DE3829648A1 - Verfahren zur herstellung von nuten in zylindrischen walzen und schleifmaschine zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Nachbearbeitung von Nuten in zylindrischen Walzen (Venta- Groove-Luftführungs-Rillen) von Papierverarbeitungs­ maschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Papiermaschinen werden zur kontinuierlichen Herstellung einer endlosen Papierbahn o. dgl. verschiedenster Dicke verwendet. Die Anlage weist verschiedene Verfahrensabschnitte auf, die beispielsweise durch die Siebpartie, die Pressenpartie, die Trockenpartie oder das Glättwerk charakterisiert sind (siehe Lueger, Lexikon der Technik, Taschenbuchausgabe 1972, Band 33, S. 699 ff.).

Die fertig hergestellten Papierrollen werden einer Schneideinrichtung zugeführt, wobei die Bahnführung durch Leitwalzen erfolgt, die mit Luftabführrillen versehen sind. Als Tragwalzen für die Fertigrollen sind auch sogenannte Saugwalzen mit Nuten bekannt geworden. Derartige Nuten in Walzen von Papierverarbeitungsmaschinen sind auch unter der Fachbezeichnung "Venta-Groove-Rillen" bekannt. Diese Rillen sind entweder in Form von Gewinderillen mit einer Steigung oder als konzentrisch umlaufende Rillen ausgebildet.

Derartige, bekannte Rillen werden bisher auf großen Drehbänken mittels spanabhebender Bearbeitung mit einem Einstichstahl, d. h. mit einem stehenden Werkzeug hergestellt. Bei einer Walze mit ca. 1,5 m Durchmesser weisen diese Nuten beispielsweise eine Breite von ca. 1,2 mm und eine Tiefe von ca. 2 mm auf. Die Herstellung dieser Nuten mittels der bekannten Drehbearbeitung mit stehendem Drehstahl hat den Nachteil, daß nur geringe Vorschubgeschwindigkeiten und eine insgesamt ungenaue Bearbeitung der Nuten erreicht werden können.

Die Herstellung von Nuten in Wellen oder Walzen könnte zwar prinzipiell auch mittels des bekannten Schleifverfahrens erfolgen. Da die Nuten bei gewindeartigen Nutengängen eine Steigung aufweisen, müßte die Schleifscheibe einen Vorschub in der Z-Achse, d. h. parallel zur Werkstücklängsachse, aufweisen. Bei einer vertikalen Ausrichtung der Schleifscheibe kommt es dabei aber zu einer Berührung der Eckkanten, wie dies in Fig. 2a beim üblichen Nutenschleifen dargestellt ist. Dies führt zu einer trapezförmigen Nutausbildung, die ggf. unerwünscht ist. Gleichermaßen wird die Schleifscheibe selbst in ihren Eckbereichen bzw. Seitenflanken ungleichmäßig beansprucht, so daß die Genauigkeit der Nutenform verloren geht.

Beim Schleifen von Nuten in Wellen oder Walzen tritt weiterhin das Problem auf, daß herkömmliche Schleifscheiben relativ schnell verschleißen, so daß eine hochpräzise Nut nicht hergestellt werden kann. Insbesondere ist das Schleifen von Nuten mit einer Nutenbreite von nur 1,2 mm Breite und einer Tiefe von 2 mm äußerst problematisch, da mehrfach hintereinander geschliffen werden müßte. Durch Wärmeverzug und Maschinentoleranzen sind genaueste Nutenabmessungen nicht herstellbar. Außerdem können derartig dünne Schleifscheiben abbrechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Venta-Groove-Luftführungs-Rillen bzw. Nuten in zylindrische Walzen oder Wellen, insbesondere von Papierverarbeitungsmaschinen vorzuschlagen, wobei das Verfahren einen hohen Wirkungsgrad und optimale Herstellungsgenauigkeit haben soll. Gleichermaßen soll eine Schleifanordnung vorgeschlagen werden, die derartigen Bedingungen gerecht wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 sowie Sachanspruchs 6 gelöst.

In den weiteren Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Grundgedankens angegeben.

Gemäß der Erfindung ist es zum einen wesentlich, daß zur Herstellung dieser Nuten ein Schleifverfahren angewendet wird, bei welchem im sog. Tiefschleifen oder Leistungsschleifen die Nut in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann. Dabei werden erfindungsgemäß Hochleistungsschleifscheiben verwendet, deren wirksame Schleiffläche aus einem ultraharten Werkstoff besteht. Solche Werkstoffe sind z. B. metallisch gebundenes kubisches Bornitrid (CBN) oder auch polykristalliner Diamant bzw. kubischer Diamant (PKD). Derartige Werkstoffe sind z. B. in der EP-B1 01 04 430 zur Bohrerherstellung erwähnt. In der Zeitschrift "technica 1969, Nr. 9, S. 810" wird eine Beschichtung einer Bohrerspitze mit aufgalvanisiertem Naturdiamantpulver erwähnt um einen ultraharten Werkstoff zu erhalten. Bevorzugt eingesetzt werden CBN-Schleifscheiben, da CBN bei der Bearbeitung von kohlenstoffhaltigen Stählen höhere Standfestigkeiten gegenüber PKD aufweist. Mit diesen Schleifscheiben können Umfangsgeschwindigkeiten von 100 bis 250 m/sec. bei ausreichender Kühlung und Materialabfuhr bewerkstelligt werden, d. h. es werden sehr hohe Schleifleistungen erzielt.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin wesentlich, daß der Einsatz derartiger CBN-Schleifscheiben auf einem Maschinenkonzept erfolgt, bei welchem eine Schleifscheibeneinheit mit eigenem Antrieb verwendet wird, wobei die Spindellängsachse gegenüber der Werkstücklängsachse einen Winkel einnehmen kann. Dieser Winkel ist abhängig vom Steigungswinkel der einzubringenden Nut, d. h. die Winkelverstellung wird numerisch steuerbar ausgeführt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, eine äußerst wirtschaftliche Herstellungsart von derartigen Spezialnuten in großen Werkstücken herzustellen, wobei der Nutenverlauf durch das numerisch steuerbare Drehzentrum variiert werden kann, insbesondere durch Änderung des Nutensteigungswinkels und des Vorschubs in der Z-Achse.

Besonders vorteilhaft ist auch die Verwendung einer kompletten Schleifeinheit, bestehend aus mehreren, parallel geschalteten Schleifscheiben, wobei jeweils nur eine Werkstückumdrehung hergestellt und danach die komplette Schleifeinheit in Längsrichtung des Werkstücks verstellt wird. Die Nuten können aber auch wie ein mehrgängiges Gewinde in einem Arbeitsgang, d. h. ohne Verstellung hergestellt werden.

Ein besonderes Problem ergibt sich bei der Nachbearbeitung von bereits mit Venta-Groove-Rillen versehenen Walzen. Bisher wurden derartige Walzen vollkommen plan abgedreht und die Rillen mittels eines Drehstahls neu eingestochen. Da die Rillen etwa 2 mm Tiefe aufweisen, konnte eine derartige Walze nur etwa 2 mal einer Nachbearbeitung unterzogen werden, bevor sie endgültig unverwendbar war. Das Einstechen mittels eines Drehstahls in die alten Nuten wurde nicht vorgenommen, da infolge Nuten-Steigungsfehler zu große Ungenauigkeiten und Abweichungen in der nachbearbeiteten Nut entstanden. Die Nuten- Steigungsfehler, d. h. die Abweichung einer vorgegebenen Steigung in Plus- und Minus-Richtung ergibt sich aus Wärmedehnungsänderungen sowie Herstellungstoleranzen. Diese müssen aber bei der Nachbearbeitung vollkommen ausgeschlossen werden.

Erfindungsgemäß wird deshalb das Herstellungsverfahren derart ausgestaltet, daß ein Meßsystem den Steigungsfehler der Nuten erkennt und die Schleifscheibe derart nachreguliert, daß diese stets dem vorhandenen Nutenverlauf nacheilt, so daß die bestehende Nut an ihrem Verlauf nicht geändert wird. Nachgeschliffen wird demnach nur die Tiefe der Nut.

Die Verwendung von Hochleistungsschleifscheiben aus CBN- Schleifmaterial erfordert eine extrem hohe Kühlung und Abtransport des Schleifgutes. Hierfür ist es erfindungsgemäß wesentlich, daß die Schleifscheibe mit einem speziellen Schutzgehäuse umgeben ist, welches eine für die Umgebung saubere Kühlmittelzufuhr von beispielsweise 200 bis 300 l/min. bei einem Druck von 20 bar zuläßt. So wird auch keine aufwendige Schutzvorrichtung für die Bearbeitungsstelle benötigt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

Fig. 1a eine Schleifscheibenanordnung mit einer Schleifscheibeneinheit bestehend aus drei parallel geschalteten Schleifscheiben in unterschiedlicher Nutenausbildung,

Fig. 1b den Querschnitt einer gewünschten Nut,

Fig. 2a eine herkömmliche Schleifanordnung mit einer vertikal gestellten Schleifscheibe und

Fig. 2b eine zugehörige trapezförmige Nut nach Fig. 2a,

Fig. 3a eine Seitenansicht einer Schleifscheibenanordnung mit Spritzgehäuse,

Fig. 3b einen Schnitt entsprechend der Schnittlinie in Fig. 3a und

Fig. 4 eine Anordnung zur Korrektur von Nuten- Steigungsfehlern.

In Fig. 1a ist eine Walze 1 für eine nicht näher dargestellte Papierverarbeitungsmaschine dargestellt. Die Walze hat beispielsweise einen Durchmesser von D ≈ 1,5 m und eine Breite B ≈ 5,5 m. Über diese Walzen kann das Papier mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 450 m/min. laufen. Um eine Luftführung zwischen Walze 1 und aufliegendem Papier zu gewährleisten, sind sog. "Venta-Groove-Rillen" 2 oder -Nuten 2 eingebracht, die beispielsweise eine Breite b ≈ 1,2 mm und eine Tiefe t ≈ 2 mm aufweisen. In der Figurendarstellung sind zur besseren Darstellung die Nuten im Verhältnis zum Walzendurchmesser D deutlich größer eingezeichnet.

Wie im rechten Teil der Fig. 1a dargestellt, sind die Nuten 2 gewindegangartig, d. h. mit einer Steigung mit dem Steigungswinkel α und der Steigungshöhe "h" eingebracht. Eine andere Form der Nut ist in der linken Figurenhälfte von Fig. 1a dargestellt. Hier ist die Nut 2′ als Kreisring mit einer positiven und negativen Auslenkung mit der Größe "a" ausgebildet, d. h. in der Abwicklung hat die Nut einen sinusförmigen Verlauf. Die Richtung der Nut 2′ ändert demnach ständig ihren Steigungswinkel α, so daß die Schleifscheibe in ihrer Ausrichtung hieran anzupassen ist.

Dementsprechend ist in der Fig. 1a im rechten Teil mit den gewindeförmigen Rillen 2 die Schleifscheiben-Rotations­ achse 19 der Schleifscheibe 3 im Winkel α gegenüber der Längsachse 4 (Z-Achse) des Werkstücks 1 angeordnet. Der Neigungswinkel α entspricht dabei dem Steigungswinkel der Rillen 2. Würde die Schleifscheibe 3′ gemäß der Darstellung in Fig. 2a senkrecht, d. h. nicht parallel zum Rillenverlauf angeordnet sein (Schleifscheibenachse 19 parallel zur Werkstückachse 4), so würde sich ein trapezförmiger Nutenquerschnitt gemäß Fig. 2b ergeben. lnsbesondere würde die Schleifscheibe 3′ an ihren Seitenflanken 5 ungleichmäßig abgenützt.

Bei einer schrägen Anordnung der Schleifscheibe 3 gemäß der Darstellung in Fig. 1a entsteht ein rechteckförmiger Nutenquerschnitt, wie er in Fig. 1b dargestellt ist.

Bei der Ausbildung der Nut 2′ gemäß der linken Darstellung in Fig. 1a muß die Schleifscheibe 3 sich ständig der sich ändernden Steigung anpassen. Dies geschieht durch eine numerische Steuerung des hier variablen Neigungswinkels α gegenüber der Werkstücklängsachse 4.

In der rechten Darstellung nach Fig. 1a können mehrere Schleifscheiben 3, 6, 7 als Schleifeinheit zusammengefaßt sein, d. h. drei Schleifscheiben sind im Abstand der Steigung "h" auf einem Dorn angeordnet und greifen gleichzeitig in die drei herzustellenden Nuten ein. Das Werkstück 1 dreht sich dann um 360° bei einem üblichen Vorschub des Werkzeugs um eine Ganghöhe. Danach wird die Schleifeinheit zurückgezogen und um die Steigung mal Anzahl der Schleifscheiben, d. h. im vorliegenden Fall um 3×h in Richtung der Werkstück-Längsachse 4 (Z-Achse) weiter verschoben. Danach erfolgt ein erneutes Einstechen und die Herstellung drei weiterer parallel angeordneter Längsrillen. Es kann aber auch mit drei Schleifscheiben ein dreigangiges Gewinde ohne Absetzen hergestellt werden.

Die Schleifscheibe 3, 6, 7 ist in ihrem vorderen Bereich profiliert (20) ausgebildet und zwar in Form der herzustellenden Nut. Dabei weist der wirksame Schleifbereich eine metallische Beschichtung aus metallisch gebundenem CBN-Material auf, wodurch die hohe Schleifleistung beim Leistungsschleifen, d. h. beim sog. Tiefschleifen ermöglicht wird.

Da das Leistungsschleifen bzw. Tiefschleifen einen sehr hohen Materialabtrag mit sich bringt, ist eine große Kühlleistung und Materialtransport nötig. Hierzu dient die in Fig. 3a und Fig. 3b dargestellte Anordnung. Die Schleifscheibe 3 ist mit einem Spritzgehäuse 8 umgeben, in welcher die Schleifscheibe 3 hermetisch abgeschlossen ist. Das Spritzgehäuse weist in seinem dem Werkstück 1 zugewandten Bereich eine Wechselplatte 9 auf, die dem Radius R des Werkstücks 1 angepaßt ist. Oberhalb und unterhalb des Eingriffsbereichs 10 der Schleifscheibe 3 ist die Wechselplatte 9 mit einer Abdichtungsanordnung 11 versehen, die beispielsweise aus Abstreifer mit Labyrinthanordnung und Leckölnuten besteht.

Im oberen Bereich des Spritzgehäuses 8 ist eine Kühlmittelzuführöffnung 12 mit einem anschließenden Zuführkanal 13, 14 zur Bearbeitungsstelle. Das Kühlmittel wird mit ca. 20 bar und einer Menge von ca. 200 bis 300 l/min. der Bearbeitungsstelle zugeführt. Das verbrauchte Kühlmittel wird im unteren Bereich über die Abführkanäle 15, 16 und dem Kühlmittelabführkanal 17 einer Kühlmittelaufbereitungsanlage zugeführt. Durch die genaue Anpassung der Wechselplatte 9 an das Werkstück 1 sowie durch die genauen Zuführkanäle 13, 14 für das Kühlmittel zur Bearbeitungsstelle kann der hohe Druck an der Bearbeitungsstelle erhalten werden, was zu einer intensiven Kühlung und Materialtransport an der Bearbeitungsstelle beim Hochleistungsschleifen führt. Auf diese Weise kann wirkungsvoll ein Schleifen mit CBN- Schleifscheiben stattfinden, wobei ein wirksamer Spritzschutz vorhanden ist. In Fig. 3b ist mit Bezugszeichen 18 ein Deckel dargestellt, der zum Scheibenwechsel abnehmbar ausgestaltet ist. Im übrigen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Erfindung ist auch auf die Nachbearbeitung von bereits vorhandenen Venta-Groove-Luftführungs-Rillen ausgerichtet. Hierfür wird nach Fig. 4 eine spezielle Anordnung zum Nachschleifen von Nuten mit Steigungsfehlern verwendet.

Das Problem dabei liegt darin, daß das Nachschleifen der vorhandenen Nuten zur Erzielung der notwendigen Nutentiefe von z. B. 2 mm derart erfolgen muß, daß keinerlei Abtrag an den Seitenflanken sondern nur in der Nutentiefe stattfinden soll. Sind aber Steigungsfehler am Werkstück vorhanden, d. h weicht die Steigung in positiver sowie in negativer Richtung von einer vorgegebenen Steigung geringfügig ab, so würde sich an diesen Stellen ein zusätzlicher Materialabtrag beim Schleifen an den Seitenflanken einstellen. Dies würde zu einer unerwünschten Verbreiterung der Nut führen.

Um dies zu vermeiden, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß zum Nachschleifen von vorhandenen Rillen 2 bzw. 2′ die einen Steigungsfehler infolge von Wärmeausdehnungen oder Herstellungstoleranzen aufweisen, eine Korrektureinrichtung 21 zur Kompensierung verwendet wird. Diese Korrektureinrichtung 21 besteht aus einem Meßrad 22 oder einem Meßfühler, der der Schleifscheibe 3 vorauseilt und eine Abweichung der vorhandenen Steigung (Ist- Steigung) der Nut, d. h. einen Nutensteigungsfehler erfaßt. Dieser Nutensteigungsfehler wird einer numerischen Nachführsteuerung zugeführt, welche die Schleifscheibe 3 derart nachführt, daß sie dem tatsächlichen Nutenverlauf folgt.

Hierfür ist das Meßrad 22 auf einem Meßschlitten 23 mit einer Führungsstange 24 angeordnet wobei der Meßschlitten mit einem Längenmeßsystem 25 mit Meßwagen 26 verbunden ist. Das Längenmeßsystem 25 mit Meßwagen 26 erfaßt jede seitliche Verschiebung des Meßrades 22 sowohl in positiver wie negativer Seitenauslenkung. Dieser Wert wird über eine nicht näher dargestellte Steuerung auf den Servomotor 27 übertragen, der über eine Kugelrollspindel 28 die Schleifscheibe 3 in ihrer seitlichen Aussteuerung steuert. Hierfür ist die Schleifscheibenaufhängung 29 an einem Schlitten 30 befestigt und längs der Führung 31 geführt. Weicht die Nutensteigung demnach um den Betrag "s" in Richtung des Pfeils 32 von der Normalsteigung ab, was mit dem Meßrad 22 erfaßt wird, so weicht auch die Schleifscheibe 3 um den Betrag "s" in Richtung des Pfeils 32′, wobei der Nachlaufweg zwischen Meßrad 22 und Schleifscheibe 3 selbstverständlich berücksichtigt wird.

Gleiches gilt für die Auslenkung oder Abweichung der Nut in die andere Richtung, d. h. in Richtung Pfeil 33, 33′.

Auf diese Art und Weise kann mittels der Erfindung auch eine äußerst wirtschaftliche Nachbearbeitung von vorhandenen Walzen mit Venta-Groove-Rillen stattfinden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Grundgedankens.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung und Nachbearbeitung von Nuten in zylindrische Walzen (Venta-Groove-Luftführungs- Rillen) von Papierverarbeitungsmaschinen, wobei spiral­ förmig verlaufende Rillen oder sinusförmig ausschwingende, geschlossene Rillen in die Walzenoberfläche eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Rillen (2, 2′) im Leistungs-Tiefschleifverfahren mittels einer Schleifscheibe (3, 6, 7) erfolgt, deren wirksame Schleiffläche (20) aus einem ultraharten Werkstoff wie kubischem Bornitrid (CBN) oder kubischem Diamant (PKD) besteht, wobei die Schleifscheiben-Rotationsachse (19) zur Einstellung der Schleifscheibenebene um einen Winkel (α) gegenüber der Werkstücklängsachse (4) variabel einstellbar ist und eine numerische Maschinensteuerung die Winkeleinstellung (α) bei sich verändernden Nutensteigungswinkeln (α) übernimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine antreibbare Spindeleinheit für die Schleifscheibe (3) am Werkzeugsupport vorgesehen ist, wobei die Spindellängsachse (19) gegenüber der Werkstück-Längsachse (4) (Z-Achse) schwenkbar gelagert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Schleifscheiben (3, 6, 7) zur Bildung einer Schleifeinheit parallel angeordnet sind, wobei die Schleifeinheit (3, 6, 7) eine Umdrehung des Werkstücks (360°) durchführt, danach zurückgezogen und um die Nutensteigung (α) × Anzahl der Schleifscheiben in Werkstücklängsrichtung (Z-Achse) verstellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Nachschleifen von vorhandenen Rillen (2, 2′) mit Steigungsfehlern ein Meßrad (22) oder Meßfühler der Schleifscheibe (3) vorauseilt und eine Abweichung der Ist- Steigung der Rille (2, 2′) (Nutensteigungsfehler) erfaßt und daß eine numerische Nachführsteuerung die Schleif­ scheibe (3) der tatsächlichen Rillensteigung nachführt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrad (22) auf einem mittels einer Führung (24) geführten Meßschlitten (23) angeordnet und mit einem Längenmeßsystem (25, 26) gekoppelt ist, welches den Nutensteigungsfehler erfaßt, daß die Schleifscheibe (3) an einem Führungsschlitten (30) mit Führungsstange (31) befestigt und mittels eines Servomotors (27) verstellbar ist und daß der am Meßschlitten erfaßte Nutensteigungsfehler vom Servomotor der Schleifscheibe im Sinne einer exakten Rillenachführung kompensiert wird.

6. Schleifmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (3, 6, 7) ein Spritzgehäuse (8) umgibt, dessen dem Werkstück (1) zugewandter Bereich an die Werkstückkontur angepaßt ist, wobei eine Abdichtungsanordnung (11) als Dichtungsmittel vorgesehen ist.

7. Schleifmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgehäuse (8) in ihrem, dem Werkstück zugewandten Bereich eine Wechselplatte (9) aufweist, die an unterschiedliche Werkstückkonturen anpaßbar ist.