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Vorrichtung zum Bearbeiten zylindrischer Flächen an langgestreckten Werkstücken
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bearbeiten zylindrischer
Flächen an langgestreckten, in Halterungen dreh- bar eingespannten Werkstücken, z. B. Kurbelwellen. Zur Bearbeitung zylindrischer Flächen an langgestreckten drehbar eingespannten Werk- stücken wurde bereits eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei welcher das Werkstück an wenig- stens einer Stelle von beweglichen Stützelementen untergriffen und abgestützt wird, welche durch eine aufwärtsgerichtete, von einem Druckmedium herrührende Stützkraft belastet und in Anlage an dem Werkstück gehalten sind.
Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung besteht das Druckmedium aus Druckluft und es ist hiebei das Werkstück federnd abgestützt, da man die in einem Druckluftzylinder befindliche Luft ja am besten mit einer Feder vergleichen kann.
Wenn die Druckluftbehälter auch noch so gross ausgebildet sind, so bleibt dennoch die Federkraft mit dem Hub veränderlich, wie dies eben der Wirkung einer Feder entspricht. Wenn hiebei auch die Veränderungen in der Federbelastung noch so klein gehalten werden, ergeben sich doch Differenzen, welche eine ungleichförmige Bearbeitung und Unrundheiten der geschliffenen Kurbelzapfen zur Folge haben können.
Die vorliegende Erfindung hat nun zum Ziel, eine derartige federnde Abstützung durch ein Druckluftsystem und die damit zusammenhängenden Nachteile zu vermeiden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente durch den konstanten Druck eines geschlossenen hydraulischen Systems belastet sind. Ein derartiges geschlossenes hydraulisches System überträgt eine konstante Kraft auf die Stützelemente und gewährleistet daher, dass die auf das Werkstück ausgeübte Stützkraft in allen Arbeitsstellungen konstant bleibt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht daher eine wesentlich grössere Präzision der Bearbeitung als die bekannte Vorrichtung, bei welcher das Druckmedium Druckluft ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Stützelemente der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 eine Schleifmaschine zur Verwendung mit der erfindungsgemässen Vorrichtung und Fig. 3 eine schematische Darstellung der ganzen Vorrichtung.
Die dargestellte Vorrichtung dient zur Bearbeitung von Kurbelzapfen P einer Kurbelwelle Si es können aber auch andere langgestreckt Werkstücke, z. B. Kalanderwalzen, mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung bearbeitet werden. Das Werkstück kann entweder noch im Rohzustand oder bereits bearbeitet, zum Reparaturzweck, bearbeitet werden.
Die nachstehend beschriebene Vorrichtung wird vorzugsweise mit Schleifmaschinen von dem in Fig. 2 dargestellten Typ verwendet.
Diese Schleifmaschine weist einen Sockel B mit einem vorderen und einem hinteren Gehäuse H bzw. T auf. Diese Gehäuse H, T sind verschiebbar auf dem Sockel B angeordnet und tragen SpÅannfutter 10,10 a, in welche die Enden der Kurbelwelle S eingespannt werden.
Zur Bearbeitung der gewünschten zylindrischen Flächen an bestimmten Abschnitten der Kurbelwelle S wird eine motorisch angetriebene Schleifscheibe W verwendet. Damit die Schleifscheibe W eine solche Fläche bearbeiten kann, ist es notwendig, dass sich der zu bearbeitende Teil der Kurbelwelle S um eine Achse A dreht. Diese Achse läuft durch den Drehmittelpunkt zweier schwererer Schlittenunterteile 12, die Schlittenoberteile 11 tragen, an denen die Spannfutter 10, 10 a befestigt sind.
Um eine zylindrische Fläche auf den Kurbelzapfen P der Kurbelwelle S zu erzeugen, sind die Schlittenoberteile 11 derart gegenüber den Schlittenunterteilen 12 versetzt, dass die Mitte der Spannfutter um die Exzentrizität der Kurbelzapfen von der Achse A entfernt ist. Somit würde sich theoretisch der Kurbelzapfen um die Achse A drehen. In der Praxis aber schliesst seine eigentliche Drehachse einen Winkel mit der Achse A ein, u. zw. wegen der vom Eigengewicht der langen Kurbelwelle S verursachten Biegung derselben. Dabei ist es unmöglich, unter diesen Umständen eine richtige zylindrische Fläche auf dem Kurbelzapfen zu erzeugen.
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Diese Nachteile lassen sich aber mit der nachstehend beschriebenen Vorrichtung gänzlich vermeiden. Es sind eine Anzahl horizontaler Stützelemente 47 vorgesehen, die drehbare Lager aufweisen, auf welchen die Hauptlager der Kurbelwelle liegen. Diese Stützelemente 47 sind unabhängig voneinander gesteuerten, von oben nach unten gerichteten Kräften derart ausgesetzt, dass die Achse A stets durch den Drehmittelpunkt der Schlittenunterteile 12 verläuft. Wenn die Dreheigenschaften der Kurbelwelle 5 ausgeglichen sind, so schwimmt sie sozusagen in der gewünschten Höhe in der Luft und ist keiner Biegungsbeanspruchung ausgesetzt.
Die Vorrichtung gestattet eine genaue Bearbeitung von zylindrischen Flächen sowohl der Kurbelzapfen als auch der Hauptlager. Sie weist eine über den beiden Gehäusen H, T angeordnete horizontale Schiene R auf. Vorzugsweise besteht diese Schiene R aus einem Profil.
Solche Profile können ohne nennenswerte Biegung die schwersten Werkstücke tragen. Die Schiene R kann synchron mit der Kurbelwelle hin und her bewegt werden. Auf dem unteren Flansch 37 der Schiene R sind Rollen 39 tragende U-förmige Bügel 38 beweglich angeordnet.
Die Bügel 38 sind mittels Stangen 40 im gewünschten Abstand voneinander gehalten.
Unter der Schiene R sind paarweise hydraulische Zylinder 43'angeordnet. Die beiden Zylinder 43'jedes Paares sind seitlich in Abstand voneinander gehalten. Jeder Zylinder 43'ist an einem Lappen 42 befestigt. Diese Lappen 42 sind paarweise an einem starren, an der Stange 40 angebrachten Querträger 41 befestigt. In jedem Zylinder 43'ist ein Kolben 43a verschiebbar angeordnet, welcher starr am Ende einer Kolbenstange 44 befestigt ist. Die Kolbenstangen 44 erstrecken sich durch Stopfbüchsen der Zylinder 43'und sind mittels einer horizontalen Stange 45 verbunden. Die Stangen 45 tragen zwei sich seitlich und nach unten erstreckende Halteelemente 46, an welchen die horizontalen Stützelemente 47 befestigt sind.
Jedes Stützelement 47 weist einen viereckigen Rahmen 48 auf, in welchen zwei Achsen 49 in Abstand voneinander angeordnet sind, welche Achsen je zwei drehbare Rollen 50 tragen. Die
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mittels eines Rohres 43 b miteinander verbunden. Ferner weist einer dieser Zylinder einen Nippel 110 auf, an welchem ein Schlauch 111 angeschlossen ist. Durch diesen gelangt die Druckflüssigkeit unter einem bestimmten Druck in die Zylinder 43'. Wenn D'ruckflüssigkeit in die Zylinder 43'eingeführt wird, kann das entsprechende Stützelement 47 mit der gewünschten Kraft gehoben werden. Diese Kraft überträgt sich über die Rollen 50 auf das Werkstück.
Damit eine Kurbelwelle 5 jederzeit ohne Biegungsbeanspruchung gehalten wird, müssen alle Stützelemente gleichzeitig mit einer konstanten Kraft gehoben werden, welche Kraft derart sein muss, dass die Kurbelwelle gewissermassen gewichtslos in der Luft gehalten wird.
Die von dieser Kraft aufzunehmenden Einwirkungen sind sowohl vom Eigengewicht als von der Zentrifugalkraft der sich drehenden Kurbelwelle verursacht. Um die Tragelemente 47 somit heben zu können, ist jedem Zylinderpaar 43' ein vertikal angeordneter Zylinder 112 zugeordnet. Es ist üblich, zwei Zylinder 43'vorzu- sehen, es wäre aber auch möglich, nur einen einzigen zu verwenden.
Im Zylinder 112 ist ein Kolben 113 verschiebbar angeordnet. Der Zylinder 112 kann irgendwo in der Nähe der Schleifmaschine oder über derselben angeordnet werden. Der Kolben 113 ist mit dem Ende einer Kolbenstange 114 starr verbunden, welche sich durch eine Stopfbüchse des Zylinders 112 erstreckt und einen Haken 115 trägt. Am Haken 115 ist ein auswechselbares Gewicht 116 oder mehrere derartige Gewichte mittels einer Öse 117 aufgehängt. Der Schlauch 111 ist über einen Nippel 118 mit dem Zylinder 112 verbunden.
Die Zylinder 43', der Schlauch 111 und der Zylinder 112 bilden ein geschlossenes hydraulisches System, in welchem das Druckmittel einem konstanten Druck ausgesetzt ist. Dieser Druck ist natürlich gleich dem Quotienten des Gewichtes der Gewichte 116 durch die Fläche des Kolbens 113 abzüglich des Querschnitts der Stange 114.
Die Kolben 43 a sind jederzeit der gleichen Kraft ausgesetzt, unabhängig davon, ob sie sich heben oder senken.
Theoretisch sollten die Gewichte 116 eine gewisse kinetische Energie haben, wenn sie sich nach unten bewegen. Diese würde sich durch eine Zunahme des Druckes in der Flüssigkeit am Ende des Hubes des Kolbens 113 ausdrücken.
In Wirklichkeit aber wird die Kurbelwelle langsam genug gedreht, damit die kinetische Energie der Gewichte 116 vernachlässigt werden kann.
Die Wirkung der dadurch hervorgerufenen Verschiebung der Stützelemente 47 ist kleiner als die Toleranz für die Bearbeitung der Kurbelwelle S.
Um die Schiene R synchron mit der Kurbelwelle 5 hin und her zu bewegen, sind in Fig. 3 dargestellte Mittel vorgesehen.
Die Schiene R weist an ihren Enden Flanschen 30 mit je zwei genuteten Rollen 31 auf. Es sind zwei horizontale Querbahnen 32 vorgesehen, auf welchen sich die Rollen 31 der Schiene R hinund her bewegen. Die Bahnen 32 sind selber von Querträgern 33 gebildet, die mittels eines Gerüstes 34 über der Schleifmaschine angeordnet sind.
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Die Bewegung der Schiene R ist derart, dass sie sich stets während der Bearbeitung in der gleichen Vertikalebene wie die Achse A der Kurbelzapfen P befindet. Zu diesem Zweck ist im Gehäuse H eine horizontale Welle 72 vorgesehen, die vom Motor M synchron mit den Schlitten 12 gedreht wird. Die Welle 72 trägt einen vertikalen Arm 74, der eine Anzahl Löcher 75 aufweist, in die Stifte 76 eingesetzt werden können.
Wenn ein Stift 76 in ein solches Loch 75 eingesetzt ist, ist es schwenkbar mit einem Balken 77 verbunden, der selbst starr am Ende von zwei Kolbenstangen 78, 78''befestigt ist.
Diese Kolbenstangen tragen in vertikal ange-
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zueinander und in konstantem Abstand voneinander angeordnet. Der Lappen 81 ist schwenkbar auf einem horizontal im Rahmen 83 angeordneten Zapfen 82 gelagert. Dieser Rahmen 83 befindet sich über dem Gehäuse H und ist vorzugsweise an demselben befestigt.
Die in Fig. 3 dargestellte hydraulische Anlage bewegt die Schiene R hin und her. Zu diesem Zweck wird der Stift 76 in das geeignete Loch 75 eingesteckt, wodurch die an den Kolbenstangen 78, 78'befestigten-Kolben in den Zylindern 79, 79'verschoben werden. Die Kolbenstangen 78, 78'sind normalerweise um die doppelte Exzentrizität der Kurbelzapfen P versetzt.
Die Schiene R weist an ihrem Ende über dem Gehäuse H einen horizontal angeordneten Druck- flüssigkeits-Zylinder 85. auf, in welchem ein an einer Kolbenstange 87 befestigter Kolben 86 verschiebbar angeordnet ist. Das Ende der Kolbenstange 87 ist an einer Öse 88 der Querträger 33 befestigt, während der Zylinder 85 starr mit dem Flansch 30 verbunden ist.
Am oberen und am unteren Ende des Zylinders 79 sind Anschlüsse 79 a, 79 b vorgesehen, während der Zylinder 85 an seinen Enden An- schlüsse 85 a und 85 b besitzt. Die Anschlüsse 79 a, 85 a sind mittels einer Leitung 89, die Anschlüsse 79 bund 85. b mittels einer Leitung 90 verbunden. Wenn der Arm 74 sich dreht, wird die Flüssigkeit alternativ durch die Anschlüsse 85 a und 85 b in den Zylinder 85 eingeführt.
Dadurch wird der Zylinder 86 und mit ihm die Schiene R in bezug auf den Kolben dieses Zylinders hin-und herverschoben.
Um der Schiene R eine gleichmässige Bewegung zu erteilen, sind die gleichen Mittel an beiden Enden vorgesehen. Dies ist schematisch in Fig. 3 dargestellt, wobei gleiche Organe mit der gleichen Bezugsziffer und mit dem Zeichen' angegeben sind.
Die Zylinder 79,85 und die Leitungen 89, 90 und die Zylinder 79', 85'und die Leitungen 89' und 90'bilden zwei hydraulisch geschlossene Systeme und sind ganz mit Flüssigkeit gefüllt.
Wenn die Schiene R synchron mit der Kurbelwelle S hin und her bewegt wird, müssen alle Elemente dieser Systeme ganz mit Flüssigkeit gefüllt sein, da ansonst ein gewisser Totgang und somit eine Phasenverschiebung zwischen Schiene R und Welle S entstehen könnte.
Zu diesem Zwecke ist eine durch Druckluft betätigte Vorrichtung vorgesehen, die ein Rohr 92 besitzt, an dessen Enden zwei koaxiale, gleich grosse Zylinder 93, 93'vorgesehen sind.
Ihre Kolben 94, 94'sind mit Kolbenstangen 95, 95'verbunden.
Die Kolben 94, 94'bestimmen Kammern 94 a, 94 b, 94 aa und 94 bb in den Zylindern 93, 93'.
Das Volumen dieser Kammern variiert mit der Stellung des entsprechenden Kolbens. Die äusseren Enden der Zylinder 93, 93'sind mit Lufteinlässen 93 a, 93 aa versehen, die über Leitungen 96, 96'und eine gemeinsame Leitung 97 mit einer Luftzufuhr 58 verbunden sind. Die Kolben 94, 94'werden somit stets gegeneinander geschoben, u. zw. mit einer Kraft, die dem Luftdruck proportional ist. Die Kolben 94, 94'sind somit bestrebt, das Volumen der Kammern 94 b, 94 bb klein zu halten.
Die inneren Enden der Zylinder 93, 93'wei- sen Flüssigkeitseinlässe 93 b, 93 bb auf. Eine Leitung 98 verbindet den Einlass 93 b mit einem Anschluss 99 der Leitung 90 ; desgleichen ist der Einlass 93 bb über eine Leitung 98'mit der Lei- tung 90'verbunden.
Durch die beschriebene Vorrichtung sind die beiden hydraulischen Systeme (79, z 89, 90 und 79', 85', 89'und 90') stets gänzlich mit Flüssigkeit gefüllt. In beiden Systemen ist der Flüssigkeitsdruck konstant und proportional dem Luftdruck in den Kammern 94 a, 94 aa. Zwischen den Leitungen 79 a, 79 b, bzw. zwischen den oberen und unteren Enden der Zylinder 79 und 79'sind Überbrückungsleitungen 103,103' mit Ventilen 104, 104'vorgesehen.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist sehr einfach.
Die Gehäuse H, T sind entsprechend der ? u bearbeitenden Kurbelwelle S voneinander entfernt und das Werkstück ist in die Spannfutter 10, 10 a eingesetzt. Um die Kurbelzapfen zu bearbeiten, werden die Schlittenoberteile 11 in bezug auf die Unterteile 12 derart eingestellt, dass die Mittelpunkte der Spannfutter 10, 10 a von der Drehachse der Unterteile 12 um den Kurbelradius entfernt sind :
Die Rollen 39 werden längs der Schiene R verschoben, um die Stützelemente 47 unter die Hauptlager 53 zu bringen. Jedes Stützelement 47 ist in der beschriebenen Weise in die Höhe gehalten, wodurch das ganze Gewicht der Kurbelwelle ausgeglichen ist. Die Spannfutter 10, 10 a dienen somit hauptsächlich der Füh-
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rung der Enden der Kurbelwelle längs ihrer kreisförmigen Bahn und tragen praktisch nicht zum Ausgleich des Gewichtes bei.
Die gewünschte von jedem Stützelement ausgeübte Kraft wird durch geeignete Wahl der Gewichte 116 eingestellt.
Vorzugsweise wird die Schiene R um einen gleichen Abstand beidseitig der Mittelachse der Kurbelwelle verschoben, so dass die Träger 43 jederzeit in die gleiche Richtung nach oben bewegt werden. Zu diesem Zwecke wird zuerst die Schiene R in die vertikale Ebene der Drehpunkte der Schlittenunterteile 12 gebracht. Für diese Einstellung werden die Ventile 104, 104' geöffnet.
Selbstverständlich kann man ausser den Kurbelzapfen auch die Hauptlager der Kurbelwelle mit dieser Vorrichtung bearbeiten. In diesem Falle stehen die Stützelemente 47 mit allen Hauptlagern in Kontakt, ausser mit demjenigen, welches gerade bearbeitet wird. Die Spannfutter 10, 10 a und die Schiene R sind natürlich in diesem Falle feststehend.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Bearbeiten zylindrischer Flächen an langgestreckten, in Halterungen drehbar eingespannten Werkstücken, z. B. Kurbelwellen, unter Verwendung von das Werkstück an wenigstens einer Stelle untergreifenden be- weglichenn'Stützelementen, welche durch eine aufwärts gerichtete, von einem Druckmedium herrührende Stützkraft belastet und in dauernder Anlage an dem Werkstück gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente durch den konstanten Druck eines geschlossenen hydraulischen Systems belastet sind.