SCHLAGVERFESTIGUNGSEINRICHTUNG

Abstract

 Die Erfindung betriff eine Schlagverfestigungseinrichtung (1), mittels welcher eine Kaltverfestigung einer Oberfläche (31) eines Werkstücks (6) herbeigeführt werden soll. In der Schlagverfestigungseinrichtung (1) findet ein Schwingungssystem (22) Einsatz, welches mittels eines Schwingungserregers, insbesondere eines Unwuchterregers (23), angetrieben wird. Erfindungsgemäß ist ein Schwingungskörper (12) des Schwingungssystems (22) mit einem Stößel (26) antriebsfest verbunden, der an der Oberfläche (31) des Werkstücks (6) die Schlagverfestigung herbeiführt.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schlagverfestigungseinrichtung, welche für die Herbeiführung einer Kaltverfestigung einer Oberfläche eines Werkstücks eingesetzt werden kann.

STAND DER TECHNIK

[0002] Bekannt ist, eine Kaltverformung einer Oberfläche durch ein Rollieren, Kugelwalzen oder Prägepolieren herbeizuführen (vgl. IPC-Klassen C21 D 007/04, C21 D 007/06 und C21 D 007/08).

[0003] Die Druckschrift DE 29 08 933 A1 offenbart eine Schlagverfestigungseinrichtung, mittels welcher gleichzeitig eine Kaltverfestigung der Oberflächen mehrerer Kugeln herbeigeführt werden kann, um die Kugeln mit der erforderlichen Festigkeit für deren Einsatz als Wälzlagerkugeln auszustatten. Diese bekannte Schlagverfestigungseinrichtung verfügt über eine feste Grundplatte, deren ebene Oberfläche geringfügig gegenüber der Horizontalen geneigt ist, so dass hierauf angeordnete Wälzlagerkugeln grundsätzlich entlang dieser Oberfläche rollen. Von der Grundplatte erstrecken sich zwei Führungssäulen vertikal nach oben, an welchen die Schlagplatte über Federn aufgehängt ist. Die Schlagplatte ist dabei durch die Führungssäulen so geführt, dass eine Unterseite der Schlagplatte unabhängig von der vertikalen Bewegung der Schlagplatte immer parallel zur Oberfläche der Grundplatte orientiert ist. An der Schlagplatte sind zwei gegenläufig angetriebene Unwuchtmassen gelagert. Ein Schwingungssystem ist hier mit der Schlagplatte und den Federn, an welchen die Schlagplatte an den Führungssäulen aufgehängt ist, gebildet. Durch die Anregung dieses Schwingungssystems mittels eines Schwingungserregers, welcher mit den Unwuchtmassen gebildet ist, kann das Schwingungssystem in Schwingungen versetzt werden. Hierbei löst sich in einer Freiflugphase der Schlagplatte die Unterseite der Schlagplatte von den Kugeln, so dass diese während der Freiflugphase einen kleinen Weg entlang der geneigten Oberfläche der Grundplatte rollen können. Am Ende der Freiflugphase schlägt die Unterseite der Schlagplatte auf die Oberseite der Kugeln auf. Der hierdurch ausgeübte Schlag führt zu einer gleichzeitigen Kaltverfestigung der Kugeln einerseits im Kontaktbereich der Kugeln mit der Oberfläche der Grundplatte und andererseits im Kontaktbereich der Kugeln mit der Unterseite der Schlagplatte.

AUFGABE DER ERFINDUNG

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlagverfestigungseinrichtung vorzuschlagen, welche insbesondere hinsichtlich

• der Gestaltung der Kontaktfläche zwischen einem Schlagkörper und dem Werkstück,
• der Handhabung,
• des konstruktiven Aufbaus,
• der Abmessungen und
• des apparativen und energetischen Aufwands

verbessert ist.

LÖSUNG

[0005] Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0006] Die Erfindung betrifft eine Schlagverfestigungseinrichtung für die Herbeiführung einer Kaltverfestigung einer Oberfläche eines Werkstücks, wobei diese Oberfläche des Werkstücks beliebig geformt sein kann, ohne dass zwingend eine Anpassung der Schlagverfestigungseinrichtung an die jeweilige Oberfläche des Werkstücks erfolgen muss. Durchaus möglich ist aber auch eine Anpassung der Schlagverfestigungseinrichtung an unterschiedliche Oberflächenkonturen des Werkstücks.

[0007] Die erfindungsgemäße Schlagverfestigungseinrichtung verfügt über ein Schwingungssystem, welches mittels eines Schwingungserregers zu Schwingungen angetrieben wird. Das Schwingungssystem weist einen Schwingungskörper auf, der über mindestens eine Feder abgestützt ist. Während gemäß der Druckschrift DE 29 08 933 A1 die Schlagverfestigung über eine Schlagplatte herbeigeführt wird, welche integral den Schwingungskörper ausbildet und gleichzeitig nur einsetzbar ist für eine gleichzeitige Kaltverfestigung mehrerer Kugeln gleicher Durchmesser, schlägt die Erfindung vor, dass der Schwingungskörper mit einem die Schlagverfestigung herbeiführenden Stößel antriebsfest verbunden ist. Hierbei kann die Masse des Schwingungssystems, welche die dynamischen Eigenschaften des Schwingungssystems, insbesondere die Eigenkreisfrequenz des Schwingungssystems, bestimmt sowohl die Masse des Schwingungskörpers als auch die Masse des Stößels beinhalten.

[0008] Der Einsatz des Stößels zur Herbeiführung der Schlagverfestigung ermöglicht zunächst eine besondere Ausgestaltung eines etwaigen Gehäuses der Schlagverfestigungseinrichtung. So kann ein derartiges Gehäuse, in welchem dann auch der Schwingungskörper angeordnet und die mindestens eine Feder abgestützt sein kann, eine Ausnehmung aufweisen, durch welche, insbesondere unter Führung und/oder Abdichtung, sich der Stößel erstreckt, womit dieser mit der Schwingungsbewegung aus dem Gehäuse ausgefahren und wieder eingefahren werden kann.

[0009] Andererseits ermöglicht der Stößel je nach Gestaltung seiner stirnseitigen Schlagfläche eine Beeinflussung der Flächenpressung bei dem auftretenden Schlag: Ist die Schlagfläche des Stößels eben oder entsprechend der zu verfestigenden Oberfläche des Werkstücks geformt, ergibt sich eine große Kontaktfläche, so dass sich auch die von der Schlagverfestigungseinrichtung ausgeübte Schlagkraft auf eine große Fläche verteilt, womit u. U. eine verhältnismäßig geringe Verformung und/oder Verfestigung herbeigeführt wird. Ist hingegen die Schlagfläche stärker konvex gestaltet als die Oberfläche des Werkstücks in dem Kontaktbereich konkav ausgebildet ist, ergibt sich eine verhältnismäßig kleine Kontaktfläche, womit die Schlagkraft lediglich in eine kleine Kontaktfläche eingebracht wird, womit eine größere Verformung und/oder Verfestigung herbeigeführt werden kann oder auch eine Verfestigung einer härteren Oberfläche erfolgen kann.

[0010] Unter Umständen kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch erreicht werden, dass der Stößel in Vertiefungen, Krümmungen oder Hinterschneidungen des Werkstücks eintreten kann, so dass auch zurückversetzte Teilbereiche der Oberfläche des Werkstücks mit der Schlagverfestigungseinrichtung kaltverfestigt werden können. Das Entsprechende gilt auch für unregelmäßig geformte Oberflächen des Werkstücks.

[0011] Grundsätzlich kann der Stößel beliebig ein- oder mehrteilig ausgebildet sein mit einem beliebigen Querschnitt und einer beliebigen die Schlagfläche ausbildenden Stirnfläche. Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung ist der Stößel mit einem Halter ausgebildet. An dem Halter ist auswechselbar ein Schlagkörper gehalten. Hierbei kann im Rahmen der Erfindung ein Auswechseln des Schlagkörpers erfolgen, wenn ein Verschleiß des Schlagkörpers aufgetreten ist, welcher das Ergebnis der Kaltverfestigung beeinträchtigt. Andererseits kann auch ein Satz unterschiedlicher Schlagkörper mit der Schlagverfestigungseinrichtung verwendet werden, welche sich durch ihre Länge, ihren Querschnitt und/oder insbesondere durch die Formgebung der Schlagfläche unterscheiden können. Je nach zu bearbeitender Oberfläche des Werkstücks und/oder dessen Material oder je nach zu bearbeitetem Teilbereich einer Oberfläche eines Werkstücks kann dann gezielt ein hierfür geeigneter Schlagkörper eingesetzt werden.

[0012] Für die Ausbildung des Schwingungserregers kann grundsätzlich ein beliebiger Antrieb Einsatz finden. Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung findet als Schwingungserreger ein Unwuchterreger Einsatz. Ein derartiger Unwuchterreger kann bspw. hinsichtlich eines als Hydropulser ausgebildeten Schwingungserregers vorteilhaft sein, da dieser auch mit geringem Aufwand mit einer großen Erregerfrequenz, welche mit der Antriebsdrehzahl des Unwuchterregers korreliert, betrieben werden kann. Unter Umständen ist auch der Einsatz eines Unwuchterregers vorteilhaft hinsichtlich der aufzubringenden Energie und der Steuerungs- oder Regelungsmöglichkeiten.

[0013] Grundsätzlich möglich ist, dass der Unwuchterreger lediglich über eine Unwuchtmasse verfügt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Unwuchterreger zwei rotierende Unwuchtmassen auf. Hierbei können die Unwuchtmassen gegenläufig rotieren, was vorteilhaft ausgenutzt werden kann, um Komponenten der Zentrifugalkraft der Unwuchtmassen, welche nicht in Schlagrichtung, d. h. Bewegungsrichtung des Stößels, sondern quer hierzu orientiert sind, auszugleichen.

[0014] Grundsätzlich möglich ist, dass die Amplitude der Zentrifugalkraft und damit der Schlagkraft verändert wird durch Veränderung der Unwuchtmassen selbst, was bspw. durch Austausch der Unwuchtmassen, Veränderung der Exzentrizität der Unwuchtmassen oder Montage von Zusatzmassen erfolgen kann. Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist bei einem Unwuchterreger mit zwei rotierenden Unwuchtmassen die Phasenlage der Unwuchtmassen einstellbar. Durch die Veränderung der Phasenlage der Unwuchtmassen kann die Amplitude der bei einer Drehzahl der Unwuchtmassen wirkenden Zentrifugalkraft verändert werden, ohne dass ansonsten eine Veränderung der Unwuchtmassen erforderlich ist.

[0015] Für eine besondere Ausgestaltung der Erfindung finden sogar vier Unwuchtmassen Einsatz, bei welchen in einer Unwuchterregereinheit je zwei Unwuchtmassen gegenläufig angetrieben werden und deren Phasenlage dann zur Veränderung der Amplitude der Schlagkraft veränderbar ist. Je nach Phasenlage erzeugen dann aber die Unwuchterregereinheiten auch Komponenten der Resultierenden der Zentrifugalkraft, die quer zur Schlagrichtung orientiert sind. Die beiden Unwuchterregereinheiten werden dann so gegenläufig zueinander angetrieben, dass sich die beiden Komponenten der Resultierenden der Zentrifugalkräfte beider Unwuchterregereinheiten gegenseitig aufheben, so dass sich eine Gesamt-Resultierende der Zentrifugalkräfte ergibt, welche in Schlagrichtung orientiert ist und oszilliert.

[0016] Grundsätzlich kann der Unwuchterreger mit einer beliebigen Antriebsdrehzahl angetrieben werden. Besonders große Amplituden der Bewegung des Schwingungskörpers und damit des Stößels können auch mit kleiner Antriebsenergie für den Unwuchterreger erzielt werden, wenn der Unwuchterreger mit einer Antriebsdrehzahl angetrieben wird, welche etwa der Resonanzfrequenz des Schwingungssystems entspricht. Hierbei wird unter "etwa der Resonanzfrequenz" eine Frequenz verstanden, welche ± 20 %, insbesondere ± 10 % oder ± 5 %, der Resonanzfrequenz des Schwingungssystems beträgt oder für welche zumindest 70 %, insbesondere zumindest 80 % oder 90 %, einer Resonanzüberhöhung der Resonanzkurve des Schwingungssystems erreicht wird.

[0017] Möglich ist durchaus, dass bei dem Betrieb der Schlagverfestigungseinrichtung von einem Benutzer manuell eine Einstellung der Masse der Unwuchtmassen, der Phasenlage der Unwuchtmasse, eine Vorgabe der Antriebsdrehzahl des Unwuchterregers u. ä erfolgt. Für einen Vorschlag der Erfindung ist allerdings in der Schlagverfestigungseinrichtung eine elektronische Steuereinrichtung vorhanden. Diese stellt, insbesondere unter Ansteuerung eines geeigneten Aktuators, eine Phasenlage der Unwuchtmassen ein. Hierbei kann die Einstellung der Phasenlage entsprechend eines vom Benutzer vorgegebenen Wunsches erfolgen. Möglich ist aber auch, dass die elektronische Steuereinrichtung während des Betriebs der Schlagverfestigungseinrichtung automatisch die Phasenlage der Unwuchtmassen verstellt, insbesondere zur Herbeiführung eines optimalen Ergebnisses für die Kaltverfestigung. Um lediglich ein weiteres Beispiel für eine automatische Einstellung der Phasenlage der Unwuchtmassen zu nennen, kann die elektronische Steuereinrichtung auch bei dem Erkennen eines Fehlers oder eines Abbruchkriteriums oder eines durch den Benutzer vorgegebenen Abbruchwunsches eine Einstellung der Phasenlage der Unwuchtmassen derart vornehmen, das diese derart versetzt rotieren, dass sich die Zentrifugalkräfte gerade aufheben, so dass keine resultierende Zentrifugalkraft und damit keine Schlagkraft erzeugt wird. Alternativ oder kumulativ möglich ist, dass die elektronische Steuereinrichtung eine Antriebsdrehzahl der Unwuchtmassen einstellt. Um lediglich ein Beispiel zu nennen, kann die elektronische Steuereinrichtung die Antriebsdrehzahl der Unwuchtmasse variieren und ermitteln, bei welcher Antriebsdrehzahl sich eine maximale Amplitude der Schwingung des Schwingungssystems ergibt.

[0018] Problematisch bei der Schlagverfestigungseinrichtung kann sein, dass die Resonanzfrequenz des Schwingungssystems bei Betrieb der Schlagverfestigungseinrichtung mit der Ausübung von Schlägen auf die Oberfläche des Werkstücks anders sein kann als die Resonanzfrequenz des Schwingungssystems bei freier Schwingung desselben. Dies kann besonders einfach für eine Modellüberlegung verdeutlich werden, gemäß welcher der Kontakt des Werkstücks mit dem Stößel in der Gleichgewichtslage des Schwingungssystems erfolgt. Die Dauer einer Freiflugphase des Schwingungskörpers mit dem Stößel entspricht in diesem Fall der halben Periodendauer des Schwingungssystems. Am Ende der Freiflugphase kann aber dann der Schwingungskörper mit dem Stößel nicht frei durchschwingen während der zweiten Hälfte der Periodendauer. Vielmehr wird durch den Schlag des Stößels an der Oberfläche des Werkstücks die Geschwindigkeit desselben impulsartig umgekehrt, womit wieder der Anfang der Freiflugphase erreicht ist. Somit beträgt für die erläuterte Modellüberlegung die Periodendauer des schlagenden Schwingungssystems lediglich die Hälfte der Periodendauer des freischwingenden Schwingungssystems. Hinzu kommt, dass die Periodendauer des schlagenden Schwingungssystems abhängig ist davon, in welchem Abstand die Oberfläche des Werkstücks von dem Stößel angeordnet ist. Auf Grundlage dieser Erkenntnis ist eine sorgfältige Wahl der Anregungsfrequenz des Schwingungserregers, insbesondere der Antriebsdrehzahl des Unwuchterregers, erforderlich, was insbesondere durch die elektronische Steuereinrichtung durch Variation der Antriebsdrehzahl mit einer Auswertung der herbeiführbaren Amplitude erfolgen kann. Beispielsweise kann über einen Sensor auch ein Abstand der Oberfläche des Werkstücks von der Schlagverfestigungseinrichtung erfasst werden und auf Grundlage des Signals des Sensors in der Steuereinrichtung eine Steuerung der Antriebsdrehzahl erfolgen, was bspw. auf Grundlage einer von dem gemessenen Abstand abhängigen Kennlinie oder eines Kennfeldes erfolgen kann.

[0019] Die Schlagverfestigungseinrichtung kann über eine Halteeinrichtung für ein Werkstück verfügen. Um lediglich ein nicht beschränkendes Beispiel zu nennen, kann die Halteeinrichtung als Spanneinrichtung oder schraubende Befestigungseinrichtung für das Werkstück ausgebildet sein. Hierbei kann die Halteeinrichtung einstellbar sein, so dass hiermit Werkstücke unterschiedlicher Geometrien gehalten werden können. Möglich ist auch, dass die Halteeinrichtung über eine Tragstruktur mit einem das Schwingungssystem aufnehmenden Gehäuse der Schlagverfestigungseinrichtung verbunden ist, womit eine Art geschlossener Ring für den Kraftfluss während des Auftretens des Schlags gebildet sein kann.

[0020] Des Weiteren schlägt die Erfindung vor, dass eine Führungseinrichtung für das Werkstück oder eine Schlagverfestigungseinheit vorhanden sein kann. Mittels dieser Führungseinrichtung kann eine Relativbewegung zwischen Werkstück und der Schlagverfestigungseinheit geführt sein, so dass ein Abschnitt der Oberfläche des Werkstücks kaltverfestigt werden kann, wobei über den Abschnitt dann die Führung durch die Führungseinrichtung erfolgt, womit definierte Ergebnisse der Schlagverfestigung herbeigeführt werden können. Möglich ist, dass eine durch die Führungseinrichtung geführte Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Stößel manuell oder automatisch herbeigeführt wird. Hierbei kann durch die Führungseinrichtung auch eine Führung entlang mehrerer Freiheitsgrade erfolgen.

[0021] In besonderer Ausgestaltung ist eine Steuereinrichtung vorhanden, welche einen Aktuator derart ansteuert, dass eine vorbestimmte Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Stößel herbeigeführt wird. Diese Steuereinrichtung kann separat von der zuvor genannten elektronischen Steuereinrichtung ausgebildet sein oder integral mit dieser ausgebildet sein. Durch Einsatz des von der Steuereinrichtung angesteuerten Aktuators kann eine Automatisierung der Herbeiführung einer Kaltverfestigung eines größeren, durch die Relativbewegung vorgegebenen Bereichs der Oberfläche des Werkstücks erfolgen.

[0022] Möglich ist aber auch, dass die Schlagverfestigungseinrichtung als eine manuell einsetzbare Schlagverfestigungseinheit ausgebildet ist, welche dann vorzugsweise eine Hand-Schlagverfestigungseinheit bildet. Vereinfacht gesagt kann dann diese Schlagverfestigungseinrichtung entsprechend einer Bohrmaschine von dem Benutzer "in die Hand oder Hände genommen" und benutzt werden, wobei in diesem Fall aber anstelle des rotierenden Bohrers der schwingende Stößel mit einem Werkstück in Wechselwirkung tritt. Die manuell einsetzbare Schlagverfestigungseinheit verfügt insbesondere über einen Gehäusegriff, an welchem dann die Schlagverfestigungseinheit von dem Benutzer gegriffen werden kann. Die Schlagverfestigungseinheit besitzt in diesem Fall bspw. eine maximale räumliche Erstreckung von 50 cm und/oder ein Gewicht, welches kleiner ist als 10 kg oder 5 kg. Hierbei kann die manuelle einsetzbare Schlagverfestigungseinheit über einen integrierten Akkumulator zur Leistungsversorgung verfügen und/oder eine externe Leistungsversorgung, bspw. über ein Stromkabel, aufweisen.

[0023] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.

[0024] Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.

[0025] Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0026] Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1

zeigt schematisch eine Schlagverfestigungseinrichtung in Wechselwirkung mit einem Werkstück.

Fig. 2

zeigt ein Detail II der Schlagverfestigungseinrichtung gemäß Fig. 1.

FIGURENBESCHREIBUNG

[0027] Fig. 1 zeigt eine Schlagverfestigungseinrichtung 1. Diese weist eine Tragstruktur 2 auf, an der über einen Haltegelenkarm 3 eine Schlagverfestigungseinheit 4 gehalten ist. Hierbei kann über den Haltegelenkarm 3 die Position und Orientierung der Schlagverfestigungseinheit 4 in Stufen oder stufenlos verändert werden. Diese Veränderung der Position und/oder Orientierung kann manuell oder automatisch über mindestens einen Aktuator erfolgen. Mit dem Haltegelenkarm 3 ist eine Führungseinrichtung 5 gebildet, mittels welcher die Relativbewegung zwischen Schlagverfestigungseinheit 4 und einem Werkstück 6 geführt ist. Der Haltegelenkarm 3 ist für das dargestellte Ausführungsbeispiel mit mehreren im Bereich von Gelenken 7a, 7b, 7c verschwenkbar miteinander verbundenen Teilarmen 8 gebildet. Erfolgt eine automatische Herbeiführung der Relativbewegung zwischen der Schlagverfestigungseinheit 4 und dem Werkstück 6, kann dies bspw. über im Bereich der Gelenke 7 angeordnete Schwenkaktuatoren erfolgen, welche den Winkel zwischen den benachbarten Teilarmen 8 verändern. Zusätzlich kann u. U. auch eine teleskopartige Verlängerung oder Verkürzung der Teilarme 8 erfolgen
Fig. 2 zeigt in dem Detail II gemäß Fig. 1 die Schlagverfestigungseinheit 4, welche über eine hier nicht näher spezifizierte Halteeinrichtung 9 an einem Teilarm 8d und damit an der Tragstruktur 2 gehalten ist.

[0028] Die Schlagverfestigungseinheit 4 verfügt über ein Gehäuse 10. Das Gehäuse 10 bildet einen Innenraum 11 aus. In dem Innenraum 11 ist ein hier plattenförmiger Schwingungskörper 12 angeordnet. Der Schwingungskörper 12 ist für eine translatorische Bewegung in Richtung einer Schlagachse 13 geführt. Dies erfolgt über von dem Schwingungskörper 12 beidseitig getragene koaxiale Führungsstangen 14, 15, welche in koaxialen Bohrungen 16, 17 auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 10 geführt sind. Der Schwingungskörper 12 ist über Federn und schwingend abgestützt, wobei für das dargestellte Ausführungsbeispiel die Federn 18 auf beiden Seiten des Schwingungskörpers 12 unter Vorspannung zwischen dem Schwingungskörper 12 und dem Gehäuse gefangen sind. Möglich ist, dass, wie in Fig. 2 dargestellt ist, den Federn 18 weitere Federn 19 parallel geschaltet sind. Hierbei sind für das dargestellte Ausführungsbeispiel die Federn 19 mit einem Federfußpunkt jeweils an einer Seite des Schwingungskörpers 12 abgestützt. Der andere Federfußpunkt der Federn 19 ist abgestützt an einer Abstützscheibe 20. Die Abstützscheiben 20, durch welche sich die Führungsstangen 14, 15 mit einem radialen Spiel hindurch erstrecken, sind mit einem Abstand 21 von einer benachbarten Gehäusewandung des Gehäuses 10 angeordnet. Dies hat zur Folge, dass die Abstützscheiben 20 lediglich nach Überwindung des Abstands oder Spiels 21 an der zugeordneten Gehäusewand des Gehäuses 10 abgestützt sind, womit auch erst dann die Federn 19 zur Wirkung kommen. Somit ergibt sich nach Überwindung des Abstands 21 eine Erhöhung der Steigung der Federkennlinie hinsichtlich der auf den Schwingungskörper 12 wirkenden Federkräfte der Federn 18, 19, womit gezielt eine Nichtlinearität der Federsteifigkeit und -kennlinie herbeigeführt werden kann.

[0029] Mit dem Schwingungskörper 12, dem Freiheitsgrad des Schwingungskörpers 12 in Richtung der Schlagachse 13 und der Abstützung des Schwingungskörpers 12 über die Federn 18,19 ist ein Schwingungssystem 22 gebildet. Eine Anregung des Schwingungssystems 22 erfolgt über einen Unwuchterreger 23, welcher über zwei gegenläufig rotierende Unwuchtmassen 24,25 verfügt. Die Unwuchtmassen 24, 25 werden durch einen geeigneten gemeinsamen Antrieb, vorzugsweise einen elektrischen Antrieb, und mittels eines die Rotationsbewegung des Antriebs auf beide Unwuchtmassen 24, 25 übertragenden Getriebes angetrieben. Der Unwuchterreger 23 ist an der Führungsstange 15 in deren aus dem Gehäuse 10 der Schlagverfestigungseinheit 4 auskragenden Endbereich befestigt. Der Unwuchterreger 23 erzeugt eine harmonische in Richtung der Schlagachse 13 orientierte Erregerkraft, mittels welcher das Schwingungssystem 22 zu Schwingungen angeregt wird.

[0030] In dem auf der dem Unwuchterreger 23 abgewandten Seite aus dem Gehäuse 10 auskragenden Bereich der Führungsstange 14 ist mit der Führungsstange 14 ein Stößel 26 gebildet. Dieser weist einen Halter 27 auf, über den fest an der Führungsstange 14 ein Schlagkörper 28 gehalten ist, wobei vorzugsweise der Schlagkörper 28 auswechselbar an dem Halter 27 gehalten ist. Der Schlagkörper 28 verfügt über eine Stirnseite 29, welche eine Schlagfläche 30 ausbildet, mit der die Schlagverfestigungseinheit 4 eine schlagende Kaltverfestigung einer Oberfläche 31 des Werkstücks 6 herbeiführt.

[0031] Mit Erzeugung der Antriebsbewegung der Unwuchtmassen 24, 25 des Unwuchterregers 23 wird das Schwingungssystem 22 in Schwingung versetzt, womit eine oszillierende Bewegung des Stößels 26 mit dessen Schlagfläche 30 erzeugt wird. Befindet sich im Bewegungsbereich der Schlagfläche 30 des Stößels 26 ein Werkstück 6, schlägt der Stößel 26 mit der Schlagfläche 30 auf die Oberfläche 31 des Werkstücks 6. Die stoßartig in die Oberfläche 31 zur Herbeiführung einer Kaltverfestigung eingebrachte Energie ist hierbei abhängig von der Geschwindigkeit des Schwingungskörpers 12 sowie dem Betrag der mitbewegten Masse. Hierbei hängt die bewegte Masse und damit auch die für die Bestimmung der Eigenkreisfrequenz des Schwingungssystems 22 zu berücksichtigende Masse ab von der Summe der Masse des Schlagkörpers 28, des Halters 26, der Führungsstange 14, des Schwingungskörpers 12, der Führungsstange 15 und des Unwuchterregers 23.

[0032] In der Schlagverfestigungseinrichtung 1 kann nur eine Unwuchtmasse aufweisen oder diese kann zwei oder vier Unwuchtmassen aufweisen, die dann beliebige feste, manuell veränderbare oder automatisiert veränderbare Phasenlagen besitzen können.

[0033] Eine Einflussnahme auf die in dem Werkstück 6 herbeigeführte Schlagverfestigung kann bspw. durch die Änderung der Mechanik, Änderung der Phasenlage der Unwuchten, Änderung der Unwuchtmasse, Änderung des Abstandes des Schwerpunktes der Unwuchtmasse von der Rotationsachse, Änderung der Größe der Schlagfläche 30 etc. erfolgen. Möglich ist, dass ein Sensor vorhanden ist, welcher die Schlagkraft am Stößel 26 erfasst, wobei dann auf Grundlage des Signals dieses Sensors eine Einflussnahme auf die Schlagverfestigung erfolgt, insbesondere durch Veränderung der Antriebsdrehzahl, der Phasenlage und/oder des Abstandes der Schlagverfestigungseinrichtung 1 von der Oberfläche des Werkstücks 6. Möglich ist auch, dass ein Sensor vorhanden ist, welcher den Abstand der Schlagverfestigungseinrichtung 1 von der Oberfläche des Werkstücks 6 erfasst. Möglich ist des Weiteren eine Regelung des Abstandes des Stößels 26 von der Oberfläche, was vorzugsweise mit dem Ziel erfolgt, eine gleichmäßig verfestigte Oberfläche zu erzielen.

[0034] Möglich ist, dass die Schlagverfestigungseinrichtung 1 starr oder steif an der Tragstruktur 2 abgestützt ist. Ebenfalls möglich ist allerdings, dass die Schlagverfestigungseinrichtung 1 mit einem Freiheitsgrad in Richtung der Schlagachse 13

• gleitend an der Tragstruktur geführt ist und mit Ihrem Eigengewicht (und etwaigen Zusatzmassen) in Richtung des Werkstücks 6 beaufschlagt ist
• federnd abgestützt ist.

[0035] Für die dargestellten Ausführungsbeispiele hat das Schwingungssystem 22 lediglich einen Freiheitsgrad, welcher der Schlagachse 13 entspricht. Demgemäß erfolgt die Aufbringung der schlagenden Energie durch die Stirnseite 29 des Schlagkörpers 28.

[0036] Möglich ist alternativ, dass das Schwingungssystem 22 ausschließlich einen Freiheitsgrad besitzt, welcher quer zur Längserstreckung des Stößels 26 orientiert ist. Für diese Ausführungsform wird die Schlagenergie nicht mit der Stirnseite 29 des Stößels 26 übertragen, sondern vielmehr von der Mantel- oder Seitenfläche des Stößels. Um lediglich ein Beispiel zu nennen, kann dann der Stößel 26 in eine Bohrung oder Ausnehmung des Werkstücks eingeführt werden. Die quer zur Längsachse des Stößels und der Bohrung orientierte Schwingung des Stößels 26 kann dann genutzt werden, um einseitig oder auf gegenüberliegenden Seiten Stöße auf der Innenfläche der Bohrung oder Ausnehmung aufzubringen.

[0037] In weiterer Ausgestaltung dieses Lösungsgedankens ist möglich, dass das Schwingungssystem 22 über zwei vertikal zueinander und jeweils vertikal zur Längsachse des Stößels 26 orientierte Freiheitsgrade verfügt, womit dann die Applikation von Stößen in mehrere Richtungen, beispielsweise auf die Innenfläche der Bohrung oder Ausnehmung, möglich ist.

[0038] Auch wenn der Stößel 26 mit seiner Stirnseite 29 eine Schlagverfestigung der Oberfläche 31 des Werkstücks 6 herbeiführt und somit ein Freiheitsgrad des Schwingungssystems 22 vorhanden ist, welcher in Richtung der Schlagachse 13 und Längsachse des Stößels 26 orientiert ist, kann mindestens ein zusätzlicher Freiheitsgrad des Schwingungssystems 22 vorhanden sein, welcher quer zu der Schlagachse 13 orientiert ist. Eine Überlagerung einerseits einer Schwingung des Stößels 26 in Richtung der Schlagachse 13 und andererseits einer Schwingung des Stößels 26 quer zur Schlagachse 13 kann genutzt werden, um die Fläche des Werkstücks 6, welche mit der Stirnseite 29 des Stößels 26 bearbeitet wird, zu vergrößern.

[0039] Der Stößel 26 kann einen beliebigen Querschnitt sowie eine beliebige Kontur der Stirnseite 29 sowie der Seitenfläche aufweisen.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0040] 

1

Schlagverfestigungseinrichtung

2

Tragstruktur

3

Haltegelenkarm

4

Schlagverfestigungseinheit

5

Führungseinrichtung

6

Werkstück

7

Gelenk

8

Teilarm

9

Halteeinrichtung

10

Gehäuse

11

Innenraum

12

Schwingungskörper

13

Schlagachse

14

Führungsstange

15

Führungsstange

16

Bohrung

17

Bohrung

18

Federn

19

Feder

20

Abstützscheibe

21

Abstand, Spiel

22

Schwingungssystem

23

Unwuchterreger

24

Unwuchtmasse

25

Unwuchtmasse

26

Stößel

27

Halter

28

Schlagkörper

29

Stirnseite

30

Schlagfläche

31

Oberfläche

Ansprüche

1. Schlagverfestigungseinrichtung (1) für die Herbeiführung einer Kaltverfestigung einer Oberfläche (31) oder Innenfläche eines Werkstücks (6) mit einem mittels eines Schwingungserregers angetriebenen Schwingungssystem (22), in welchem ein Schwingungskörper (12) über mindestens eine Feder (18, 19) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungskörper (12) mit einem die Schlagverfestigung herbeiführenden Stößel (26) antriebsfest verbunden ist.

2. Schlagverfestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (26) mit einem Halter (27) und einem an dem Halter (27) auswechselbar gehaltenen Schlagkörper (28) ausgebildet ist.

3. Schlagverfestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger als Unwuchterreger (23) ausgebildet ist.

4. Schlagverfestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Unwuchterreger (23) zwei rotierende Unwuchtmassen (24, 25) aufweist.

5. Schlagverfestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenlage der Unwuchtmassen (24, 25) einstellbar ist.

6. Schlagverfestigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unwuchterreger (23) mit einer Antriebsdrehzahl angetrieben wird, welche etwa der Resonanzfrequenz des Schwingungssystem (22) entspricht.

7. Schlagverfestigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinrichtung vorhanden ist, welche b) eine Phasenlage der Unwuchtmassen (24, 25) einstellt und/oder c) eine Antriebsdrehzahl der Unwuchtmassen (24, 25) einstellt.

8. Schlagverfestigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halteeinrichtung für das Werkstück, an welchem eine Schlagverfestigung herbeigeführt werden soll, vorhanden ist.

9. Schlagverfestigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halte- und/oder Führungseinrichtung (9; 5) für das Werkstück (6), an welchem eine Schlagverfestigung herbeigeführt werden soll, oder für eine Schlagverfestigungseinheit (4) vorhanden ist, über welche eine Relativbewegung zwischen Werkstück (6) und der Schlagverfestigungseinheit (4) geführt ist.

10. Schlagverfestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorhanden ist, welche einen Aktuator derart ansteuert, dass eine vorbestimmte Relativbewegung zwischen dem Werkstück (6) und dem Stößel (26) herbeigeführt wird.

11. Schlagverfestigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagverfestigungseinrichtung (1) als eine manuell einsetzbare Schlagverfestigungseinheit (4) ausgebildet ist.

Zeichnung