Die Erfindung betrifft eine Walzrolle zum Walzen, insbesondere zum Festwalzen von Kurbelwellen, umfassend: einen Grundkörper mit einer Mittelachse und einer Walzfläche, wobei die Walzfläche sich um den Grundkörper und dessen Mittelachse herum erstreckt, insbesondere vollständig um den Grundkörper und dessen Mittelachse umläuft, wobei die Mittelachse des Grundkörpers die Symmetrieachse, insbesondere die Rotationssymmetrieachse, der Walzfläche bildet, wobei die Walzrolle eine Schnittebene aufweist, welche durch und entlang der Mittelachse des Grundkörpers verläuft, wobei die Mittelachse des Grundkörpers die Schnittebene in zwei spiegelsymmetrische Schnitthälften aufteilt, und wobei die Walzflächenkontur auf beiden Schnitthälften jeweils den äußeren Bereich der Grundkörperkontur bildet.

Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Walzen, insbesondere zum Festwalzen von Kurbelwellen, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Walzvorrichtung mit einer Walzrolle, b) Bereitstellen eines Werkstücks, und c) Walzen, insbesondere Festwalzen, des Werkstücks mit der Walzrolle der Walzvorrichtung.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Walzrollen und Verfahren zum Walzen, insbesondere zum Festwalzen von Kurbelwellen, bekannt.

Die DE 10 2005 021 793 A1 offenbart ein Verfahren und eine Anlage zum Härten von Übergangsradien einer Welle. Hierbei wird unter anderem mittels einer Walzrolle ein Teil eines Übergangsradius festgewalzt. Die beschriebenen Walzrollen weisen dabei eine Walzflächenkontur auf, die aus einem einzigen Kreisbogen gebildet wird. Die EP 2 411 182 A1 offenbart eine an einem Gehäuse lösbar angeordnete Walzrolle eines Walzwerkzeugs. Diese Walzrolle zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass die Walzflächenkontur zwei Kreisbögen umfasst.

Vergleichbare Walzrollen mit einer Walzflächenkontur, welche zwei Kreisbögen umfassen, ermöglichen es, schmale und schwer zugängliche Radien zu bearbeiten. Die Bearbeitung derartiger Radien ist mit Walzrollen, deren Walzflächenkontur lediglich einen Kreisbogen umfasst nur schwer bis gar nicht möglich. Walzrollen, deren Walzflächenkontur zwei Kreisbögen umfasst, haben sich daher insbesondere im Automobilbereich bei der Bearbeitung von Kurbelwellen als vorteilhaft erwiesen. Aufgrund steigender Anforderungen im Automobilbereich an die verbauten Motoren, fallen dort die zu walzenden Hohlkehlen immer schmaler aus. Bei den Hohlkehlen handelt es sich um die Übergänge einer Kurbelwelle von den Lagerlaufflächen zu den Wangen. Eine Bearbeitung der Hohlkehlen ist dabei trotz beengter Verhältnisse mittels Walzrollen, deren Walzflächenkontur zwei Kreisbögen umfasst, möglich.

Bei Walzrollen, deren Walzflächenkontur zwei Kreisbögen umfasst, hat sich jedoch herausgestellt, dass es im Bereich der Walzfläche zu Spannungsüberhöhungen kommen kann. Diese Spannungsüberhöhungen treten insbesondere in dem Abschnitt der Walzflächenkontur auf, welche durch den Kreisbogen mit kleinerem Radius gebildet wird. Dies hat zur Folge, dass die Standzeit der Walzrolle gerade bei hohen Walzkräften sehr gering ausfällt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Walzrolle und ein Verfahren bereitzustellen, welche die Standzeit der Walzrolle erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei einer Walzrolle nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die Walzflächenkontur auf beiden Schnitthälften jeweils wenigstens drei Kreisbögen aufweist, dass die wenigstens drei Kreisbögen jeweils konvex geformt sind und dass jeweils benachbarte Kreisbögen unterschiedliche Radien aufweisen. Diese Aufgabe wird zudem bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 15 dadurch gelöst, die Walzrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 14 gestaltet ist.

Der besseren Verständlichkeit halber und zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden die Walzrolle und das Verfahren zum Walzen nachfolgend gemeinsam beschrieben, ohne jeweils im Einzelnen zwischen der Walzrolle und dem Verfahren zu unterscheiden.

Eine erfindungsgemäße Walzrolle zum Walzen ist insbesondere zum Festwalzen von Kurbelwellen vorgesehen. Beim Festwalzen wird die Walzrolle gegen das zu bearbeitende Werkstück gedrückt, wodurch eine Festigkeitssteigerung durch Kaltverfestigung beim zum bearbeitenden Werkstück erreicht wird. Verfestigt wird dabei im Wesentlichen die Materialoberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks. Eine Verfestigung kann jedoch auch bei den Materialschichten auftreten, welche an die Materialoberfläche des Werkstücks angrenzen. Mit zunehmender Entfernung von der Materialoberfläche fallen die Festigkeitssteigerung jedoch geringer aus.

Bei einer Walzrolle handelt es sich vorzugsweise um einen im Wesentlichen symmetrischen, insbesondere rotationssymmetrischen, Körper. Die Walzrolle umfasst einen Grundkörper mit einer Mittelachse und einer Walzfläche. Der Grundkörper ist vorzugsweise wenigstens abschnittsweise Zylinder- und/oder kegelförmig ausgebildet. Die genaue Ausgestaltung hängt unter anderem von der Form der Walzfläche bzw. der Walzflächenkontur ab, auf die nachfolgend noch genauer eingegangen wird. Die Ausgestaltung des Grundkörpers hängt außerdem davon ab, wie die Walzkraft auf die Walzrolle übertragen wird und wie die Walzrolle gelagert wird. Bei einigen Walzrollentypen erfolgt die Übertragung der Walzkraft vom Walzwerkzeug auf die Walzrolle über die Walzfläche. Bei anderen Walzrollen erfolgt die Walzkraftübertragung wiederum teilweise oder vollständig über schulterartige Abschnitte der Walzrolle. Der Grundkörper umfasst bei derartigen Walzrollen dann entsprechende Schultern. Der Grundkörper kann zudem eine Vertauschsicherung umfassen. Die Vertauschsicherung dient dem Zweck, sicherzustellen, dass die Walzrolle nicht seitenverkehrt in ihre Lagerung eingelegt werden kann.

Die Walzfläche erstreckt sich um den Grundkörper und dessen Mittelachse herum, insbesondere läuft sie vollständig um den Grundkörper und dessen Mittelachse um. Die Walzfläche bildet somit vorzugsweise einen durchgängigen Bereich der Oberfläche des Grundkörpers. Die Walzfläche des Grundkörpers bildet dabei den Bereich des Grundkörpers, welcher beim Walzen eines zu bearbeitenden Werkstücks, insbesondere der Hohlkehle einer Kurbelwelle, dazu bestimmt ist, mit dem Werkstück in Kontakt zu kommen. Die Walzkraft wird beim Walzen von der Walzrolle über die Walzfläche an das zu bearbeitende Werkstück übertragen.

Die Mittelachse des Grundkörpers bildet die Symmetrieachse, insbesondere die Rotationssymmetrieachse, der Walzfläche. Die Mittelachse erstreckt sich dabei durch den Grundkörper, dabei vorzugsweise durch den Massenschwerpunkt des Grundkörpers. Der Grundkörper oder gar die ganze Walzrolle selbst sind nicht zwingenderweise symmetrisch, insbesondere nicht zwingend rotationssymmetrisch. Vorzugsweise kann der Grundkörper oder die Walzrolle jedoch symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, gegenüber der Mittelachse sein. In den meisten Fällen ist es jedoch ausreichend, wenn der Grundkörper oder die Walzrolle im Wesentlichen symmetrisch bzw. rotationssymmetrisch gegenüber der Mittelachse sind. Einige Bestandteile, Bereiche oder Abschnitte des Grundkörpers oder der Walzrolle, beispielsweise der Übergangsbereich zwischen Vertauschsicherung und Walzfläche, müssen beispielsweise nicht komplett symmetrisch bzw. rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Vielmehr kommt es darauf an, dass die Walzfläche und diejenigen Bereiche, die der Lagerung der Walzrolle dienen, symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, um die Mittelachse umlaufen bzw. sich vollständig um diese erstrecken. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Mittelachse jedenfalls die Symmetrieachse, insbesondere die Rotationssymmetrieachse, der Walzfläche. Die Walzrolle weist zudem eine Schnittebene auf, welche durch und entlang der Mittelachse des Grundkörpers verläuft. Die Schnittebene wird folglich durch einen ersten Vektor aufgespannt, welcher sich entlang der Mittelachse oder parallel zu der Mittelachse erstreckt, und durch einen zweiten Vektor, welcher senkrecht auf der Mittelachse steht. Dies hat zur Folge, dass die Mittelachse vollständig in der Schnittebene liegt.

Die Mittelachse des Grundkörpers teilt zudem die Schnittebene in zwei spiegelsymmetrische Schnitthälften auf. Eine Schnitthälfte liegt oberhalb der Mittelachse und eine Schnitthälfte unterhalb der Mittelachse; die beiden Schnitthälften liegen also auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse und werden durch die Mittelachse voneinander getrennt. In jeder Schnitthälfte liegt ein Teil, insbesondere eine Hälfte, der Walzrollenkontur. Die Kontur der Walzrolle, somit auch die Kontur des Grundkörpers und der Walzfläche, wird dabei jeweils auf die zwei Schnitthälften aufgeteilt. Aufgrund der Symmetrie, insbesondere Rotationssymmetrie, der Walzfläche zur Mittelachse des Grundkörpers wird die Kontur der Walzfläche in zwei symmetrische, insbesondere spiegelsymmetrische, Hälften aufgeteilt. Ist der Grundkörper oder gar die ganze Walzrolle symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, gegenüber der Mittelachse des Grundkörpers, werden auch der Grundkörper bzw. die Walzrolle in zwei symmetrische, insbesondere spiegelsymmetrische, Hälften aufgeteilt. Die Kontur ist hierbei der Umriss bzw. die Schnittdarstellung des geschnitten Körpers bzw. der geschnittenen Fläche in der Schnittebene.

Die Walzflächenkontur bildet weiterhin auf beiden Schnitthälften jeweils den äußeren Bereich der Grundkörperkontur. Der äußere Bereich der Grundkörperkontur und somit die Walzflächenkontur erstrecken sich in der jeweiligen Schnitthälfte um den äußersten Punkt der Grundkörperkontur. Der äußerste Punkt der Grundkörperkontur in der jeweiligen Schnitthälfte ist derjenige Punkt der Grundkörperkontur, der in der jeweiligen Schnitthälfte am weitesten von der Mittelachse des Grundkörpers beabstandet ist. Der Abstand ist vorliegend die kürzeste Verbindung zwischen der Mittelachse des Grundkörpers und dem jeweiligen Punkt in der entsprechenden Schnitthälfte. Die Walzflächenkontur wird dabei durch zwei Enden begrenzt, sodass die Walzfläche, welche sich aus der Walzflächenkontur ergibt, keine konkaven Abschnitte umfasst. Die beiden Enden der Walzflächenkontur werden daher vorzugsweise jeweils durch einen Wendepunkt der Grundkörperkontur gebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist die Walzflächenkontur keine Wendepunkte auf. Sollte es entlang der Grundkörperkontur keine Wendepunkte geben, nur in einer Richtung entlang der Grundkörperkontur Wendepunkte vorliegen oder die Grundkörperkontur in wenigstens einer Richtung derart ausgestaltet sein, dass sich die hieraus ergebende Fläche keine konkaven Abschnitte umfasst, wird das entsprechende Ende der Walzflächenkontur durch den Schnittpunkt der Grundkörperkontur mit der Mittelachse gebildet.

Die Definition eines Wendepunkts entspricht hierbei der mathematisch üblichen Definition. Ein Wendepunkt ist somit ein Punkt auf der Walzrollenkontur, auf dem Grundkörper und/oder auf der Walzflächenkontur, an dem die entsprechende Kontur ihr Krümmungsverhalten ändert. Die Kontur wechselt in einem Wendepunkt entweder von einer Rechts- in eine Linkskurve oder umgekehrt. Etwaige Änderungen im Krümmungsverhalten der Grundkörperkontur oder konkave Abschnitte der Oberfläche des Grundkörpers, bspw. leichte Rillen, welche durch in der Fertigung nicht vermeidbare Fehler und/oder Ungenauigkeiten in der Geometrie bedingt sind, sollen bei der Bestimmung der Walzflächenkontur, insbesondere den Enden der Walzflächenkontur, unberücksichtigt bleiben.

Die erfindungsgemäße Walzrolle zeichnet sich dadurch aus, dass die Walzflächenkontur auf beiden Schnitthälften jeweils wenigstens drei Kreisbögen aufweist, dass die wenigstens drei Kreisbögen jeweils konvex geformt sind und dass jeweils benachbarte Kreisbögen unterschiedliche Radien aufweisen. Diese Ausgestaltung der Walzflächenkontur hat den Vorteil, dass die Spannungsüberhöhungen in der Walzrolle verringert werden können und gleichzeitig schmale und schwer zugängliche Radien bearbeitet werden können.

Aufgrund der Symmetrie der Walzfläche zu der Mittelachse des Grundkörpers sind die jeweils wenigstens drei Kreisbögen in beiden Schnitthälften vorhanden und zudem sind die wenigstens drei Kreisbögen in den beiden Schnitthälften zueinander spiegelsymmetrisch. Ein Kreisbogen ist ein Teil bzw. ein Abschnitt der Kreislinie eines Kreises mit konstantem Radius. Ein Kreisbogen weist folglich ein konstantes Krümmungsverhalten auf. Eine Gerade kann daher nicht als Kreisbogen angesehen werden. Die vorliegende Definition eines Kreisbogens weicht nicht von der herkömmlichen mathematischen Definition eines Kreisbogens ab. Etwaige Kreisbögen der Walzflächenkontur, welche durch in der Fertigung nicht vermeidbare Fehler und/oder Ungenauigkeiten in der Geometrie bedingt sind, sollen unberücksichtigt bleiben. Es sollen insbesondere solche Kreisbögen der Walzflächenkontur unberücksichtigt bleiben, welche eine Bogenlänge aufweisen die kürzer ist als 50 μm.

Die wenigstens drei Kreisbögen sind zudem konvex geformt. Dies bedeutet, dass der oder die Abschnitte der Walzfläche, die sich aus dem oder den Abschnitten der Walzflächenkontur der wenigstens drei konvex geformten Kreisbögen ergeben, konvex geformt sind. Dies ermöglicht es, dass die Walzfläche sich wenigstens abschnittsweise an zu bearbeitende Radien anschmiegen kann.

Bei den wenigstens drei Kreisbögen der Walzflächenkontur je Schnitthälfte ist außerdem vorgesehen, dass jeweils benachbarte Kreisbögen unterschiedliche Radien aufweisen. Unter benachbarten Kreisbögen bzw. auch anderen Abschnitten, sind solche Kreisbögen und Abschnitte zu verstehen, die in der jeweiligen Schnitthälfte, auf und entlang der Walzflächenkontur, Grundkörperkontur und/oder Walzrollenkontur jeweils direkt aufeinander folgen bzw. direkt nebeneinander liegen. Zwischen benachbarten Kreisbögen liegt daher auf und entlang der Walzflächenkontur, Grundkörperkontur und/oder Walzrollenkontur kein weiterer Kreisbogen vor. Vorzugsweise liegt auch kein sonstiger Abschnitt der Walzflächenkontur, Grundkörperkontur und/oder Walzrollenkontur zwischen benachbarten Kreisbögen. Etwaige Kreisbögen und/oder Abschnitte der Walzflächenkontur, Grundkörperkontur und/oder Walzrollenkontur, welche durch in der Fertigung nicht vermeidbare Fehler und/oder Ungenauigkeiten in der Geometrie bedingt sind, sollen auch hierbei unberücksichtigt bleiben.

Zudem ist es von Vorteil wenn die wenigstens drei Kreisbögen je Schnitthälfte in benachbarte Abschnitte und/oder Kreisbögen der Walzflächenkontur, Grundkörperkontur und/oder Walzrollenkontur tangential übergehen. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn wenigstens ein Kreisbogen der Walzflächenkontur, der einem Ende der Walzflächenkontur entlang der Walzflächenkontur am nächsten liegt, in Richtung des entsprechenden Endes der Walzflächenkontur tangential in eine benachbarte Gerade übergeht. Dies kann auch an beiden Enden der Walzflächenkontur vorgesehen sein.

Eine Ausgestaltung der Walzrolle zeichnet sich dadurch aus, dass die Walzflächenkontur auf beiden Schnitthälften jeweils genau drei Kreisbögen aufweist. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere durch Walzflächen mit einer entsprechend ausgestalteten Walzflächenkontur die Spannungsüberhöhungen in der Walzrolle vermindert werden können und gleichzeitig schmale und schwer zugängliche Radien bearbeitet werden können. Aufgrund der Symmetrie der Walzfläche zu der Mittelachse des Grundkörpers, weist die Walzflächenkontur der jeweiligen Schnitthälfte jeweils genau drei Kreisbögen auf. Zudem sind die genau drei Kreisbögen beider Schnitthälften zueinander spiegelsymmetrisch.

In einer weiteren Ausbildung der Walzrolle ist vorgesehen, dass wenigstens zwei benachbarte Kreisbögen der Walzflächenkontur je Schnitthälfte ineinander übergehen, insbesondere tangential ineinander übergehen. Hierdurch können die Spannungsüberhöhungen in der Walzrolle weiter verringert werden.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn wenigstens drei, vier oder fünf Kreisbögen der Walzflächenkontur je Schnitthälfte ineinander übergehen, insbesondere tangential ineinander übergehen. Wenn die Walzflächenkontur einer jeweiligen Schnitthälfte genau drei Kreisbögen aufweist, ist es insbesondere von Vorteil, wenn die genau drei Kreisbögen der Walzflächenkontur je Schnitthälfte - vorzugsweise tangential - ineinander übergehen. Es können jedoch auch wenigstens zwei benachbarte Kreisbögen der Grundkörperkontur oder Walzrollenkontur, welche nicht Teil der Walzflächenkontur sind, ineinander übergehen, insbesondere tangential.

Unter „ineinander übergehen“ ist zu verstehen, dass keine weiteren Abschnitte der Walzflächenkontur, Grundkörperkontur und/oder Walzrollenkontur, beispielsweise eine Gerade oder ein Kreisbogen, zwischen den benachbarten Abschnitten liegen. Etwaige Abschnitte der Walzflächenkontur, Grundkörperkontur und/oder Walzrollenkontur, welche durch in der Fertigung nicht vermeidbare Fehler und/oder Ungenauigkeiten in der Geometrie bedingt sind, sollen hierbei unberücksichtigt bleiben. Hierzu zählen insbesondere solche Abschnitte der Walzflächenkontur, welche eine Länge aufweisen die kürzer ist als 50 μm.

Nach einer weiteren Ausführung der Walzrolle ist vorgesehen, dass alle jeweils benachbarten Kreisbögen der Walzflächenkontur je Schnitthälfte ineinander übergehen, insbesondere tangential ineinander übergehen. Hierdurch können mögliche Spannungsüberhöhungen in der Walzrolle weiter verringert werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass alle jeweils benachbarten Kreisbögen der Walzflächenkontur, Grundkörperkontur und/oder Walzrollenkontur ineinander übergehen, insbesondere tangential ineinander übergehen. Hierdurch wird eine gleichmäßige Oberfläche geschaffen, was wiederum zu einer Verminderung von Spannungsüberhöhungen beiträgt.

Eine weitere Ausgestaltung der Walzrolle zeichnet sich dadurch aus, dass die wenigstens drei Kreisbögen der Walzflächenkontur je Schnitthälfte einen ersten Kreisbogen, einen zweiten Kreisbogen und einen dritten Kreisbogen umfassen und dass der erste Kreisbogen und der zweite Kreisbogen benachbart sind und dass der zweite Kreisbogen und der dritte Kreisbogen benachbart sind. Mit anderen Worten ausgedrückt weist die Walzflächenkontur der jeweiligen Schnitthälfte wenigstens drei Kreisbögen auf, wobei auf und entlang der Walzflächenkontur auf den ersten Kreisbogen der zweite Kreisbogen folgt und auf den zweiten Kreisbogen der dritte Kreisbogen folgt. Vorzugsweise liegt entlang der Grundkörperkontur der dritte Kreisbogen am nächsten zu einer Vertauschsicherung des Grundkörpers. Bei dieser Ausgestaltung ist es insbesondere von Vorteil, wenn der erste Kreisbogen und der zweite Kreisbogen - insbesondere tangential - ineinander übergehen und der zweite Kreisbogen und der dritte Kreisbogen - insbesondere tangential - ineinander übergehen.

Bei einer weiteren Ausbildung der Walzrolle ist vorgesehen, dass der erste Kreisbogen einen größeren oder kleineren Radius aufweist als der zweite Kreisbogen. Insbesondere wenn der erste Kreisbogen einen größeren Radius aufweist als der zweite Kreisbogen kann eine Vermeidung von Spannungsüberhöhungen in der Walzrolle erreicht werden. Über den ersten Kreisbogen wird dann vorzugsweise primär die Walzkraft von der Walzrolle auf das zu bearbeitende Werkstück übertragen. Aufgrund des größeren Radius des ersten Kreisbogens können Spannungsüberhöhungen in diesem Bereich vermindert werden. Der zweite Kreisbogen ist in diesem Fall dafür bestimmt, einen gleichmäßigen Übergang der Walzflächenkontur zum dritten Kreisbogen zu schaffen, was mögliche Spannungsüberhöhungen in der Walzrolle weiter vermindert.

Eine weitere Ausführung der Walzrolle zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Kreisbogen einen größeren oder kleineren Radius aufweist als der dritte Kreisbogen oder dass der erste Kreisbogen den gleichen Radius aufweist wie der dritte Kreisbogen. Insbesondere wenn der erste Kreisbogen einen größeren Radius aufweist als der dritte Kreisbogen können auch schmale und schwer zugängliche Radien bearbeitet werden ohne das Walzen mit geringerer Walzkraft durchführen zu müssen. Über den ersten Kreisbogen wird dann vorzugsweise primär die Walzkraft von der Walzrolle auf das zu bearbeitende Werkstück übertragen. Aufgrund des größeren Radius des ersten Kreisbogens können Spannungsüberhöhungen in diesem Bereich vermindert werden. Der dritte Kreisbogen mit dem kleineren Radius ermöglicht es in diesem Fall trotz des ersten Kreisbogens mit größerem Radius die gesamte Walzflächenkontur kompakt zu gestalten.

Eine weitere Ausgestaltung der Walzrolle zeichnet sich dadurch aus, dass der zweite Kreisbogen einen größeren oder kleineren Radius aufweist als der dritte Kreisbogen. Insbesondere wenn der zweite Kreisbogen einen größeren Radius aufweist als der dritte Kreisbogen kann eine Verringerung der Spannung in der Walzrolle erreicht werden. Durch einen größeren zweiten Kreisbogen wird der Übergang der Walzflächenkontur zwischen dem erstem Kreisbogen und dem dritten Kreisbogen ausgedehnt, wodurch mögliche Spannungsüberhöhungen in diesem Bereich vermindert werden können. Der dritte Kreisbogen ermöglicht es in diesem Fall trotz eines zweiten Kreisbogens mit größerem Radius die gesamte Walzflächenkontur und somit die Walzfläche kompakt zu gestalten.

Vorzugsweise kann das Verhältnis der Radien der wenigstens drei Kreisbögen der Walzflächenkontur auch wie folgt definiert werden:

Vorzugsweise weist ein Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen einen größeren oder kleineren Radius auf als ein benachbarter Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen oder ein Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen weist einen größeren oder kleineren Radius auf als ein erster benachbarter Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen und weist einen größeren oder kleineren Radius auf als ein zweiter benachbarter Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen.

Alternativ oder zusätzlich weist vorzugsweise zudem ein Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen einen größeren oder kleineren Radius auf als wenigstens ein nicht benachbarter Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen oder ein Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen weist den gleichen Radius auf wie wenigstens ein nicht benachbarter Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen. Insbesondere gilt dies entsprechend für genau einen, wenigstens zwei oder genau zwei nicht benachbarte Kreisbögen.

Alternativ weisen vorzugsweise alle Kreisbögen der wenigstens drei Kreisbögen unterschiedliche Radien auf.

In einer weiteren Ausbildung der Walzrolle ist vorgesehen, dass der erste Kreisbogen eine größere, kleinere oder gleich große Bogenlänge aufweist wie der zweite Kreisbogen. Insbesondere wenn der erste Kreisbogen eine größere Bogenlänge aufweist als der zweite Kreisbogen kann eine Verringerung der Spannung in der Walzrolle erreicht werden. Über den ersten Kreisbogen wird dann vorzugsweise primär die Walzkraft von der Walzrolle auf das zu bearbeitende Werkstück übertragen. Aufgrund der größeren Bogenlänge des ersten Kreisbogens können Spannungsüberhöhungen in diesem Bereich vermindert werden. Der zweite Kreisbogen ist in diesem Fall dafür bestimmt, einen gleichmäßigen Übergang der Walzflächenkontur zum dritten Kreisbogen zu schaffen, was ebenfalls mögliche Spannungsüberhöhungen in der Walzrolle vermindert.

Eine weitere Ausführung der Walzrolle zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Kreisbogen eine größere, kleinere oder gleich große Bogenlänge aufweist wie der dritte Kreisbogen. Insbesondere wenn der erste Kreisbogen eine größere Bogenlänge aufweist als der dritte Kreisbogen können auch schmale und schwer zugängliche Radien bearbeitet werden ohne mit geringerer Walzkraft zu Walzen. Über den ersten Kreisbogen wird dann vorzugsweise primär die Walzkraft von der Walzrolle auf das zu bearbeitende Werkstück übertragen. Aufgrund der größeren Bogenlänge des ersten Kreisbogens können zudem Spannungsüberhöhungen in diesem Bereich vermindert werden. Der dritte Kreisbogen ermöglicht es in diesem Fall trotz eines ersten Kreisbogens mit größerer Bogenlänge die gesamte Walzflächenkontur kompakt zu gestalten. Eine weitere Ausführung der Walzrolle zeichnet sich dadurch aus, dass der zweite Kreisbogen eine größere, kleinere oder gleich große Bogenlänge aufweist wie der dritte Kreisbogen. Insbesondere wenn der zweite Kreisbogen eine größere Bogenlänge aufweist als der dritte Kreisbogen kann eine Verringerung der Spannung in der Walzrolle erreicht werden. Durch eine größere zweite Bogenlänge wird der Übergang der Walzflächenkontur zwischen dem erstem Kreisbogen und dem dritten Kreisbogen ausgedehnt, wodurch mögliche Spannungsüberhöhungen in diesem Bereich vermindert werden können. Der dritte Kreisbogen mit einer kleineren Bogenlänge ermöglicht es in diesem Fall trotz eines zweiten Kreisbogens mit größerer Bogenlänge die gesamte Walzflächenkontur kompakt zu gestalten.

Vorzugsweise kann das Verhältnis der Bogenlängen der wenigstens drei Kreisbögen der Walzflächenkontur auch wie folgt definiert werden:

Vorzugsweise weist ein Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen eine größere, kleinere oder gleich große Bogenlänge auf wie ein benachbarter Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen oder ein Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen weist eine größere, kleinere oder gleich große Bogenlänge auf wie ein erster benachbarter Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen und weist eine größere, kleinere oder gleich große Bogenlänge auf wie ein zweiter benachbarter Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen.

Alternativ oder zusätzlich weist vorzugsweise zudem ein Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen eine größere, kleinere oder gleich große Bogenlänge auf wie wenigstens ein nicht benachbarter Kreisbogen der wenigstens drei Kreisbögen. Vorzugsweise gilt dies entsprechend für genau einen, wenigstens zwei oder genau zwei nicht benachbarte Kreisbögen.

Alternativ weisen vorzugsweise alle Kreisbögen der wenigstens drei Kreisbögen unterschiedliche oder gleich große Bogenlängen auf. Bei einer weiteren Ausbildung der Walzrolle ist vorgesehen, dass der Grundkörper wenigstens eine Vertauschsicherung aufweist. Die Vertauschsicherung kann als einseitiger Vorsprung oder Zapfen ausgestaltet sein und dient dem Zweck, sicherzustellen, dass die Walzrolle nicht seitenverkehrt in ihre Lagerung eingelegt werden kann. Eine Vertauschsicherung hat daher besondere Vorteile bei einer Walzrolle, deren Walzflächenkontur Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien aufweist, da bei derartigen Walzrollen die Walzflächenkontur auf der Seite der Vertauschsicherung anders geformt sein kann als auf der der Vertauschsicherung abgewandten Seite, so dass es auf eine seitenrichtige Lagerung der Walzrolle ankommt.

Eine weitere Ausführung der Walzrolle zeichnet sich dadurch aus, dass die Walzrolle, insbesondere der Grundkörper, aus Metall, insbesondere Stahl, hergestellt ist. Durch die Verwendung von Metall, insbesondere Stahl, kann aufgrund der Festigkeit dieser Materialien eine ausreichende Standzeit der Walzrolle gewährleistet werden.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Walzrolle ist schließlich vorgesehen, dass die Walzrolle eine Härte von mindestens HRC 35 aufweist, insbesondere von mindestens HRC 40 aufweist. Diese Härte soll insbesondere im Bereich der Walzfläche vorliegen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Walzrolle eine ausreichende Verschleißfestigkeit aufweist. Eine ausreichende Festigkeit gegen Verschleiß ermöglicht es, hohe Walzkräfte zu übertragen ohne die Standzeit der Walzrolle sehr negativ zu beeinflussen. Von Vorteil ist es dabei, wenn die Oberfläche des Grundkörpers, insbesondere die Walzfläche, eine entsprechende Härte aufweist.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Walzen, insbesondere zum Festwalzen von Kurbelwellen, umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Walzvorrichtung mit einer Walzrolle, b) Bereitstellen eines Werkstücks, und c) Walzen, insbesondere Festwalzen, des Werkstücks mit der Walzrolle der Walzvorrichtung. Bei dem zu bearbeitenden Werkstück handelt es sich vorzugsweise um die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors. Hierbei werden insbesondere die Hohlkehlen der Kurbellwelle mittels der Walzrolle gewalzt, insbesondere festgewalzt. Wie zuvor bereits erläutert wird beim Festwalzen die Walzrolle gegen das zu bearbeitende Werkstück gedrückt wodurch eine Festigkeitssteigerung durch Kaltverfestigung erreicht wird. Hierbei wird im Wesentlichen die Materialoberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks verfestigt. Vorzugsweise ist die Walzrolle drehbar in einem Walzwerkzeug gelagert. Beim Walzen des Werkstücks dreht sich die Walzrolle selbst. Alternativ oder zusätzlich kann sich aber auch das Werkstück beim Walzen drehen. Die Drehung der Walzrolle kann hierbei durch die Drehung des zu bearbeitenden Werkstücks erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich wird die Walzrolle selbst angetrieben, vorzugsweise durch einen Antrieb der Walzvorrichtung.

Das vorliegende Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Walzrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 14 gestaltet ist. Durch die Verwendung einer entsprechenden Walzrolle können in der Walzrolle auftretende Spannungsüberhöhungen verringert werden. Dies trägt zu einer erhöhten Standzeit der Walzrolle bei.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine aus dem Stand der Technik bekannte Walzrolle in einer

Seitenansicht,

Fig. 2: einen Ausschnitt der Walzrolle aus Fig. 1 in einer geschnittenen Ansicht entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittebene 11 - 11,

Fig. 3: eine erfindungsgemäße Walzrolle in Seitenansicht, Fig. 4: die Walzrolle aus Fig. 3 in einer geschnittenen Ansicht entlang der in

Fig. 3 eingezeichneten Schnittebene IV - IV, und

Fig. 5: einen Ausschnitt der geschnittenen Walzrolle 1 aus Fig. 4.

In Fig. 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Walzrolle 1 dargestellt. Die Walzrolle 1 umfasst einen Grundkörper 2. Der Grundkörper 2 selbst umfasst eine Walzfläche 3 sowie eine Mittelachse M. Die Mittelachse M bildet bei der dargestellten Walzrolle 1 die Rotationssymmetrieachse der Walzfläche 3, des Grundkörpers 2 sowie der gesamten Walzrolle 1. Die Walzfläche 3 erstreckt sich dabei um den Grundkörper 2 sowie dessen Mittelachse M. Die Walzfläche 3 dient dem Kontakt der Walzrolle 1 mit einem zu walzenden Werkstück. Der Grundkörper 2 umfasst zusätzlich eine Vertauschsicherung 4. Diese dient der seitenrichtigen Lagerung der Walzrolle 1, vorzugsweise in einem Walzwerkzeug.

Fig. 2 zeigt den Ausschnitt 11 der Walzrolle 1 aus Fig. 1 in einer geschnittenen Ansicht entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittebene 11 - 11. Die Schnittebene 11 - 11 verläuft durch und entlang der Mittelachse M des Grundkörpers 2. Der durch diese Schnittebene erzeugte Schnitt durch die Walzrolle 1 ergibt unter anderem eine Walzflächenkontur 5 und eine Grundkörperkontur 6. Hierbei handelt es sich um die Schnittkontur der Walzfläche 3 („Walzflächenkontur 5“) und um die Schnittkontur des Grundkörpers 2 („Grundkörperkontur 6“)- Die Walzflächenkontur 5 bildet selbst einen Teil der Grundkörperkontur 6. Zu erkennen ist, dass die Walzflächenkontur 5 lediglich einen Kreisbogen K umfasst. Dieser Kreisbogen K weist dabei an jeder Stelle einen konstanten Radius R auf.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Walzrolle 1' in Seitenansicht. Die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Bereiche der Walzrolle 1' sind in Fig. 3 - und in allen weiteren Figuren - mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Walzrolle 1' aus Fig. 3 unterscheidet sich im Wesentlichen durch die Ausgestaltung der Walzflächenkontur 5, 5‘, 5" von der Walzrolle 1 des Stands der Technik aus Fig. 1.

Die Walzrolle 1' aus Fig. 3 umfasst ebenfalls einen Grundkörper 2. Der Grundkörper 2 setzt sich im Wesentlichen aus verschiedenen Zylinder- und/oder kegelförmigen Abschnitten zusammen. Der Grundkörper 2 umfasst wiederum eine Walzfläche 3 sowie eine Mittelachse M. Die Mittelachse M bildet auch hier die Rotationssymmetrieachse der Walzfläche 3, des Grundkörpers 2 sowie der gesamten Walzrolle 1'. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Walzrolle 1' vollständig symmetrisch aufgebaut sein. Maßgeblich ist, dass wenigstens die Walzfläche 3 symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, gegenüber der Mittelachse M ist. Die Walzfläche 3 erstreckt sich aufgrund der Rotationssymmetrie vollständig um den Grundkörper 2 und dessen Mittelachse M. Die Walzfläche 3 bildet somit einen um den Grundkörper 3 umlaufenden Bereich, welcher dem Kontakt mit zu walzenden Werkstücken dient. Beim Walzen, insbesondere Festwalzen, wird über die Walzfläche 3 die Walzkraft auf das zu walzende Werkstück übertragen. Hierdurch kommt es in den gewalzten Bereichen des Werkstücks zu Kaltverfestigungen. Die Walzfläche 3 ist zudem wenigstens abschnittsweise konvex geformt. Hierdurch kann sich die Walzfläche insbesondere beim Walzen von Radien oder gekrümmten Flächen an das zu bearbeitende Werkstück anschmiegen. Der Grundkörper 2 umfasst außerdem eine Vertauschsicherung 4. Mittels dieser Vertauschsicherung 4wird eine seitenrichtige Lagerung der Walzrolle 1' sichergestellt.

Fig. 4 zeigt die Walzrolle 1' aus Fig. 3 in einer geschnittenen Ansicht entlang der in Fig. 3 eingezeichneten Schnittebene IV - IV. Die Schnittebene IV - IV verläuft dabei durch und entlang der Mittelachse M des Grundkörpers 2 und bildet dabei die Schnittebene S. Die Schnittebene S verläuft somit ebenfalls durch und entlang der Mittelachse M des Grundkörpers 2. Die Schnittebene S wird durch die Mittelachse M in zwei Schnitthälften SH1, SH2 aufgeteilt. Vorliegend bildet die in Fig. 4 oberhalb der Mittelachse M gelegene Schnitthälfte die erste Schnitthälfte SH1, die Schnitthälfte unterhalb der Mittelachse M die zweite Schnitthälfte SH2. Der durch die Schnittebene S erzeugte Schnitt durch die Walzrolle 1' erzeugt unter anderem eine Walzflächenkontur 5, 5‘, 5" und eine Grundkörperkontur 6, 6‘, 6". Hierbei handelt es sich jeweils um die Schnittkontur der Walzfläche 3 und des Grundkörpers 2. Die Walzflächenkontur 5, 5‘, 5" bildet einen Teil der Grundkörperkontur 6, 6‘, 6". Aufgrund der Rotationssymmetrie des Grundkörpers 2 und der Walzfläche 3 in Bezug auf die Mittelachse M sind die Grundkörperkonturen 6‘, 6" und die Walzflächenkonturen 5‘,5" in den beiden Schnitthälften SHI, SH2 spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet. Da die dargestellte Walzrolle 1' selbst rotationssymmetrisch zur Mittelachse M des Grundkörpers 2 ist, ist die gesamte Walzrollenkontur 7 in der Schnittebene S spiegelsymmetrisch zur Mittelachse M. Ausführungen bezüglich der Walzflächenkontur 5’, der Grundkörperkontur 6' und/oder der Walzrollenkontur 7 in der ersten Schnitthälfte SH1 sind daher entsprechend auch auf die Walzflächenkontur 5”, die Grundkörperkontur 6" und/oder die Walzrollenkontur 7 in der zweiten Schnitthälfte SH2 unter Berücksichtigung der Symmetrie übertragbar.

Fig. 5 zeigt den Ausschnitt V der geschnittenen Walzrolle 1' aus Fig. 4. Der dargestellte Ausschnitt V entstammt dabei der ersten Schnitthälfte SH1. Die Walzflächenkontur 5‘, als Teil der Grundkörperkontur 6‘, umfasst vorliegend genau drei Kreisbögen K1, K2, K3. Jeder der drei Kreisbögen weist dabei einen konstanten Radius R1, R2, R3 auf. Die Kreisbögen K1, K2, K3 sind dabei derart angeordnet, dass der Abschnitt der Walzflächenkontur 5' und der sich hieraus ergebende Abschnitt der Walzfläche 5, welcher von den drei Kreisbögen K1, K2, K3 gebildet wird, eine konvexe Form aufweist. Die drei Kreisbögen K1, K2, K3 sind folglich selbst konvex geformt. Die drei Kreisbögen K1, K2, K3 weisen zudem alle unterschiedliche Radien R1, R2, R3 auf. Es ist hierbei jedoch ausreichend, wenn wenigstens die jeweils benachbarten Kreisbögen der drei Kreisbögen K1, K2, K3 unterschiedliche Radien R1, R2, R3 aufweisen. Bei der dargestellten Walzrolle 1' ist der Radius des ersten Kreisbogens K1, der erste Radius R1, der größte Radius der drei Kreisbögen K1, K2, K3. Der zweite Kreisbogen K2 weist den zweitgrößten Radius, den zweiten Radius R2, auf. Den drittgrößten bzw. den kleinsten Radius hat der Kreisbogen K3, nämlich den dritten Radius R3. Andere Verhältnisse der drei Radien R1, R2, R3 zueinander sind jedoch ebenfalls möglich. Dadurch, dass der zweite Radius R2 und der dritte Radius R3 kleiner sind als der erste Radius R1, kann der erste Radius R1 gegenüber dem Radius R der Walzrolle 1 des Stands der Technik größer ausfallen. Da über den Radius R1 im Wesentlichen die Walzkraft übertragen wird, kann durch eine Vergrößerung dieses Radius gegenüber dem Stand der Technik die Spannungsüberhöhungen verringert werden. Gleichzeitig fällt die dargestellte Walzrolle 1' jedoch genauso kompakt aus wie die Walzrolle 1 des Stands der Technik. Eine kompakte Form der Walzrolle 1' kann zwar auch durch lediglich zwei Kreisbögen erreicht werden, durch die Ausgestaltung der Walzflächenkontur 5' mit wenigstens drei Kreisbögen K1, K2, K3 können jedoch die in der Walzrolle 1' auftretende Spannungsüberhöhungen gleichzeitig vermindert werden.

Bei der dargestellten Walzrolle 1' ist zudem vorgesehen, dass der erste Kreisbogen K1 die längste Bogenlänge aufweist, der zweite Kreisbogen K2 die zweitlängste Bogenlänge und der dritte Kreisbogen K3 die drittlängste bzw. kürzeste Bogenlänge aufweist. Außerdem gehen bei der dargestellten Walzrolle 1' die jeweils benachbarten Kreisbögen der drei Kreisbögen K1, K2, K3 jeweils tangential ineinander über. Der erste Kreisbogen K1 geht somit in den zweiten Kreisbogen K2 tangential über und der zweite Kreisbogen K2 geht tangential in den dritten Kreisbogen K3 über. Hierdurch wird eine gleichmäßige Walzflächenkontur 5' gebildet, was ebenfalls zur Verminderung der Spannungsüberhöhungen in der Walzrolle 1' beiträgt. Der erste Kreisbogen K1 und der dritte Kreisbogen K3 gehen zudem jeweils in eine benachbarte Gerade tangential über. Aufgrund der Rotationssymmetrie der Walzfläche 3 gegenüber der Mittelachse M ist die Walzflächenkontur 5" der zweiten Schnitthälfte SH2 entsprechend spiegelsymmetrisch der Walzflächenkontur 5' der ersten Schnitthälfte SH1 ausgestaltet. Dies gilt entsprechend für die gesamte Grundkörperkontur 2 bzw. die gesamte Walzrollenkontur 7 aufgrund der Rotationssymmetrie der Walzrolle 1'. Bezugszeichenliste:

1, 1‘: Walzrolle

2: Grundkörper

3: Walzfläche

4: Vertauschsicherung

5, 5‘, 5": Walzflächenkontur

6, 6' 6": Grundkörperkontur

7: Walzrollenkontur

M: Mittelachse

K: Kreisbogen K1: erster Kreisbogen

K2: zweiter Kreisbogen

K3: dritter Kreisbogen

R: Radius R1: erster Radius

R2: zweiter Radius

R3: dritter Radius

S: Schnittebene

SH1: erste Schnitthälfte

SH2: zweite Schnitthälfte