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Vorrichtung zum Feinziehschleifen Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen
zum Feinziehschleifen von Wellen, insbesondere der Hubzapfen von Kurbelwellen, bei
denen parallel zur Werkstückachse hin und her bewegte Schleifsteine benutzt werden.
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Bei Vorrichtungen zum Feinziehschleifen von Kurbelwellen und insbesondere
der Hubzapfen solcher Wellen hat man bisher dem Werkzeugträger eine vom Werkstück
selbst unabhängige Führung gegeben, damit das Werkzeug wie bei anderen spangebenden
Bearbeitungsverfahren dem Werkstück mit größtmöglicher Genauigkeit die gewünschte
zylindrische Form gibt. Um die Hubzapfen der um die Hauptachse umlaufenden Kurbelwelle
auf diese Weise bearbeiten zu können, waren neben dem Werkstück umlaufende Meisterkurbelwellen
erforderlich, die mittels besonderer Schwingen den hin und her bewegten Ziehschleifstein
führten. Solche Vorrichtungen sind dementsprechend verhältnismäßig umständlich und
kostspielig.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Feinziehschleifen
lediglich die Aufgabe hat, die Werkstückoberfläche zu glätten, d. h. die von dem
vorangehenden Bearbeitungsverfahren noch zurückgebliebenen feinen Unebenheiten der
Oberfläche auszugleichen, und daß die geometrisch genaue Gestalt der zylindrischen
Zapfen durch das vorangehende Bearbeitungsverfahren, z. B. durch Schleifen mittels
umlaufender Schleifscheiben, schon erreichbar ist. Die Erfindung besteht darin,
daß
die Vorrichtung zum Feinziehschleifen sich selbst durch Gleit- oder Rollenkörper
auf dem zu bearbeitenden Wellenzapfen führt. Die bisher üblichen Einrichtungen,
die dem Werkzeug eine von der Welle unabhängige Führung gaben, fallen fort. Die
Vorrichtung nach der Erfindung besteht demnach nur aus einer Lagerung des Werkstückes
mit dem zugehörigen Antrieb für die Umlaufbewegung, der davon unabhängigen Gleit-
oder Rollenführung für den Werkzeugträger und den Antrieb des Schleifsteines. Für
die Lagerung des Werkstückes und die Erzeugung der Umlaufbewegung kann beispielsweise
eine normale Drehbank benutzt werden. Die Gleit- oder Rollenführung kann in einfacher
Weise über einen Seilzug mittels eines Gewichtes gegen den Wellenumfang gedrückt
werden, wobei der Seilzug zugleich das beim Umlaufen der Welle zwischen dieser und
der Schleifvorrichtung auftretende Drehmoment aufnehmen kann. Die Erfindung hat
gezeigt, daß eine solche Vorrichtung ihre Aufgabe ebensogut erfüllt wie die bisher
bekannten kostspieligen Sondermaschinen mit zwangläufiger Führung des Werkzeugträgers.
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Von anderen Bearbeitungsverfahren her sind Gleit- oder Rollenführungen
des Werkzeugträgers bekannt. Man hat z. B, vorgeschlagen, zum Glätten zylindrischer
Zapfen in einer Art von Kluppe einen Schleifstein fest anzubringen, der demnach
nur die Umlaufbewegung der Kluppe selbst gegenüber der Welle ausführt. Solche Vorrichtungen
haben sich in der Herstellung von Wellen nicht -durchsetzen können, weil
einerseits die Schleifbewegung eine viel zu geringe Geschwindigkeit hat und weil
anderseits die nur in Umfangsrichtung verlaufende Bewegung Riefen auf der Werkstückoberfläche
hinterläßt.
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Nach einem anderen Vorschlag ist eine Vorrichtung mit einer umlaufenden
Topfscheibe auf dem vorbearbeiteten Hubzapfen einer Kurbelwelle selbst geführt.
Die umlaufende Schleifscheibe ist aber erfahrungsgemäß nicht dazu geeignet, die
Werkstückoberfläche im Sinne des Feinziehschleifens zu verbessern. Die Bearbeitung
mit einer umlaufenden Schleifscheibe bewirkt zudem eine weitgehende Zerspanung.
Es besteht daher die Gefahr, daß die geometrisch genaue Form des Kurbelzapfens verlorengeht,
weil eine vom Werkstück unabhängige Führung der Schleifscheibe fehlt.
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Zum Andrücken der Vorrichtung an das Werkstück können an Stelle eines
Gewichtes auch Federn benutzt werden. Ferner kann statt der Andrückung über einen
Seilzug ein die Welle umschließender Rahmen dienen, bei dem die z. B. durch Federn
erzeugte Andrückkraft durch Führungen auf der dem Ziehstein gegenüberliegenden Seite
des Wellenumfanges aufgenommen wird.
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Mit einem solchen Gerät nach der Erfindung ist es möglich, eine Kurbelwelle
um die Achse der Lagerzapfen in einer Drehbank oder Schleifmaschine umlaufen zu
lassen und in derselben Rufspannung sämtliche Zapfen, Lagerzapfen wie Kurbelzapfen,
nacheinander zu bearbeiten. Bei Anwendung mehrerer Geräte kann auch eine entsprechende
Anzahl von Zapfen gleichzeitig bearbeitet werden. Im Vergleich mit bekannten Maschinen
zum Feinziehschleifen der Hubzapfen von Kurbelwellen erfordert das erfindungsgemäße
Gerät nur einen geringen Bruchteil der Aufwendungen und Kostenfür die Herstellung.
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In Weiterbildung der Erfindung wird das Werkzeug (der Ziehstein) bzw.
der Werkzeugträger im Gerät beweglich gelagert und durch . unabhängige Kräfte, vorzugsweise
Federn, gegen den Wellenumfang gedrückt. Die Kraft zum Andrücken des Gerätes gegen
die Welle muß dabei natürlich etwas größer sein als die Kraft, die den Ziehstein
gegen den Wellenumfang drückt. Vorzugsweise wird der Werkzeugträger in einer Achsebene
der zu bearbeitenden Welle im Gerät pendelnd gelagert. Es ist vorteilhaft, an den
Enden des Werkzeugträgers in ihrer Spannung unabhängig voneinander einstellbare
Federn angreifen zu lassen, die den Ziehstein unmittelbar oder z. B. über Winkelhebel
gegen das Werkstück drücken. Es ist damit möglich, nicht nur die Andrückkraft des
Ziehsteines gegen die Welle entsprechend der Härte des Wellenumfanges und der Zusammensetzung
des Ziehsteines beliebig einzustellen. Die Federn können vielmehr auch eine ungleiche
Spannung erhalten, wenn Unregelmäßigkeiten der Vorbearbeitung eine einseitig stärkere
Andrückung erwünscht sein lassen.
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Zur Führung des Ziehsteines bzw. des Werkzeugträgers in Richtung der
Ziehbewegung können Gleitführungen dienen. Es hat sich jedoch besonders bewährt,
hierfür ein Paar rechtwinklig zur Längsrichtung des Steines am Werkzeugträger angreifender
Blattfedern zu benutzen, zumal der Hub der Ziehbewegung verhältnismäßig gering ist.
Er liegt z. B. in der Größenordnung zwischen I und 5 mm.
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Die Ziehbewegung des Steines kann auf verschiedene Art erzeugt werden,
so z. B. in an sich bekannter Weise durch Druckluftkolben oder durch Hubmagnete.
Besonders einfach ist ein mechanischer Antrieb durch eine am Werkzeugträger angreifende
Kurbelschleife, wobei der Kurbelzapfen zweckmäßig durch einen Elektromotor über
eine biegsame Welle angetrieben wird. Eine Besonderheit im Sinne der Erfindung besteht
darin, daß der Kurbelzapfen ein Wälzlager trägt, dessen Außenring an den inneren
Führungsflächen der Kurbelschleife abrollt. Es, hat sich praktisch gezeigt, daß
bei dieser Art Antrieb ein stärkerer Verschleiß der gegeneinanderliegevden Flächen
vermieden wird.
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Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung der Ziehbewegung des Steines
im Sinne der Erfindung besteht in der Anwendung hin und her gehender Massen, die
dem federnd gelagerten Werkzeugträger eine Schwingbewegung erteilen. Bezüglich des
Antriebs ist es besonders einfach, hierfür zwei entgegengesetzt umlaufende, gleich
große Massen zu verwenden, deren Fliehkräfte in.. Richtung der Verbindungslinie
ihrer Drehachsen einander gegenseitig aufheben und in .einer Richtung rechtwinklig
dazu
die Schwingbewegung des Werkzeugträgers erzeugen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Geräten zum Feinziehschleifen
nach der Erfindung wiedergegeben.
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Abb. I zeigt ein solches Gerät in Anwendung auf die Bearbeitung eines
Hubzapfens einer Kurbelwelle in einer Seitenansicht; Abb. 2 und 3 stellen dasselbe
Gerät in einem Längsschnitt bzw. einem Querschnitt nach Linie III-III der Abb. 2
dar; in Abb. 4 und 5 sind entsprechende Schnittbilder des zweiten Ausführungsbeispiels
wiedergegeben. Das Werkstück i (Kurbelwelle), dessen Hubzapfen 2 eine Feinstbearbeitung
durch Ziehschleifen erfahren soll, ist in der Achse der Wellenzapfen 3 z. B. in
einer Drehbank 4 in üblicher Weise aufgespannt, so daß sie eine Drehung im Sinne
des eingezeichneten Pfeiles ausführt. Das erfindungsgemäße Gerät 5 zum Feinziehschleifen
ist mittels Rollen 6, 7 auf dem vorgedrehten oder -geschliffenen Umfang des Zapfens
2 geführt. Es wird von einem Gewicht 8 mittels eines in etwa waagerechter Richtung
am Gerät angreifenden Seils 9, das über eine Rolle Io umgelenkt ist, an den Wellenumfang
angedrückt.
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Während des Werkstückumlaufs folgt das Schleifgerät 5 demnach der
kreisenden Bewegung des Kurbelzapfens 2, wobei das Gewicht 8 entsprechend auf und
ab wandert. Der Ziehstein i i, der sich annähernd über die ganze Länge des zu bearbeitenden
Zapfens 2 erstreckt, erhält während des verhältnismäßig langsamen Umlaufs der Welle
eine rasche hin und her gehende Bewegung in der waagerechten Achsebene des Zapfens,
die dem Stein durch einen Elektromotor 12 über eine biegsame Welle 13 und einen
in Abb. i nicht erkennbaren Kurbelschleifenantrieb erteilt wird.
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Die Einzelheiten des Gerätes 5 sind den Abb. 2 und 3 zu entnehmen.
Dabei ist der Werkstückzapfen 2 in strichpunktierten Linien angedeutet. Der mit
rechtwinkligem Querschnitt ausgeführte Ziehstein II ist im Werkzeugträger I4 in
nicht näher dargestellter Weise eingespannt: Der Werkzeugträger I4 enthält nach
der Seite der Antriebswelle 15 hin eine Kurbelschleife 16, in die der exzentrische
Zapfen 17 der Welle 15 mit einem darauf angebrachten Kugellager 18 eingreift. Während
der Zapfen die kreisende Bewegung ausführt, rollt der Umfang des Kugellageraußenringes
zwischen den gegenüberliegenden parallelen Innenflächen der Kurbelschleife I6 hin
und her. Der Werkzeugträger I4 mit dem Stein i i führt infolgedessen eine Schwingbewegung
parallel zur Achse des zu bearbeitenden Wellenzapfens 2 aus.
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Zur Führung des Ziehsteins bei seiner Schwingbewegung dienen die beiden
Blattfedern i9, die nahe den Enden am Werkzeugträger angreifen. Die Blattfedern
bilden zugleich den einen Schenkel zweier Winkelhebel 2o, an dessen anderem Schenkel
je eine durch Schraube 2I einstellbare Feder 22 angreift, um dem Ziehstein die notwendige
Andrückung gegen das Werkstück zu geben. Die voneinander unabhängige Lagerung der
Winkelhebel 2o auf einem gemeinsamen Zapfen 23 ermöglicht, falls es gewünscht wird,
eine ungleiche Andrükkung des Ziehsteines.
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Ein Rollenpaar 24 dient dazu, das Anbringen des Gerätes an der zu
bearbeitenden Welle zu erleichtern und eine Hilfestellung durch einen zweiten Mann
zu vermeiden. Diese Rollen 24 tragen bei der Bearbeitung des Zapfens 2 nicht auf
seinem Umfang. An den Seitenlaschen des Rahmens sind außen Führungsleisten 25, vorzugsweise
aus einer Lagerbronze, angebracht, die an den Innenflächen der benachbarten Kurbelwangen
gleiten.
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Das Gerät 26 nach Abb. 4 und 5 unterscheidet sich von dem vorher beschriebenen
grundsätzlich in der Art seines Antriebes. An Stelle eines zwangläufigen mechanischen
Antriebes ist hier ein durch Massenkräfte erzeugter Schwingungsantrieb getreten.
Zu diesem Zweck ist ein Paar entgegengesetzt umlaufender Zahnräder 27 und 28 im
Werkzeugträger 29 gelagert, die mit segmentartigen, als Schwungmasse wirksamen Verdickungen
30 versehen sind. In der Stellung nach Abb.5 heben die Fliehkräfte dieser Massen
einander gegenseitig auf. In den beiden Stellungen rechtwinklig zur gemeinsamen
Achsebene der Zahnräder sind beide Fliehkräfte dagegen in Längsrichtung des Ziehsteines
II wirksam, dem sie auf diese Weise mit dem Werkzeugträger 29 eine Schwingbewegung
in einer Achsebene der Welle erteilen. Zur Führung dient hier wiederum ein Paar
von Blattfedern 31, die auf halber Länge am Werkzeugträger 29 angreifen. In Abb.
5 ist das untenliegende Ende dieser Blattfeder am Rahmen des Gerätes angebracht.
Das obere Ende dagegen greift an einem Querstück 32 an, das über Bolzen 33 mittels
Schraubenfedern 34 die beiden Blattfedern 31 gespannt hält. Die Andrückung des Ziehsteines
gegen die Welle erfolgt durch die Schraubenfeder 35, die das in Abb. q. obere Ende
des Werkzeugträgers 29 mittels der einstellbaren Schraube 36 in Richtung gegen das
Werkstück drückt. Der Antrieb der Zahnräder erfolgt seitens einer Welle 37 über
eine Schraubenfeder 38.