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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung und
hydrodynamischen Zentrierung eines rotierenden Werkstücks
während der Bearbeitung auf einer Werkzeugmaschine/Schleifmaschine
und eine Lünette zur Durchführung des Verfahrens.
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Zur
Abstützung von rotierenden Werkstücken bei der
Schleifbearbeitung ist es üblich, zentrierende Lünetten
einzusetzen. Diese Abstützung ist erforderlich, um ein
Durchbiegen des Werkstücks unter der Einwirkung der in
Querrichtung wirkenden Kräfte von der Schleifscheibe zu
vermeiden. Hierfür werden Stützkörper
verwendet, die das Werkstück an mehreren Stellen berühren
und es bezüglich der Rotationsachse zentrieren. Die Abstützung
erfolgt zumeist in selbstzentrierender Weise mittels dreier am Umfang der
abzustützenden Lagerstelle angeordneter Auflagen. Derartige
Lünetten sind bspw. aus der
DE-OS
1 577 369 bekannt.
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Die
Auflagen solcher Lünetten sind üblicherweise an
den Kontaktstellen zur Verminderung von Verschleiß und
sichtbaren Laufspuren mit CBN (kubisch zentriertes Bornitrid) oder
PKD (Polykristalliner Diamant) beschichtet. Da die Lünetten
das Werkstück an den Auflagen berühren, ergibt
sich an der Stützstelle zwangsläufig eine so genannte
Laufspur. Die Laufspur beruht auf einer Glättung der Spitzen der
Oberflächenrauhigkeit und ist optisch sichtbar. Diese Veränderung
der Oberflächengüte kann einen eventuell ungünstigen
Einfluss auf den Schmierfilm im Lager haben. Außerdem verändert
sich der Traganteil in diesem Bereich der Lagerstelle. Eine Maßänderung
der Lagerstelle ist zwar im Bereich der Laufspur oft nur gering,
aber sie wird bei stetig steigenden technischen Anforderungen an
die Lagerstellen oft nicht mehr zugelassen. Das deshalb erforderliche
Nachschleifen der Lagerstelle nach dem Lünetteneinsatz
führt zu einer unerwünschten Erhöhung der
Schleifzeit und damit der Stückkosten.
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Des
Weiteren hat eine Lünette, welche die Lagerstelle an drei
Punkten abstützt, den Nachteil, dass eine auf der Lagerstelle
bei der Bearbeitung entstandene kurzwellige Unrundheit weiterhin
auf der Lagerstelle abgebildet wird und zumindest teilweise nicht
ausgeglichen werden kann. Diese beiden Effekte lassen sich bei den
bekannten Lünetten nicht gänzlich verhindern.
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Eine
weitere Variante von Lünetten sind die so genannten hydrostatischen
Lünetten, wie sie in der
DE-OS
1 627 998 und der
EP
1 298 335 B1 (deutsche Übersetzung:
DE 602 10 187 T2 ) beschrieben sind.
Bei diesen Lünetten wird die Lagerstelle durch ein hydrostatisches
Lager abgestützt, bei dem mehrere um den Innenumfang des
Lagers verteilte hydrostatische Taschen mit einem unter Druck stehenden Fluid
beaufschlagt werden. Hierdurch wird an der Lagerstelle der Welle
ein hydrostatischer Druck erzeugt, der die Welle stützt
und zentriert. Über eine Regeleinrichtung, wird der Fluiddruck
eingestellt. Ein besonderer Nachteil dieser Art von Lünetten
ist, dass die Lagerstelle während des Abstützens
nicht bearbeitet werden kann, da sie rundum von der Lünette umgeben
ist. Diese Variante erfordert zudem eine besondere Ausgestaltung
der Stützschale mit Stütztaschen und Entlastungsnuten,
was zu einer aufwändigen und teuren Herstellung führt.
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Nach
der
DE 102 32 394
B4 der Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH (Anmelderin) wird
zur Abstützung eines rotierenden Werkstücks während einer
Schleifbearbeitung mindestens ein Polsterkörper, der mit
einem Druckfluid beaufschlagbar ist, von der der Schleifscheibe
gegenüber liegenden Seite an das Werkstück angestellt.
Die Anstellkraft ist hierbei pneumatisch oder hydraulisch beeinflussbar.
Zwischen den Polsterkörper und das Werkstück kann
bei bestimmten Ausführungsformen ein Fluid als Druck- und
Schmiermittel eingebracht werden. Ein Nachteil dieser Art der Abstützung
liegt in der einseitigen Abstützung des Werkstücks
und in der aufwändigen Konstruktion.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Unterstützung
eines rotierenden Werkstücks während der Schleifbearbeitung
anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet,
und eine kostengünstige Lünette vorzuschlagen,
die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 aufgeführten
Merkmalen bzw. durch eine Lünette nach einem der Ansprüche 10
oder 11. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen
2 bis 9 angegeben und Ausgestaltungen der Lünetten in den
Ansprüchen 12 bis 16.
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Nach
Anspruch 1 wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
der zu unterstützende axiale Teilbereich des Werkstücks
einem in radialer Richtung, also auf die Werkstücklängsachse
und damit Rotationsachse hin, wirkenden Druck ausgesetzt, dessen Größe
in Abhängigkeit von der jeweils vorhandenen Drehzahl zwischen
einem Minimalwert und einem Maximalwert gesteuert wird. Konkret
bedeutet dies, dass die zur Abstützung mittels einer Lünette
verwendete Lagerstelle des rotierenden Werkstücks, z. B.
einer Getriebe-, Kurbel oder Nockenwelle, in der Lünette
mit einem Anpressdruck beaufschlagt wird, dessen Betrag steuerbar
ist. Das Fluid, das zur Erzeugung des Anpressdrucks eingesetzt wird,
kann bspw. das zum Schleifen verwendete Kühl- oder Schmieröl
sein. Es wird bevorzugt über eine Querbohrung (d. h. eine
Bohrung, die in Bezug auf die Achse der Lünette seitlich
versetzt ist), deren Öffnung in den Ringspalt zwischen
Lünette und Lagerstelle mündet, dem Ringspalt
zugeführt und bildet dort ein hydrodynamisches Lager. Dieses
Lager, das bei der Bearbeitungsdrehzahl unter Druck steht, unterstützt
das Werkstück im Bereich der Lünette allseitig.
Hierdurch wird zum einen ein direkter Kontakt zwischen der Lünette
und der Oberfläche der Lagerstelle vermieden, so dass keine
Laufspur entstehen kann. Zum anderen hat sich überraschenderweise gezeigt,
dass eine druckabhängige, dynamische Zentrierung des Werkstücks
im Bereich der Lagerstelle erfolgt.
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Der
Druck des Fluids, das über die Öffnung der Querbohrung
dem Ringspalt zugeführt wird, wird in Durchführung
des Verfahrens zwischen einem Minimalwert beim Anfahren des Werkstücks
und einem Maximalwert gesteuert. Der Maximalwert liegt erfindungsgemäß bei
Erreichen der Bearbeitungsdrehzahl vor und wird während
der Schleifbearbeitungszeit im Wesentlichen bei diesem Wert gehalten.
Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass beim Schleifen mit
variabler Bearbeitungsdrehzahl des Werkstücks der Fluiddruck
der aktuellen Bearbeitungsdrehzahl folgt. Er kann jedoch auch in
diesem Fall konstant gehalten werden. Entscheidend ist, dass der
entsprechend überstrichene Druckbereich wesentlich höher
liegt, als der zu Beginn des Anfahrens vorliegende Fluiddruck.
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Der
Minimalwert des Drucks ergibt sich aus der Forderung nach einem
geschlossenen Schmierfilm im Ringspalt zwischen der Lünette
und der Lagerstelle des Werkstücks. Dies bedeutet, dass
der Minimalwert > 0
sein sollte. Als Minimalwert des Druckes soll hier jedoch auch ein
Wert von Null eingeschlossen sein. Entscheidend im Betrieb ist,
dass beim Anfahren der Fluiddruck rasch aufgebaut wird. Dieser Schmierfilm
muss möglichst schon beim Anfahren des Werkstücks
aus dem Stillstand gewährleistet sein, da es andernfalls
zu einem unerwünschten direkten Kontakt zwischen den Metallteilen kommt.
Der Druck darf jedoch anfangs nicht zu hoch sein, da dies die Lagerstelle
unsymmetrisch beaufschlagen würde, was ebenfalls zu einem
Kontakt zwischen den genannten Teilen führte. Zudem behindert ein
zu hoher Fluiddruck an der Lagerstelle das Anfahren des Werkstücks,
da er wie eine Bremse wirkt, da das Werkstück an der betreffenden
Lagerstelle dann in der Lagerschale an der der Zuführbohrung
gegenüberliegenden Seite der Lagerschale Kontakt mit dieser
haben kann.
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Während
des Anfahrvorgangs, bei dem die Welle eine zunehmende Drehzahl erreicht,
wird der Fluiddruck nach Maßgabe der aktuellen Drehzahl
gesteigert. Dies kann im Rahmen der Erfindung kontinuierlich oder
in geeignet ausgewählten Stufen erfolgen. Hierbei wird
der Druckanstieg nach einem Aspekt der Erfindung linear mit der
Zunahme der Drehzahl des angetriebenen Werkstücks gesteuert.
In einer Abwandlung kann auch ein nicht-linearer, progressiver Anstieg
des Fluiddrucks mit der Drehzahl von Vorteil sein. Dies geschieht
beispielsweise derart, dass bei Beginn des Anfahrvorgangs eine relativ langsame
Zunahme des Fluiddrucks erfolgt, während bei höherer Drehzahl – in
der Nähe der Bearbeitungsdrehzahl – eine relativ
steiler Anstieg des Fluiddrucks eintritt. Eine solche Steuerung
des Fluiddrucks erlaubt ein besonders schnelles Anfahren des zu
beschleunigenden Werkstücks zu Beginn, während
der hohe Druck, der zur dynamischen Zentrierung des Werkstücks
während der Bearbeitung förderlich ist, im Wesentlichen
erst gegen Ende des Anfahrens voll zum Tragen kommt. In bestimmten
Fällen kann es zweckmäßig sein, den Druckanstieg
anfangs besonders schnell erfolgen zu lassen, etwa wenn wegen der
Materialeigenschaften des Werkstücks ein besonders rasches
und zuverlässiges Einsetzen der dynamischen Lagerung des
Werkstücks anzustreben ist.
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Der
Maximalwert des Fluiddrucks kann über Versuche ermittelt
werden. Er hängt unter anderem von der Drehzahl des Werkstücks
bei der Bearbeitung und von dem verwendeten Fluid zur Druckerzeugung
ab. Versuche haben ergeben, dass eine Erhöhung des Fluiddrucks
im Ringspalt zu einer druckabhängigen Verbesserung der
Zentrierung des Werkstücks in Bezug auf seine Rotationsachse
führt. Bei Drücken beispielsweise im Bereich zwischen
5 und 150 bar können Rundlaufgenauigkeiten im Bereich von
wenigen μm erzielt werden. Hierbei erhöht sich die
Rundlaufgenauigkeit bei gegebener Drehzahl mit steigendem Druck.
Unter „Maximalwert" ist im Rahmen der Erfindung der für
jeden Bearbeitungszustand erforderliche maximale Druckwert zu verstehen,
bei dem dann die Schleifbearbeitung des Werkstücks bei
der Bearbeitungsdrehzahl erfolgt.
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Durch
die erfindungsgemäße Vorgehensweise ergeben sich
die Vorteile, dass einerseits ein schnelles, unproblematisches Hochfahren
der Drehzahl der zu schleifenden Welle aus dem Stillstand bis zur
Bearbeitungsdrehzahl gewährleistet ist und dass andererseits
während des Schleifens eine sehr genaue Zentrierung und
Unterstützung der Welle an der Lagerstelle erfolgt. Diese
Vorteile sind beim eingangs genannten Stand der Technik nicht gegeben,
da sich dieser lediglich mit dem Verhalten der Lünetten
bei der Bearbeitungsdrehzahl befasst, ohne den Anfahrvorgang in
Betracht zu ziehen. Zudem findet der Effekt der hochgenauen Zentrierung
der mit hoher Drehzahl rotierenden Welle durch einen optimalen, hohen
Fluiddruck an der Lagerstelle keine Erwähnung. Ein hoher
Fluiddruck an sich würde jedoch zu Problemen beim Anfahren
führen. Erst die Erfindung hat erkannt, dass für
eine optimale Bearbeitung von Wellen bei kurzer Bearbeitungszeit
eine Steuerung des Fluiddrucks in der Lünette in Abhängigkeit
von der aktuellen Drehzahl des Werkstücks von Vorteil ist.
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Für
die erfindungsgemäße Steuerung des Fluiddrucks
ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die auf die jeweilig vorliegende
Drehzahl des Werkstücks anspricht und den Fluiddruck entsprechend steuert
bzw. regelt. Es bietet sich an, die ohnehin vorhandene CNC-Steuerung
der Schleifmaschine zu diesem Zweck zu verwenden. Die Steuerung
wirkt auf Ventile ein, die, bspw. über Änderung
des Durchflusses, eine Einstellung des Fluiddrucks im Ringspalt
ermöglichen. Da über den seitlich offenen Ringspalt
immer Fluid austritt, ist eine Einstellung des Drucks über
die Regulierung der Fördermenge ohne weiteres möglich.
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Die
Steuerung weist in Ausgestaltung der Erfindung zumindest einen Sensor
auf, der den jeweils vorhandenen Fluiddruck erfasst und diesen mit
einem vorgegebenen, drehzahlabhängigen Wert vergleicht.
Die Steuereinrichtung besitzt hierfür bevorzugt einen elektronischen
Rechner, der entsprechend programmiert ist und der über
Eingabeeinrichtungen, Prozessoren, Speicher und sonstige erforderliche
Einrichtungen verfügt.
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Vorzugsweise
erfolgt die Steuerung des Fluiddrucks so, dass dieser auch einer
infolge der Bearbeitung des Werkstücks sich ergebenden
Variation der Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks während
einzelner oder mehrerer Umdrehungen folgt. Insofern ist der Begriff „Maximalwert
des Fluiddrucks" nicht als absolut scharf definierter Wert zu sehen, sondern
er kann eine gewisse, allerdings gegenüber dem Höchstwert
geringe, Bandbreite aufweisen. Entscheidend ist, dass der Fluiddruck
während der Bearbeitung wesentlich höher als zu
Beginn des Anfahrens des Werkstücks ist, und dass er bei
der Bearbeitung in dem hohen Druckbereich gehalten wird.
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Der
nebengeordnete Anspruch 11 betrifft eine von der Lünette
nach Anspruch 10 unterschiedliche Bauform einer Lünette,
wie sie ähnlich in der
DE 102 32 394 B4 der Anmelderin gezeigt ist.
Die erfindungsgemäße Lünette besitzt mindestens
einen an das Werkstück andrückbaren und mit einem
Fluiddruck beaufschlagbaren Lagerbereich und Mittel zur Zuführung
von einem als Schmiermittel wirkenden Fluid zwischen das Werkstück
und den Lagerbereich. Unter „Lagerbereich" ist hier ein
Teil einer Lünette gemeint, die das abzustützende
Werkstück nur in einem begrenzten Abschnitt seines Umfangs
umgibt. Derartige Lünetten können einen oder mehrere
Lagerbereiche aufweisen. Gemäß der
DE 102 32 394 B4 sind die
Lagerbereiche als Polsterkörper aus einem elastischen Vollmaterial
oder einer elastischen mit einem elastischen Druckmedium gefüllten
Außenhaut ausgebildet, die bevorzugt in dem der Schleifscheibe
gegenüberliegenden Umfangsbereich an die zu schleifenden
Walze angestellt werden. Bei dieser Bauform der erfindungsgemäßen
Lünetten sind sowohl der Anpressdruck des Lagerbereichs
als auch, im Wesentlichen unabhängig hiervon, der Fluiddruck
des als Schmier- und Kühlmittel verwendeten Fluids vorgegeben.
Letzterer wird nach der Erfindung abhängig von der Drehzahl
gesteuert, wie dies schon in Bezug auf Lünetten nach Anspruch
10 beschrieben ist. Hierbei ist der Fluiddruck beim Anfahren des
Werkstücks aus dem Stillstand zunächst gering
und steigt mit zunehmender Drehzahl bis zum Maximalwert bei der Bearbeitungsdrehzahl
an. Der Minimalwert des Fluiddrucks darf jedoch nicht geringer als
der Anpressdruck in dem Lagerbereich sein, da andernfalls keine Schmierung
erfolgen würde. Der Anpressdruck in dem Lagerbereich an
sich bleibt hierbei im Wesentlichen konstant. Er kann bspw. über
pneumatische oder hydraulische Mittel von der Steuerung vorgegeben
werden.
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Gemäß Anspruch
14 ist der zumindest ein Lagerbereich mit einer Zuführleitung
versehen, deren werkstückseitige Öffnung den Zutritt
von Fluid zwischen den Lagerbereich und das Werkstück ermöglicht.
Wenn mehrere Lagerbereiche vorgesehen sind, so sollten diese bevorzugt
nach Anspruch 15 konzentrisch zu dem abzustützenden Werkstück
und koaxial zu dessen Rotationsachse angeordnet sein.
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Das
Verfahren nach der Erfindung und die zugehörigen Lünetten
werden für die Bearbeitung von wellenförmigen
Teilen eingesetzt. Als Werkstücke können hier
beispielsweise Getriebe-, Nocken- oder Kurbelwellen etc. in Betracht
kommen. Die nachfolgend gezeigten Ausführungsformen können für
die Abstützung von allen möglichen Wellen verwendet
werden, die Einzelheiten werden hierbei durch jeweiligen technischen
Gegebenheiten und die Schleiftechnologie bestimmt.
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Die
erfindungsgemäßen Lünetten sind auch in
einer Schleifmaschine einsetzbar, deren Schleifstation eine in Bezug
auf die Be-/Entladung der Werkstücke verbesserte Version
besitzt. Diese konstruktive Variante ist mit einem Takttisch für
die Schleifstation ausgestattet, der jeweils zwei Stützvorrichtungen
trägt. Die Stützvorrichtungen gelangen abwechselnd
in die Bearbeitungsposition. Somit kann das nächste Werkstück
in 2 Sekunden für die nächste Spannung bereitstehen,
und es muss keine weitere Werkstückwechselzeit abgewartet
werden. Das Be-/Entladen des Werkstücks erfolgt an der
der Schleifscheibe abgewandten Seite des Takttisches, während
das andere Werkstück bearbeitet wird.
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Für
fertig bearbeitete Lagerstellen von Wellenteilen, Nockenwellen,
Kurbelwellen etc. können als Lünetten geteilte
Lagerböcke verwendet werden. Mit solchen Lagerböcken
ist es möglich, die Wellenteile beim Schleifen der Konturen,
Nocken oder Pleuellager etc. in exakt der gleichen Art und Weise
aufzunehmen. Des Weiteren werden keine sichtbaren Laufspuren an
der Stützstelle der Lünette auf der Welle verbleiben.
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Durch
diese Vorgehensweise lassen sich nicht nur die späteren
Einsatzbedingungen der wellenförmigen Werkstücke
exakt abbilden, es werden auch die besten Maß-, Form und
Lagetoleranzen bei der Bearbeitung erzielt.
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In
Bezug auf unterschiedliche Durchmesser der abzustützenden
Lagerstellen müssen die Lagerschalen/Lagerböcke
auf den Stützdurchmesser angepasst werden; die geschieht
bevorzugt durch geeignete, werkstückabhängige
Wechselteile beim Umrüsten der Werkzeugmaschine.
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Im
Folgenden werden das Verfahren zur Unterstützung und dynamischen
Zentrierung eines rotierenden Werkstücks und die Lünette
nach der Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht in schematischer Darstellung auf eine Schleifmaschine,
bei der das erfindungsgemäße Verfahren zur Abstützung
des Werkstücks und die erfindungsgemäße
Lünette einsetzbar sind;
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2 einen
vereinfachten Seitenschnitt durch eine Stützvorrichtung
mit einer geteilten Lünette mit schwenkbaren Backen zur
Abstützung wellenförmiger Teile nach der Erfindung;
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3 einen
vereinfachten Seitenschnitt durch eine Stützvorrichtung
mit einer einstückigen Lünette nach der Erfindung;
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4 einen
vereinfachten Seitenschnitt durch eine Stützvorrichtung
mit einer als Lagerbock ausgebildeten Lünette nach der
Erfindung;
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5 eine
schematisierte Draufsicht auf eine Stützvorrichtung mit
mehreren Stützstellen nach der Erfindung zur Aufnahme von
mehreren Lagerstellen einer Kurbelwelle; und
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6 eine
schematische Teilansicht einer geteilten Lünette nach 2.
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Die 1 zeigt
in schematischer Darstellung die Draufsicht auf eine Schleifmaschine 1,
bei der das erfindungsgemäße Verfahren und die
Aufnahme des zu schleifenden wellenförmigen Werkstücks 12 in
der Lünette 10 zur Durchführung dieses
Verfahrens zum Einsatz kommen. Die Schleifmaschine 1 hat
ein Maschinenbett 2, auf dem eine Schleifstationen 3 angeordnet
ist. Diese Schleifstation 3 weist auf dem Maschinenbett 2 einem
Kreuzschlitten 6 auf, der die beiden CNC-gesteuerten Verfahrachsen
beinhaltet. Die Z-Achse 21 verläuft parallel zur
Werkstückslängsachse 20, und die X-Achse 22 ist
als Zustellachse rechtwinklig zur Z-Achse 21 und damit
zur Werkstücklängsachse 20 gerichtet.
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Nach 1 ist
auf dem Kreuzschlitten ein Schleifspindelstock 13 mit Zustellschlitten
in Richtung der X-Achse 22 angebracht, der CNC-gesteuert in
Richtung der X-Achse 22 dem Werkstück zugestellt
werden kann. Der Schleifspindelstock 13 dient zur Aufnahme
von zumindest einer Schleifspindel 14, die in ihrem vorderen
Bereich zumindest eine Schleifscheibe 15 aufnimmt. Die
Schleifscheibe 15 und die Schleifspindel 14 besitzen
eine gemeinsame Mittelachse, die beim Unrundschleifen vorzugsweise achsparallel
zur Mittelachse des Werkstücks 12 ausgerichtet
ist. Auf dem Maschinenbett 2 ist im vorderen Bereich ein
Schleiftisch 5 angeordnet, der die Stützvorrichtung 8 der
zu bearbeitenden Welle (Werkstück 12) mit z. B.
als Lagerböcken 18 ausgebildeten, erfindungsgemäßen
Lünetten 10 aufnimmt. Der Schleiftisch 5 trägt
auch den Werkstückspindelstock 7 mit einem Spannfutter,
dessen Backen schwimmend gelagert sind, so dass sie rechtwinklig zur
Werkstücklängsachse 20 ausgleichend sind
und das Werkstück in radialer Richtung spielfrei und steif um
die C-Achse 23 (Rotationsachse) antreiben.
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Eine
Abdeckung 17 für die Führungsbahnen der
Z-Achse 21 der Schleifstation 3 ist ebenfalls
vorhanden, desgleichen zumindest eine Abrichtvorrichtung 16 für
die Schleifscheiben 15 auf dem Schleiftisch 5.
Ein die Schleifmaschine 1 umgebendes Gehäuse und
weitere für den Betrieb der Schleifmaschine 1 erforderliche
Baugruppen sind vorhanden und dem Fachmann geläufig. Sie
sind in 1 der besseren Übersichtlichkeit
wegen nicht dargestellt.
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In 2 ist
in schematischer, teilweise geschnittener Darstellung ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Lünette 10 in
einer Stützvorrichtung 8 gezeigt. Die Stützvorrichtung 8 besitzt
einen Grundkörper 9, auf dem die Lünette(n) 10 angeordnet
sind und der mittels Schrauben 38 und zugehörigen
Spannpratzen 39 am Schleiftisch 5 fest montiert
werden kann. Die Lünette 10 ist an der Trennstelle 25 zweigeteilt,
mit zwei Backen 11, die mittels zugehöriger Schwenkachsen 33 am
Grundkörper 9 der Stützvorrichtung 8 gelagert
sind. Mit dem Bezugszeichen 11' ist die ausgeschwenkte
Lage der Backen 11 verdeutlicht. Zur Abstützung
wellenförmiger Werkstücke 12 während
der Schleifbearbeitung werden die Backen 11 um die Schwenkachsen 33 eingeschwenkt,
was bevorzugt mittels – hier nicht gezeigter – hydraulischer
Antriebe erfolgt. Die Backen 11 umgeben dann vollständig
die abzustützende Lagerstelle 42 des Werkstücks 12,
das in der von den beiden Backen 11 der Lünette 10 gebildeten
Bohrung 30 um seine Längsachse rotieren kann.
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Einer
der Backen 11 der erfindungsgemäßen Lünette 10 ist
mit einer Querbohrung 34 versehen, die über die Öffnung 35 in
der zentralen Bohrung 30 der Lünette 10 mündet.
Durch die Öffnung 35 ist über in 2 nicht gezeigte
weitere Bohrungen 37 im Grundkörper 9 und/oder über
sonstige Zuführleitungen 36 (siehe 6)
das erfindungsgemäße Druckfluid in den zwischen
dem Werkstück 12 und der Wandung der Bohrung 30 gebildeten
Ringspalt 62 leitbar. Die Trennstelle 25 zwischen
den Backen 11 ist besonders sorgfältig bearbeitet
und so beschaffen, dass in der geschlossenen Lage der Backen 11 kein
Spalt gebildet wird, durch den Druckfluid in die Trennstelle 25 eintreten
und aus dieser entweichen könnte. Hierzu ist eine flächige
metallische Berührung der beiden Backen 11 an
der Trennstelle 25 vorgesehen, die in Verbindung mit dem
auf die Backen 11 mittels der bevorzugt hydraulischen Stellkräfte ausgeübten
Anpressdruck zu einer hohen Dichtigkeit der Trennstelle 25 führt.
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Die
anhand der 2 beschriebene Version kommt
zum Einsatz, wenn bspw. eine gebaute Nockenwelle hergestellt wird,
deren Lagerstellen 42 nach dem Aufbringen der Nocken auf
das Rohr noch an den Lagerstellen 42 bearbeitet werden
müssen. Die geteilte Ausbildung der Lünetten 10 bzw.
Lagerböcke 18 ist auch bei der Bearbeitung von
Gussnockenwellen erforderlich, da bei diesen die Lagerböcke 11 für
die Montage erst nach der der vollständigen Bearbeitung
der Lagerstellen 42 aufgebracht werden können.
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In 3 ist
das Spannprinzip der Stützvorrichtung 8 mit einer
anderen Bauform der erfindungsgemäßen Lünette 10 gezeigt.
Hier wird die als ungeteilter Lagerbock 18 ausgebildete
Lünette 10 in der Stützvorrichtung 8 auf
einer Ebene 19 aufgenommen, die der Montageebene beim späteren
Einbau entspricht. Der Lagerbock ist mit seitlichen Ansätzen oder
Laschen 24 ausgebildet, die, mit entsprechenden Bohrungen
versehen, auch der späteren Montage dienen können.
Der Lagerbock 18 wird auf dem Grundkörper 9 der
Stützvorrichtung 8 durch zwei hydraulisch um die
Schwenkachse 33 schwenkbare Spannhebel 32 fixiert.
Diese treten an Stelle der Befestigungsschrauben, die später
beim Einbau des Werkstückes 12 im Motorinnenraum
zum Einsatz kommen. Zur genauen Positionierung der Lagerböcke
auf dem Grundkörper 9 der Stützvorrichtung 8 sind
auf dem Grundkörper 9 Positioniermittel vorhanden,
die hier beispielhaft als Anschlag 31 dargestellt sind.
Natürlich sind auch andere Positioniermittel einsetzbar,
wie Zentrierhülsen oder -stifte. Die Lagerung der Spannhebel 32 und
deren hydraulische Betätigung sind hier nur vereinfacht
dargestellt. So verweist das Bezugszeichen 32' auf die
ausgeschwenkte Lage der Spannhebel 32. Die Befestigung
der Stützvorrichtung 8 erfolgt auf dem Schleiftisch 5 über den
Grundkörper 9, wofür Schrauben 38 und
Spannpratzen 39 vorgesehen sind.
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Wie
in 3 zu sehen ist, hat der Lagerbock 11 eine
Bohrung 30 zur Aufnahme der entsprechenden Lagerstelle 42 des
zu schleifenden Werkstückes 12. Sie besitzt auch
eine in Bezug auf die Bohrung 30 außermittig angeordnete
Querbohrung 34, deren Öffnung 35 in der
Bohrung 30 mündet. Diese Querbohrung 34 fluchtet
mit einer weiteren Bohrung 37 im Grundkörper 9 der
Stützvorrichtung 8, die ihrerseits mit einer Zuführleitung 36 verbunden
ist. Über die Öffnung 35 der Querbohrung 34 ist
somit ein Schmiermittel von der Zuführleitung 36 in
die Bohrung 31 leitbar.
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4.
zeigt eine weitere ungeteilte Lünette 10 nach
der Erfindung, die wie diejenige nach der 3 als Lagerbock 18 ausgeführt
ist. Dieser Lagerbock 18 ist mittels Schrauben 26 auf
dem Grundkörper 9 der Stützvorrichtung 8 montiert.
Im Einsatz wird der Lagerblock 18 in axialer Richtung auf
die zu stützende Lagerstelle 42 aufgeschoben oder
die Lagerstelle 42 wird in die Bohrung 30 des
Lagerbocks 18 eingeführt.
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In 5 ist
in schematischer Darstellung eine Kurbelwelle 40 in voller
Länge mit als Lagerböcken 18 ausgebildeten
Lünetten 10 als Stützstellen gemäß der
Erfindung gezeigt. Da die Kurbelwelle fünf Lagerstellen 42 aufweist,
sind über die Länge der Stützvorrichtung 8 auch
fünf Spannstellen für die Lagerböcke 18 angeordnet.
Hierdurch wird die Kurbelwelle 40 für die Bearbeitung,
bspw. der Pleuellager 43, über deren gesamte Länge
an ihren Lagerstellen 42 abgestützt. Die Abstützung
an den Lagerstellen erbringt die Steifigkeit, die zum hochgenauen
Schleifen erforderlich ist, da die Schleifkräfte an den
Lagerstellen aufgenommen werden. Beim Schleifen ist somit nur noch
die schwimmende Einspannung des Endes der Kurbelwelle 40 durch
das Spannfutter der Werkstück-Spindelstocks 7 erforderlich
sowie dessen Antrieb in der C-Achse 23, die CNC-gesteuert
ist.
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In 6 ist
eine geteilte Lünette 10 mit zwei Backen 11,
wie sie schon anhand der 2 beschrieben ist, als Einzelheit
mit einem Teilstück 61 der Kurbelwelle 40 im
Bereich der Lagerstelle 42 dargestellt. Die Lünette 10 ist
mit der Bohrung 30 zur Aufnahme der Lagerstelle 42 versehen.
Der Durchmesser dieser Bohrung 30 beträgt beispielhaft
25 mm und ist mit einer Durchmessertoleranz von ca. 15 μm
gefertigt. In die Bohrung 30 mündet die Querbohrung 34 mit
der Öffnung 35. Sie dient der Schmierölzuführung
bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Auch hier ist darauf zu achten, dass die Trennstelle 25 zwischen
den beiden Backen 11 der Lünette 10 absolut
dicht in Bezug auf den Eintritt des als Druckfluid dienenden Schmieröls
ausgeführt ist. Hierfür hat sich die direkte metallische
Berührung der beiden Backen 33 an der Trennstelle 25 bewährt,
wofür die entsprechenden Kontaktflächen hinreichend präzise
bearbeitet sein müssen. Eine hohe Präzision ist
selbstverständlich auch für die Herstellung der
beiden in den Backen 11 ausgebildeten Halbschalen erforderlich,
die im in 6 dargestellten eingeschwenkten
Zustand der Backen 11 die Öffnung 30 für
die Aufnahme der Lagerstelle 42 des Werkstücks 12 bilden.
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In
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird während des Schleifzyklus durch die Öffnung 35 der
Querbohrung 34 des als Lünette 10 dienenden
Lagerbocks 18 Schmieröl der Lagerstelle 42 zugeführt.
Dieses Schmieröl tritt in den zwischen der Wand der Bohrung 30 und
der Lagerstelle 42 des Werkstücks 12 gebildeten
Ringspalt 62 ein und schmiert somit diese Bauteile. Dieses
Schmieröl entweicht, da es unter Druck steht, durch den
Ringspalt 62 als Verlustöl in den Maschineninnenraum
der Schleifmaschine 1. Deshalb wird zum Schmieren der Lagerstelle
das gleiche Schmieröl, wie es als Kühlschmierstoff
bei Schleifen verwendet wird, eingesetzt. Dieses Schleiföl
wird jedoch besonders gefiltert, damit keine Schleifrückstände
in die Lagerstelle 42 des Werkstückes 12 gelangen.
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Der Ölverlust
durch den Ringspalt 62 dient zugleich zur Abdichtung der
Lagerstelle 42 gegen das Eindringen von Schmutzpartikeln
von außen in die Lagerstelle 42. Die Lagerstelle 42,
die in der Bohrung 30 aufgenommen wird, ist im Durchmesser
ca. 40 bis 60 μm kleiner gefertigt als der Bohrungsdurchmesser.
Hierdurch ergibt sich ein Schmierspalt, entsprechend dem Ringspalt 62,
von ca. 20 bis 30 μm Dicke, in dem sich im Betrieb ein
hydrodynamisches Lager ausbildet. Dieses hydrodynamische Lager erfordert
eine Mindestdrehzahl der rotierenden Welle/Lagerstelle 42 zum
Aufbau des Schmierfilms, die erfahrungsgemäß deutlich
unterhalb der Schleifdrehzahl beim Schleifen der Nockenform oder
der Pleuellager liegt. Diese Schleifdrehzahl liegt üblicherweise im
Bereich von ca. 50 bis 500 min–1.
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Um
beim Schleifen der Werkstücke wie z. B. Getriebe-, Kurbel-
oder Nockenwellen gute Ergebnisse zu erzielen, wird bei dem Verfahren
nach der Erfindung wie folgt vorgegangen: Beim Anfahren der zu schleifenden
Welle aus dem Stillstand wird der Druck des über die Öffnung 35 der
Lagerstelle 42 zugeführten Schmieröls
geringer eingestellt und dann während des Hochfahrens des
Werkstücks 12 auf die Solldrehzahl zum Schleifen
kontinuierlich erhöht. Die Erhöhung des Druckes
des Schmieröls erfolgt hierbei in Abhängigkeit
von der jeweiligen Drehzahl des Werkstücks 12,
bis die Solldrehzahl und damit der Druck-Sollwert zum Schleifen
erreicht sind. Die Drucksteuerung erfolgt über spezielle
Ventile, die über die CNC-Steuerung betätigt werden.
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Dieser
Vorgehensweise liegt die Erkenntnis gemäß der
Erfindung zugrunde, dass sich die Radialsteifigkeit der Lagerstelle
erhöht, wenn der Zuführdruck des Schmieröls
erhöht wird. Bei optimal eingestelltem Schmierdruck bei
der Solldrehzahl zum Schleifen ist eine Rundlaufgenauigkeit der
Lagerstelle 42 von 1 bis 2 μm erreichbar. Überraschenderweise
haben Versuche gezeigt, dass sich das erfindungsgemäße
Verfahren besonders dann zum Schleifen von Getriebe-, Kurbel- oder
Nockenwellen eignet, wenn der Druck in der hydrodynamischen Schmierstelle/Lagerstelle 42 der
Drehzahl zum Schleifen des Werkstückes 12 angepasst
wird. Die optimalen Drücke liegen je nach Drehzahl im Bereich zwischen
ca. 5 und 150 bar.
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Ein überhöhter
Schmieröldruck sowie ein zu geringer Schmieröldruck
erbringen keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Bei einem zu geringen Schmieröldruck
in der Lagerstelle 42 kann der Schmierfilm abreißen.
Bei einer zu hohen Einstellung des Schmieröldruckes wird
die Welle gegen die der Öffnung 35 gegenüberliegende
Seite der Bohrung 30 gedrückt. In beiden Fällen
würde das Lager Schaden erleiden, und es wären
keine zufriedenstellenden Schleifergebnisse zu erzielen.
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- 1
- Schleifmaschine
- 2
- Maschinenbett
- 3
- Schleifstation
- 5
- Schleiftisch
- 6
- Kreuzschlitten
- 7
- Werkstück-Spindelstock
- 8
- Stützvorrichtung
- 9
- Grundkörper
- 10
- Lünette
(Stützstellen)
- 11
- Backen
- 11'
- Backen,
ausgeschwenkt
- 12
- Wellenförmiges
Werkstück
- 13
- Schleifspindelstock
- 14
- Schleifspindel
- 15
- Schleifscheiben
- 16
- Abrichtvorrichtung
- 17
- Abdeckung
- 18
- Lagerbock
- 19
- Ebene
- 20
- Werkstücklängsachse
- 21
- Z-Achse
- 22
- X-Achse
- 23
- C-Achse
(Rotationsachse)
- 24
- Ansatz
- 25
- Trennstelle
- 26
- Schraube
- 30
- Bohrung
- 31
- Anschlag
- 32
- Spannhebel
- 32'
- Spannhebel,
ausgeschwenkt
- 33
- Schwenkachse
- 34
- Querbohrung
- 35
- Öffnung
- 36
- Zuführleitung
- 37
- Bohrung
- 38
- Schraube
- 39
- Spannpratze
- 40
- Kurbelwelle
- 42
- Lagerstelle
- 43
- Pleuellager
- 62
- Ringspalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1577369 [0002]
- - DE 1627998 [0005]
- - EP 1298335 B1 [0005]
- - DE 60210187 T2 [0005]
- - DE 10232394 B4 [0006, 0018, 0018]