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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Lagerung
einer fertig bearbeiteten Kurbelwelle anzugeben, bei der mit einem drehangetriebenen
Schneidwerkzeug in die Stirnfläche
des in einem festen Drehzahlverhältnis
damit drehangetriebenen Werkstücks
eine Stirnverzahnung einbringbar ist, ohne dass Lagerflächen beschädigt werden.
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Der
Erfindung liegt alternativ die Aufgabe zugrunde, ein längliches
Werkstück
oberflächenschonend
drehzulagern.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung,
wobei grundsätzlich
jeder Anspruch eine eigenständige
technische Lösung
darstellt und jeder Anspruch mit jedem anderen Anspruch kombinierbar
ist.
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Der
Anspruch 1 sieht zunächst
und im Wesentlichen vor, dass die Vorrichtung ein in einem Außengehäuseteil
drehbar gelagertes Innengehäuseteil aufweist.
Dem Innengehäuseteil
ist ein Spanngehäuseteil
insbesondere in Form einer Spannscheibe zugeordnet. Das Spanngehäuseteil
besitzt eine Vielzahl von in Radialrichtung auf eine zentrale Öffnung des
Spanngehäuseteils
synchron zueinander verlagerbare Spannmittel. Diese Spannmittel
wirken mit einer Lagerfläche
zusammen, die sich in der zentralen Öffnung des Spanngehäuseteils
befindet. Bei einem derartigen länglichen
Werkstück
handelt es sich bevorzugt um eine Kurbelwelle. Eine solche Kurbelwelle
besitzt eine Vielzahl von axial hintereinander liegenden Lagerflächen. Diese
auf einer Zylindermantelfläche
sich erstreckenden Lagerflächen
sind bei dem zu lagernden Werkstück
in der Regel fertig bearbeitet. Das heißt, die Lagervorrichtung darf
diese Fläche
nicht beschädigen.
Es muss deshalb vermieden werden, dass Spannbacken oder dergleichen beim
Lagern und Spannen über
die Lagerfläche
sich bewegen. Ebenso sind hohe Flächenpressungen unerwünscht. Es
ist deshalb vorgesehen, dass die Spannmittel in Flächenanlage
an die Lagerfläche
treten. Hierzu weisen die Spannmittel geeignete Spannflächen auf.
Es ist ferner vorgesehen, dass das Innengehäuseteil eine Innenkonusfläche aufweist.
Diese Innenkonusfläche
kann sich entlang einer gedachten Kegelmantelfläche erstrecken, dessen erzeugender
Kegel koaxial zur Drehachse des Werkstückes liegt. Diese Innenkonusfläche wechselwirkt
vorzugsweise mit den Spannmitteln über Druckflächen zusammen. Die Spannmittel
können über eine
Axialverlagerung des Gehäuses
gegenüber
dem Spanngehäuseteil
in Wirkung gebracht werden. Bevorzugt besitzen die Spannmittel Druckstücke, die
eine Außenkonusfläche aufweisen.
Diese Außenkonusfläche gleitet
bei der Axialverlagerung des Spanngehäuseteils an der Innenkonusfläche entlang.
Hierdurch werden die Spannmittel in Richtung auf die Lagerfläche verlagert.
Die Relativverlagerung des Spanngehäuseteils gegenüber dem
Außengehäuseteil
oder gegenüber
dem Innengehäuseteil
erfolgt bei ortsfest gehaltenem Spanngehäuseteil. Das Spanngehäuseteil
tritt dabei bevorzugt mit einer Anlagefläche an eine Gegenanlagefläche des
Werkstückes.
Das Außengehäuseteil
sitzt dabei vorzugsweise auf einem gegenüber dem Maschinenbett in Achsrichtung
des Werkstückes
verlagerbaren Schlitten. Wird dieser Schlitten auf das Antriebsdrehlager
bewegt, so verlagert sich der Innenkonus gegenüber den Spannmitteln und treibt
diese in Radialrichtung an. Das Antriebsdrehlager sitzt vorzugsweise
in axialer Beabstandung zur Lagervorrichtung. In einer Weiterbildung
ist vorgesehen, dass das Spanngehäuseteil radiale Bohrungen aufweist,
in denen Spannstifte angeordnet sind. Diese sind in Radialauswärtsrichtung federvorgespannt,
so dass die vor Kopf der Spannstücke
angeordneten Druckstücke
mit ihren auf einer Außenkonusfläche liegenden
Druckflanken an der Innenkonusfläche
anliegen. Es sind eine Vielzahl, vorzugsweise 8,10 oder 12 von in
Umfangsrichtung gleichmäßig winkelverteilter
Spannmitteln vorgesehen.
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Um
die Stirnseite einer Kurbelwelle oder eines anderen länglich gestreckten
Werkstückes
mit einer Stirnverzahnung, beispielsweise einer Hirthverzahnung
zu versehen, wird die Kurbelwelle zunächst in das Antriebsdrehlager
eingespannt. Die Kurbelwelle ist dann mit einem Antriebsmotor drehfest
gekoppelt und auch in Axialrichtung unverlagerbar. Die Kurbelwelle
ist gegenüber
dem Antriebsdrehlager zentriert. Hierzu besitzt Letzteres einen
Zentrierdorn, der in eine Zentrieröffnung eines der Enden der
Kurbelwelle eintritt. Dieses Ende besitzt vorzugsweise einen Flansch.
An diesen Flansch greift ein Haken an, der die Kurbelwelle in Achsrichtung
auf das Gehäuse
der Antriebswelle hin beaufschlagt. Das dann freie Ende der Kurbelwelle
besitzt die Stirnfläche,
die zu verzahnen ist. Unmittelbar benachbart an dieser zu verzahnenden
Stirnfläche
befindet sich eine Lagerfläche.
An dieser Lagerfläche
wird die Kurbelwelle drehgelagert. Hierzu wird das das Innengehäuseteil tragende
Außengehäuseteil,
welches vorzugsweise auf dem oben erwähnten Schlitten sitzt, in Achsrichtung
auf das Antriebsdrehlager solange zuverlagert, bis die sich unmittelbar
an die Lagerfläche
angrenzende Gegenanschlagfläche
der Kurbelwelle in Berührung
tritt mit einer Breitseite des Spanngehäuseteils. Diese Breitseite
des Spanngehäuseteils
bildet eine Anschlagfläche
aus. Bei einer dann erfolgenden Weiterverlagerung des Außengehäuseteils
in Achsrichtung gleiten die oben erwähnten Druckflanken der Druckstücke der
Spannmittel an der oben erwähnten
Innenkonusfläche
entlang, was eine Querverlagerung der Spannmittel gegenüber der
Kurbelwelle zur Folge hat. Die Axialbewegung wird solange fortgesetzt,
bis die Spannmittel mit ihren der Lagerfläche formangepaßten Spannflächen in
berührende Anlage
treten zur Lagerfläche.
Wird jetzt die Kurbelwelle drehangetreieben, so kann sich das Innengehäuseteil
gegenüber
dem Außengehäuseteil
drehen. Das Spanngehäuseteil
dreht sich mit derselben Geschwindigkeit, mit der sich die Kurbewelle
dreht, so dass keine Relativbewegung zwischen Spannfläche und
Lagerfläche
der Kurbelwelle stattfindet. Das anschließende Aufbringen der Hirthverzahnung
erfolgt mit einem Verfahren, wie es die
DE 102004056171 beschreibt.
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Das
lösen der
Lagervorrichtung erfolgt durch eine Axialverlagerung des Außengehäuseteils
in die entgegengesetzte Richtung. Um zu vermeiden, dass dabei die
Stirnflächen
der Spannstifte über
die Lagerfläche
der Kurbelwelle gleiten, um sie eventuell zu zerstören, wird
das Spanngehäuseteil
mit geeigneten Mitteln axial gegenüber der Kurbelwelle fixiert.
Konkret wird hierzu eine Spannmuffe verwendet, die in Achsrichtung
vor das Spanngehäuseteil
tritt und gegen sie drückt.
Wird dann das Außengehäuseteil
entgegen der Spannrichtung verlagert, so findet eine Relativbewegung
gegenüber
der Innenkonusfläche statt.
Die bereits oben erwähnten
Rückdrückfedern ziehen
die Spannstifte radial nach außen
und befreien somit die Lagerfläche
der Kurbelwelle.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 den
oberen Teil einer Werkzeugmaschine mit einem Werkstückdrehantrieb
und einem Drehlager zur Bearbeitung einer Kurbelwelle, die an einem
Greifer 40 hängend
oberhalb der Maschine dargestellt ist;
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2 eine
Darstellung gemäß 1 mit
im Antriebsdrehlager einseitig befestigter Kurbelwelle;
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3 eine
Darstellung gemäß 2,
jedoch vergrößert dargestellt
und beschränkt
auf die Kurbelwelle und das Drehlager, welches im Schnitt dargestellt
ist;
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4 eine
Darstellung gemäß 3,
wobei das Drehlager auf die Stirnseite der Kurbelwelle axial zuverlagert
worden ist, jedoch vor dem in die Spannstellung Bringen der Spannmittel;
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5 eine
Folgedarstellung zu 4, mit in Spannstellung gebrachter
Spannmittel;
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6 eine
Folgedarstellung zur 5 vor dem aus der Spannstellung
Bringen der Spannmittel mit in Wirkung gebrachter Spannmuffe;
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7 eine
Folgedarstellung zur 6 mit durch Axialverlagerung
des Außengehäuses aus
der Spannstellung befreiten Spannmitteln;
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8 eine
Folgedarstellung mit in eine Freigabestellung zurückverlagertem
Drehlager 11;
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9 einen
Schnitt gemäß der Linie
IX-IX in 5;
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10 einen
vergrößerten Ausschnitt
gemäß der strichpunktierten
Linie X in 7;
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11 eine
Darstellung gemäß 10 bei einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
und
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12 eine
Darstellung gemäß 10 des abgewandelten
Ausführungsbeispiels.
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Die
Werkzeugmaschine des Ausführungsbeispiels
besitzt ein Maschinenbett, auf dem ein Werkstückdrehantrieb 2 befestigt
ist. Nicht dargestellt sind die Elektromotoren und das Untersetzungsgetriebe
innerhalb des Werkstückdrehantriebes 2.
Der Werkstückdrehantrieb 2 besitzt
ein Spannfutter für ein
Ende einer Kurbelwelle 1. Dieses Spannfutter besitzt einen
Zentrierdorn 3, der in eine Zentrieröffnung 6 der Kurbelwelle
eintritt. Die Zentrieröffnung 6 der Kurbelwelle
sitzt an einem Fortsatz, der in eine Aufnahmehöhlung 7 des Futters
eintreten kann. Hierdurch tritt eine Seitenwandung eines Flansches 5 der Kurbelwelle 1 gegen
eine Anlagefläche 8 des
Futters. Mittels eines Hakens 4 wird die Kurbelwelle in
Achsrichtung in beiden Richtungen fest am Werkstückdrehantrieb 2 befestigt.
Der Haken 4 hintergreift dabei den Flansch 5.
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Die
Bestückung
der Maschine mit der zu bearbeitenden Kurbelwelle 1 erfolgt
mittels eines Greifers 40.
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Mittels
der Vorrichtung soll auf einer dem Flansch
5 abgewandten
Seite eine Stirnverzahnung
33 aufgebracht werden, wie dies
von der
DE 102004056171 beschrieben
wird. Es wird hierzu auf die detaillierten Ausführungen der
DE 102004056171 verwiesen, die
vollinhaltlich mit in diese Anmeldung aufgenommen werden.
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Auf
dem Maschinenbett befindet sich ein Schlitten 12. Dieser
ist in Parallelrichtung zur Erstreckung der Drehachse des Werkstückdrehantriebes 2 über einen
nicht dargestellten Spindelantrieb verlagerbar. Auf dem Schlitten 12 sitzt
das Drehlager 11. Dieses besitzt ein Außengehäuse 15, welches eine zylinderförmige Öffnung aufweist,
in welcher sich ein Innengehäuse 16 befindet,
welches ebenfalls die Gestalt eines Zylinders aufweist. Das Innengehäuse 16 ist
mittels eines Kugellagers 17 drehbar in der zylindrischen
Höhlung
des Außengehäuses 15 gelagert.
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Das
Innengehäuse 16 besitzt
an seiner dem Werkstückdrehantrieb 2 abgewandten Öffnungsseite einen
radial einwärts
ragenden Kragen 21. In dem dem Kragen 21 benachbarten
Bereich besitzt die Innenwandung des Innengehäuses 16 eine ringsum laufende
Konusfläche 18 mit
einem Konuswinkel von etwa 6°–12°, bevorzugt
8°–10°. Diese Innenkonusfläche 18 liegt
auf der Mantelfläche eines
gedachten Kegels, dessen Achse mit der Drehachse des Werkstückdrehantriebes 2 zusammenfällt.
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Auf
der axialen Höhe
dieser Innenkonusfläche 18 sitzt
innerhalb des Innengehäuses 16 eine Spannscheibe 19.
Die Spannscheibe 19 besitzt einen im Wesentlichen kreisförmigen Außenumfang und
eine zentrale Öffnung
mit einem kreisförmigen Umfang
zur Aufnahme der Lagerfläche 32 der
Kurbelwelle 1. Der Durchmesser der zentralen Öffnung ist
entsprechend größer gestaltet
als der Außendurchmesser
der Lagerfläche 32.
Der auf einer Außenkonusfläche 20 sich
erstreckende Außenumfang der
Spannscheibe 19 besitzt einen derartigen Durchmesser, dass
die Spannscheibe 20 bis in eine Anlage an den Kragen 21 gebracht
werden kann.
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Wie
am besten aus den 9 bzw. 11 zu
entnehmen ist, besitzt die Spannscheibe 19 eine Vielzahl
von in gleicher Umfangsverteilung angeordneter Bohrungen, in denen
sich jeweils Spannstifte 26 befinden. Die Spannstifte 26 des
in 9 dargestellten Ausführungsbeispieles besitzen nach
radial innen ragende Stirnflächen,
die der Umfangskontur der zu spannenden Lagerfläche 32 angepaßt sind. Insgesamt
sind hier acht Spannmittel vorgesehen.
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Die
radial nach außen
weisenden Enden der Spannstifte 26 sind über eine
Schraube 29 jeweils mit einem Druckstück 27 verbunden. Das
Druckstück wird
von einer Rückdrückfeder 28 beaufschlagt,
die sich am Boden eines verbreiterten Abschnittes der Radialbohrung
abstützt.
Hierdurch werden die Spannmittel immer in Radialaußenrichtung
beaufschlagt.
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Das
Druckstück 27 besitzt
an seiner nach radial außen
weisenden Seite eine Druckfläche,
die der Konusfläche 18 formangepaßt ist.
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Die
Spannscheibe 19 wird im unbelasteten Zustand (vergleiche 3)
von einer Mehrzahl von Haltefedern 23 in einem Abstande
zum Kragen 21 gehalten. Hierdurch verbleibt zwischen der
Breitseite des Kragens 21 und der dieser gegenüberliegenden Breitseite
der Spannscheibe 19 ein Spaltraum 22.
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Um
zu vermeiden, dass in diesen Spaltraum 22 Späne bei der
bevorzugten spanenden Bearbeitung der Stirnfläche der Kurbelwelle 1 eintreten,
ist die zentrale Öffnung
des Kragens 21 mit einer Spanschutzkappe 34 versehen.
Der Außendurchmesser der
Spanschutzkappe 34 entspricht dem Innendurchmesser der Öffnung des
Kragens 21. Der äußere Randabschnitt
der Spanschutzkappe 34 liegt auf einem Randabschnitt der
Breitseite der Spannscheibe 19 auf. Die Spanschutzkappe 34 besitzt
eine innere Öffnung,
deren Durchmesser einem axial sich vom Bereich der Lagerfläche 32 abragenden
Fortsatz entspricht, dessen Stirnseite die Planverzahnung 33 bekommen
soll. Die Spanschutzkappe 34 ist fest mit der Spannscheibe 19 verbunden
und kann sich mit dieser axial gegenüber dem Außengehäuse 15 verlagern.
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Bei
dem in der 11 dargestellten Ausführungsbeispiel
wirken nicht die Stirnflächen
der Spannstifte 26 gegen die Lagerfläche 32, sondern besondere
Spannsegmente 35. Es sind insgesamt acht Spannsegmente 36 vorgesehen,
deren nach innen weisende Oberfläche
der Form der zu spannenden Lagerfläche 32 angepaßt sind.
Die einzelnen Spannsegmente 35 sind mittels elastischer
Verbindungsfugen beispielsweise aus vulkanisiertem Gummi miteinander
verbunden, so dass sie eine Kreisringform ausbilden.
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Die
Vorrichtung besitzt darüber
hinaus eine Spannmuffe 37, die zum Lösen des Drehlagers 11 Verwendung
findet. Es handelt sich hierbei um einen im Wesentlichen rohrförmigen Körper, dessen
Stirnseite gegen einen Ringwulst 34' der Spanschutzkappe 34 bringbar
ist, um die Spannscheibe 19 an der Kurbel welle zu fixieren.
Der Randwulst 34' geht über einen
gekrümmten
Radialabschnitt in eine Breitseitenebene der Spanschutzkappe 34 über.
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Die
Funktionsweise der Vorrichtung ist die Folgende:
Das Drehlager 11 wird
wie in der 1 dargestellt, in eine Entfernstellung
zu der Spannvorrichtung 7, 4 des Werkstückdrehantriebes 2 gebracht.
Mittels eines Greifers 40 wird die Kurbelwelle 1 von
oben her zwischen Werkstückdrehantrieb 2 und
Drehlager 11 gebracht.
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Die
Kurbelwelle 1 ist in diesem Zustand bereits nahezu fertig
bearbeitet. Alle Drehlager und insbesondere die Lagerfläche 32 sind
poliert.
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Nach
Positionierung der Kurbelwelle 1 im Bereich zwischen Werkstückdrehantrieb 2 und Drehlager 11 wird
das eine Zentrieröffnung 6 aufweisende
Ende der Kurbelwelle mit einem Fortsatz in eine Höhlung 7 des
Werkstückdrehantriebes
gebracht. Der dort gegen die Kraft einer Rückstellfeder in Achsrichtung
verlagerbar angeordnete Zentrierdorn 3 tritt mit seiner
Kegelspitze in die Zentrieröffnung 6 ein,
so dass sich die Kurbelwelle gegenüber der Drehachse des Werkstückdrehantriebes 2 zentriert.
Dabei liegt ein Flansch 5 an einer Anschlagfläche 8 des
Drehantriebes 2 an.
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Der
Flansch 5 wird sodann mit ein oder mehreren Haltehaken 4 überfangen,
so dass die Kurbelwelle 1 in Axialrichtung fest und drehfest
mit dem Werkstückdrehantrieb
verbunden ist. Anderseitig wird die Kurbelwelle von einem Montagedorn 9 gehalten.
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Die
relative Position von Kurbelwelle 1 und Drehlager 11 zeigt
die 3 in einer vergrößerten Darstellung. Ausgehend
von der Darstellung gemäß 3 wird
sodann der Schlitten 12 in Richtung auf den Werkstückdrehantrieb 2 axial verlagert,
bis er die in der 4 dargestellte Position erreicht
hat, in welcher die zum Werkstückdrehantrieb 2 weisende Breitseite 19' der Spannscheibe 19 in
Anlage tritt zu einer Anlagefläche
der Kurbelwelle 1. In dieser Stellung ist die Spannscheibe 19 zumindestens
in der einen axialen Verlagerungsrichtung bewegungsgehemmt. Wird
nun der Schlitten 12 weiter auf den Werkstückdrehantrieb 2 verlagert,
so überträgt sich die
Verlagerung über
das Außengehäuse 15,
das Kugellager 17 auf das Innengehäuse 16 und damit auf die
Innenkonusfläche 18.
Diese verlagert sich relativ gegenüber der Spannscheibe 19,
so dass die in Flächenanlage
an der Innenkonusfläche 18 liegenden Druckflächen der
Druckstücke 27 sich
relativ gegenüber
der Innenkonusfläche 18 verlagern.
Dies hat zur Folge, dass die Spannstifte 28 radial einwärts verlagert
werden. Die Spannstifte 26 werden zeitlich gemeinsam, also
synchron verlagert, so dass ihre radial einwärts ragenden Stirnseiten 31 nahezu
gleichzeitig auf die innerhalb der zentralen Öffnung der Spannscheibe 19 sitzenden
Lagerfläche 32 auftreten.
Einhergehend mit dieser Relativverlagerung des Kragens 21 gegenüber der
Spannscheibe spannen sich die Haltefedern 32.
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Durch
Aufrechterhaltung einer geeigneten Axialkraft auf den Schlitten 12 wird
die Lagerfläche 32 gespannt
gehalten.
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Wird
jetzt der Drehantrieb 2 gedreht, so dreht sich das Innengehäuse 16 leer
mit. Es treten weder Belastungen in Axialrichtung noch Belastungen
in Umfangsrichtung an der Lagerfläche 32 auf. Diese wird
ausschließlich
in Radialrichtung beaufschlagt.
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Zur
Verminderung der Flächenpressung
liegen die in den 11 und 12 dargestellten Spannsegmente 35.
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Nach
Beendigung der spanenden Bearbeitung der Stirnfläche zur Erzeugung der Planverzahnung 33 fährt die
oben erwähnte
Spannmuffe 37 gegen den Ringwulst 34' der Spanschutzkappe 34 und sorgt
damit für
eine axiale Beaufschlagung der Spannscheibe 19.
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Wird
jetzt der Schlitten 12 in Achsrichtung weg von dem Werkstückdrehantrieb 2 verlagert,
so kann die Spannscheibe 19 nicht mit verlagert werden.
Die Druckflächen
der Spannstücke 27 gleiten vielmehr über die
Innenkonusfläche
bis in die in der 4 bzw. der 7 dargestellte
Stellung, in welcher sich der Spaltraum 22, der sich beim
Spannen vermindert hat, wieder vergrößert hat. Einhergehend mit
dieser relativen Axialverlagerung bewegen sich die Spannstifte 26 zufolge
der Belastung der Feder 28 radial nach außen und
geben die Lagerfläche 32 frei.
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Das
Drehlager 11 kann jetzt in die in der 8 dargestellte
Stellung verfahren werden. Die Stellung der 8 entspricht
im Wesentlichen der in den 2 und 3 dargestellten
Stellung. Auch hier wird das freie Ende der festendseitig am Werkstückdrehantrieb 2 befestigten
Kurbelwelle 1 von dem Montagedorn 9 gehalten.
Der Montagedorn 9 ist einem Montagedornhalter 10 zugeordnet.
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Die
axiale Weite des Spaltabstandraumes 22 wird durch Haltebolzen 24 definiert,
die in Haltebolzenbohrungen 25 der Spannscheibe 19 einliegen und
fest mit dem Kragen 21 verschraubt sind. Hierdurch ist
die Spannscheibe 19 zwar gegenüber dem Kragen axial um ein
bestimmtes Maß verlagerbar, aber
drehfest mit dem Kragen 21 verbunden.
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Alle
offenbarten Merkmale sind (für
sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird
hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.