、前記力導入領域は、接触領域７のローラ要素１の長手方向軸線に対し反対側に位置するローラ要素１の領域に本質的に設けられることが好ましい。
【００６７】
２つの遷移半径５Ｌ、５Ｒの図示した加工又は図示した同時の加工中、本発明により、好ましくは独立した２つのロール固化力ＦＬ、ＦＲをローラ要素１Ｌ、１Ｒにそれぞれ加えることができる。これにより、それぞれの遷移半径５Ｌ又は５Ｒのために必要なロール固化力の精密な調整が可能であることが好ましい。次に、これにより、例えば、遷移半径の先行に行われた加工において製造上の不正確があったため必要になる場合のように、各々の加工の場合にロール固化力の最適な調整が可能である。このため、力ＦＬとＦＲとを互いに独立して調整できることが好ましい。本発明によるローラ要素１の側面領域１３の接触領域１６は、遷移半径５に対する接触面７の自動的な角度調整を可能にするように形成されることが好ましい。このことは、クランクシャフトの製造上の不正確さがある場合、あるいは遷移半径５Ｌ、５Ｒの互いの距離がロール固化工程中に変化する場合に特に好ましくは有利であることが分かる。
【００６８】
好ましくは、ローラ要素１の断面形状の成形は、単一の例の基本的な条件に依存し、この場合、略真っ直ぐな接触面を形成することが特に重要である。好ましいローラ要素（図１、図２参照）の断面形状は、本質的に長方形、三角形又は長円である。
【００６９】
本発明による工具又はローラ要素１の図５による側面図から理解できるように、ローラ要素１は、略細長い形状を有し、長手方向軸線Ａに沿って延びることが好ましい。ローラ要素１の接触面７は真っ直ぐであることが好ましく、工具１の長手方向軸線Ａに対し本質的に平行に延びることが好ましい。しかし、クランクシャフトの遷移半径の加工中に、必要なロール固化力Ｆがクランクシャフトに導入されるように、接触面７がクランクシャフトと接触することのみが好ましくは重要であるに過ぎない。クランクシャフトの遷移半径をロール固化するための本発明による装置は、このために適切な手段又は構造を有し、前記手段はローラ要素の案内を行い、及び／又は、ローラ要素に接触力を及ぼす。本発明による好ましい実施形態によれば、本発明による装置は、ローラ要素１の線形運動が接触面７に対し本質的に平行に又はその方向に行われるように調整され、あるいは本発明による方法は、そのように実行される。
【００７０】
図５による概略図から理解できるように、ローラ要素１の側面図で、本発明による前記ローラ要素の接触面７は、少なくとも部分的に凹状及び／又は凸状の形状を有することができる。このことは、図５の破線７’と７”で示されている。好ましくは、ローラ要素１の接触面７は円形でなく、また回転対称でない。
【００７１】
ローラ要素の接触面は、約０．１ｍ〜５ｍ及びそれらの間、好ましくは約０．３ｍ〜約２ｍ及びそれらの間、好ましくは約０．５ｍ〜約１．５ｍ及びそれらの間、特に好ましくは約１ｍの長さＬを有することが好ましい。
【００７２】
工具の長手方向軸線Ａに対し直角又は略直角の方向に関し、接触面の２つの極限点の間の差に対する接触面７の長さの比率は、ここではＴと称され、特に接触面７が真っ直ぐな形状を有するときに、無限に向かうことが好ましい。本発明による別の好ましい実施形態によれば、Ｌ対Ｔの比率は、約４／１〜無限及びそれらの間、さらに好ましくは約８／１〜１０００／１及びそれらの間、さらに好ましくは２０／１〜５００／１及びそれらの間、同様に好ましくは３０／１〜１００／１及びそれらの間、さらに好ましくは約５０／１〜５０／１及びそれらの間の範囲にある。
【００７３】
好ましくは、本発明による工具の特に長い寿命は、真っ直ぐな接触面７の長さＬによって達成される。好ましくは、接触面７で加工されるべき遷移半径５のロールにより、接触面７の各々の部分は、限定された回数のみ遷移半径５と接触する。工具の摩耗は、相応して低い。この結果、工具の好ましくは長い寿命が得られ、例えば、工具の変更によるロール固化装置の休止時間が低減され、したがって、クランクシャフト加工の時間及びコスト削減をもたらす。さらに、遷移半径５及び／又は接触面７における損傷は、加工動作当たり限定された回数のみ、対応する反対の表面、すなわち接触面７又は遷移半径５の表面と接触し、これによって、加工物及び／又は工具に対するそれぞれの損傷の影響の低減がもたらされる。
【００７４】
好ましくは、本発明による方法による加工は、加工物と工具との間で線形的な相対運動を繰り返すか又は交互に行うことによって実行される。好ましくは、加工物の上方の工具の完全なロール運動（前後）により、約１ｍの工具又は接触面の長さ及び約５０ｍｍの直径を有する加工されるべきクランクシャフトの軸受座で、約１２の回転数（クランクシャフトは１２回回転し、すなわち１２の回転を行い、工具の行程毎に、すなわち１つの前後運動につきクランクシャフトの６回の回転）が行われる。上述のように、工具と加工物との間の相対運動は、工具自体によって及び／又は支持要素によって発生することができる。好ましくは、工具と加工物との間の約１〜６回の完全な回転運動が必要とされる。加工動作当たりより多くの数の回転運動により、運動毎に必要なより低い力が得られることが好ましく、次に、これにより、加工されるべきクランクシャフトのロール固化強度の向上がもたらされる。このことは、高いトルクを有するディーゼルエンジンに使用されるクランクシャフトに特に有利である。好ましくは、工具と加工物との間で相対的な２つのロール運動全体が実行される。クランクシャフトをディーゼルエンジンに使用するために、加工物と工具との間に好ましくは約３〜４の完全なロール運動が、ロール固化力を低減して実行される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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