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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Umfangsflächen
im Wesentlichen rotationssymmetrischer Werkstückabschnitte an
Werkstücken, die eine Werkstückachse und mehrere
entlang der Werkstückachse versetzt angeordnete Werkstückabschnitte
aufweisen, insbesondere zur Feinbearbeitung von Lagerstellen an
Nocken- und Kurbelwellen, gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Das
Finishen ist ein Feinbearbeitungsverfahren, mit dem die Umfangsflächen
von im Wesentlichen rotationssymmetrischen Werkstückabschnitten an
Werkstücken wie Kurbelwellen, Nockenwellen, Getriebewellen
und anderen Bauteilen für Kraft- und Arbeitsmaschinen zur
Erzeugung einer gewünschten Oberflächenfeinstruktur
bearbeitet werden. Beim Finishen wird ein mit körnigem
Schneidmittel besetztet Bearbeitungswerkzeug mit Hilfe einer Andrückeinrichtung
an die zu bearbeitende Umfangsfläche angedrückt.
Zur Erzeugung der für den Materialabtrag erforderlichen
Schnittgeschwindigkeit wird bei vielen Verfahrensva rianten das Werkstück
um seine Werkstückachse gedreht und gleichzeitig wird eine
parallel zur Werkstückachse oszillierende Relativbewegung zwischen
dem Werkstück und dem an der Unfangsfläche anliegenden
Bearbeitungswerkzeug erzeugt. Durch die Kombination der Rotationsbewegung
des Werkstückes und der überlagerten Oszillationsbewegung
kann ein sog. Kreuzschliffmuster erzeugt werden, wodurch die bearbeiteten
Werkstückumfangsflächen z. B. als Laufflächen
für Gleitlager oder Wälzlager odgl. besonders
geeignet sind.
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Bei
den Werkstücken kann es sich beispielsweise um Nockenwellen
oder Kurbelwellen handeln. Derartige wellenförmige Werkstücke
weisen in axialem Abstand zueinander rotationssymmetrische Werkstückabschnitte
vor, die als Lagerstellen dienen. Die sog. Hauptlager oder Mittellager
sind koaxial zur Werkstückachse angeordnet und dienen dazu,
die Welle für ihre Drehbewegung zu lagern. Unmittelbar neben
einem Hauptlager befinden sich ein oder zwei sog. Hublager, deren
Achsen parallel versetzt exzentrisch zur Werkstückachse
liegen. An den Hublagern greifen andere Teile einer Maschine, beispielsweise Pleuel
von Kolben einer Brennkraftmaschine oder einer Pumpe oder eines
Verdichters an.
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Bei
der Finishbearbeitung solcher Werkstücke werden meist Vorrichtungen
eingesetzt, die es erlauben, mehrere der zu bearbeitenden Werkstückabschnitte
gleichzeitig zu bearbeiten. Solche Finishvorrichtungen haben eine
Vielzahl von Finisheinheiten, wobei jede der Finisheinheiten mindestens
einen Finisharm mit einer Andrückeinrichtung zum Andrücken
von Schneidmittel an die Werkstückoberfläche hat
und jedem in einem Bearbeitungsgang zu bearbeitenden Werkstückabschnitt
eine Finisheinheit zugeordnet ist. Beispiele für Vorrichtungen,
mit denen eine Parallelbearbeitung nebeneinander liegender Lagerflächen
an Kurbelwellen und dergleichen möglich ist, sind in der
EP 0 318 966 B1 oder
der
US 5,951 377 oder
der
EP 0 997 229 B1 beschrieben.
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Die
EP 0 997 229 B1 zeigt
eine Bandfinishmaschine, die zur gleichzeitigen Bearbeitung von Hauptlagern
und Pleuellagern mehrere in Axialrichtung nebeneinander angeordnete,
an einem gemeinsamen Träger angeordnete Finisheinheiten
aufweist. Jede der Finisheinheiten hat zwei zangenförmig
aufeinander zu und voneinander weg verschwenkbare Finisharme, an
denen jeweils eine Andrückeinrichtung in Form einer werkstückabhängig
dimensionierten Finishschale befestigt ist, mit deren Hilfe Finishband
an die zu bearbeitende Werkstückoberfläche angedrückt
wird. Die Finisheinheiten sind jeweils sehr schmal, um gleichzeitig
unmittelbar nebeneinander liegende Lagerstellen bearbeiten zu können. Die
Breite der Finisheinheiten (gemessen parallel zur Werkstückachse)
kann dabei nicht größer sein als die in Axialrichtung
gemessene Breite des zu bearbeitenden Werkstückabschnittes
zuzüglich. der anteiligen halben axialen Abmessungen benachbarten Kurbelwangen.
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Der
axiale Abstand der Lagermitten unmittelbar benachbarter Lager wird
hier auch als Lagerabstand bezeichnet und entspricht bei Kurbelwellen
für Brennkraftmaschinen der Hälfte des Zylinderabstandes,
d. h. des auch als Stichmaß bezeichneten Bohrungsabstandes
unmittelbar benachbarter Zylinderbohrungen. Typische Zylinderabstände
für Reihen-Vierzylindermotoren mit etwa 2 Liter Hubraum können
beispielsweise in der Größenordnung von 90 mm
liegen, so dass sich für die maximale Breite von nebeneinander
liegenden Finisheinheiten ein Wert von ca. 45 mm je nach genauer
Aufteilung der Welle ergibt. Legt man kleinere Motoren mit Hubräumen von
beispielsweise 1,2 bis 1,4 Liter zugrunde, werden die zulässigen
Breiten nebeneinander liegender Finisheinheiten kleiner und können
beispielsweise in der Größenordnung von 40 mm
liegen. In dieser Größenordnung liegen dementsprechend
auch die möglichen Armabstände, d. h. die möglichen
Abstände korrespondierender Elemente (z. B. der Mittelachsen)
benachbarter Finisheinheiten bei herkömmlichen Kurbelwellen-Finishmaschinen.
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Die
Finisheinheiten von Bandfinishmaschinen umfassen in der Regel nicht
nur die zum Tragen vom Andrückeinrichtungen vorgesehenen
Finisharme sowie ggf. Schwenklager und Linearführungen, sondern
auch noch Einrichtungen zum Bandtransport des Finishbandes sowie
Sensoren zur Überwachung der Maschinenfunktionen und Versorgungseinrichtungen.
Auch bei mit Finishsteinen arbeitenden Finishvorrichtungen sind
die Finisheinheiten komplexe Baueinheiten, die nur mit großem
Aufwand hinsichtlich ihrer Baugröße reduziert
werden können. Unterschreiten die am Werkstück
vorliegenden Lagerabstände die minimal möglichen
Armabstände der Finisheinheiten, so werden die für
die Bearbeitung nötigen Finisheinheiten bisher auf mehrere
Stationen verteilt, was zu entsprechenden Mehrkosten sowie zu mehr
Platzbedarf und zu längeren Bearbeitungsdauern für
die Gesamtbearbeitung führt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung
von Umfangsflächen im Wesentlichen rotationssymmetrischer
Werkstückabschnitte an wellenförmigen Werkstücken
bereitzustellen, mit der Werkstücke unterschiedlicher Dimensionen
wirtschaftlich bearbeitet werden können. Insbesondere soll
es die Vorrichtung erlauben, Werkstücke mit Lagerabständen
von weniger als 40 mm wirtschaftlich zu bearbeiten. Die Ziele sollen
unter Beibehaltung der Zugänglichkeit der zu bearbeitenden Werkstücke
für den Werkstücktransport und möglichst
unter Senkung der Herstellungskosten erreicht werden, wobei gleichzeitig
die Bearbeitungsqualität herkömmlicher Finishvorrichtungen
zumindest erreicht und ggf. noch verbessert werden soll.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine
Vorrichtung zur Finishbearbeitung mit den Merkmalen von Anspruch
1 vor. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher
Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung
gemacht.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Finishbearbeitung
sind die Finisheinheiten in eine erste Gruppe von Finisheinheiten
und eine zweite Gruppe von Finisheinheiten aufgeteilt, wobei axial unmittelbar
benachbarte Finisheinheiten abwechselnd der ersten Gruppe und der
zweiten Gruppe zugeordnet sind und die erste Gruppe von Finisheinheiten
in Bezug auf die Werkstückachse winkelversetzt zur zweiten
Gruppe der Finisheinheiten angeordnet ist.
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Es
können insgesamt zwei oder mehr Finisheinheiten vorgesehen
sein. In der Regel sind deutlich mehr als zwei Finisheinheiten vorgesehen,
z. B. 4 oder mehr oder 6 oder mehr oder 8 oder mehr oder 10 oder
mehr. Eine Gruppe von Finisheinheiten kann eine einzige Finisheinheit
enthalten, normalerweise hat eine Gruppe von Finisheinheiten jedoch
zwei oder mehr Finisheinheiten.
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Dadurch
die erfindungsgemäße Anordnung kann erreicht werden,
dass unmittelbar benachbarte Finisheinheiten, die unmittelbar benachbarte
Werkstückabschnitte bearbeiten sollen, in Bezug auf die Werkstückachse
in Umfangsrichtung des Werkstückes versetzt angeordnet
sind, so dass die entsprechende Andrückeinrichtungen unmittelbar
benachbarter Finisheinheiten aus winkelversetzt zur Werkstückachse
ausgerichteten Richtungen am Werkstück angreifen. Auf diese
Weise kann eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung mit getrennten
Finishpaketen für die Hublager und die Hauptlager bereitgestellt
werden. Durch die winkelversetzte Anordnung der Gruppen von Finisheinheiten
kann die herkömmlich existierende Beschränkung
des minimalen Armabstandes umgangen werden, so dass eine maximale
Breite einer Finisheinheit, gemessen parallel zur Werkstückachse,
größer sein kann als der minimal einstellbare
Abstand zwischen korrespondierenden Strukturelementen unmittelbar
benachbarter Andrückeinrichtungen. Während bisher
die maximale Breite einer Finisheinheit nicht größer
sein durfte als der Lagerab stand unmittelbar benachbarter Lager
einer zu bearbeitenden Welle, so ist diese Beschränkung
durch die winkelversetzte Anordnung aufgehoben. Werden beispielsweise
unmittelbar benachbarte Finisheinheiten einer Gruppe jeweils parallel
nebeneinander, also in Reihe, angeordnet, so ist nun die maximale
Breite benachbarter Finisheinheiten (einer Gruppe) erst durch den
Zylinderabstand beschränkt, der das Doppelte des Lagerabstandes
beträgt. Hierdurch wird die Bereitstellung aller für
die Funktion der Finisheinheiten erforderlichen Funktionselemente, wie
Lager, Führungen, ggf. Bandtransporteinrichtungen, Sensorik
etc. konstruktiv vereinfacht, wodurch Kosten gespart und ggf. die
Funktionsfähigkeit der Finisheinheiten noch verbessert
werden kann.
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Dadurch
ist es bei manchen Ausführungsformen möglich,
dass die Finisheinheiten im Bereich der Andrückeinrichtungen
eine Breite von weniger als 40 mm haben, wobei die Breite auch 35
mm oder weniger oder 30 mm oder weniger oder 25 mm oder weniger
betragen kann.
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Obwohl
die Finisheinheiten einer Gruppe ebenfalls gegeneinander winkelversetzt
sein können, ist in der Regel vorgesehen, dass die Finisheinheiten einer
Gruppe jeweils in Reihe zueinander angeordnet sind. Hierdurch wird
die Lagerung am Maschinenbett der Finishmaschine vereinfacht und
es ist besonders einfach möglich, die gegenseitigen Abstände
der Finisheinheiten zu verstellen.
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Bei
einer Ausführungsform sind die ersten Finisharme der ersten
Finisheinheiten der ersten Gruppe zur Bearbeitung von koaxial zur
Werkstückachse angeordneten ersten Werkstückabschnitten
in Radialrichtung der Werkstückachse linear verschiebbar gelagert.
Die Andrückeinrichtung eines Finisharmes kann somit durch
eine translatorische Bewegung zum Werkstück hin bzw. vom
Werkstück weg bewegt werden, wodurch die Konstruktion der
ersten Finisheinheiten vereinfacht wird.
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Eine
erste Finisheinheit hat vorzugsweise nur einen einzigen Finisharm.
Durch das einseitige Andrücken kann die zangenartige Bauform
herkömmlicher Finisheinheiten entfallen, man erhält eine
konstruktiv relativ einfach realisierbare, funktionssichere und
stabile einseitige Bauweise der ersten Finisheinheiten.
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Die
ersten Finisheinheiten können beispielsweise unterhalb
einer durch die Werkstückachse definierten Horizontalebene
angeordnet sein, insbesondere so, dass die Finisharme der ersten
Finisheinheiten eine im Wesentlichen vertikale Verschiebungsbewegung
zwischen einer zurückgezogenen Ruhestellung (z. B. für
den Werkzeugwechsel) und einer Bearbeitungsstellung mit Eingriff
am Werkstück durchführen.
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Vorzugsweise
sind zweite Finisheinheiten von exzentrisch zur Werkstückachse
angeordneten zweiten Werkstückabschnitten (Hublagern) mit
mindestens einen um eine Schwenkachse verschwenkbaren Schwenkarm
zum Tragen mindestens einer Andrückeinrichtung ausgestattet.
Dabei können zweite Finisheinheiten in herkömmlicher
Art zangenartig ausgestaltet sein. Vorzugsweise haben die zweiten
Finisheinheiten jedoch jeweils nur einen einzigen, als Schwenkarm
ausgestalteten Finisharm mit einer Andrückeinrichtung,
so dass sich bei den zweiten Finisheinheiten eine einseitige Bauweise
ergibt.
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Eine
einseitige bzw. einarmige Bauweise der zweiten Finisheinheiten ist
u. a. deshalb vorteilhaft, weil die mit ihnen zu bearbeitenden Hublager
exzentrisch am Werkstück angebracht sind und bei Drehung
des Werkstückes um seine Werkstückachse eine Kreisbewegung
um die Werkstückachse ausführen, der die Finisheinheit
folgen muss. Hierfür wird üblicherweise kein eigener
Antrieb eingesetzt, sondern die Finisharme werden von dem Werkstück
mitgeschleppt. Durch die einarmige Ausführung können die
mitgeschleppten Massen der für Hublager vorgesehenen zweiten
Finisheinheiten im Vergleich zur zangenartigen Ausführun gen
erheblich reduziert werden, wodurch trägheitsbedingte Schwankungen der
Andrückkraft und dadurch bedingte Qualitätseinbußen
bei der Bearbeitung von Hublagern verringert werden können.
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Eine
Trägereinrichtung für die zweiten Finisheinheiten
kann beispielsweise derart neben dem Werkstück angeordnet
sein, dass die Schwenkachse des Schwenkarmes in einer Horizontalebene
mit der Werkstückachse angeordnet ist. Der Schwenkarm der
zweiten Finisheinheit kann dabei so angeordnet sein, dass er in
seiner Bearbeitungsstellung im Wesentlichen horizontal ausgerichtet
ist und von oben am Werkstück angreift, und nach oben von
der Bearbeitungsstellung mit Werkstückeingriff in eine
Ruhestellung weggeschwenkt werden kann.
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Die
Gesamtanordnung der Finisheinheiten ist bei manchen Ausführungsformen
so gewählt, dass erste Finisheinheiten und zweite Finisheinheiten
so angeordnet sind, dass die zugeordneten Andrückeinrichtungen
im Wesentlichen von gegenüberliegenden Seiten am Werkstück
angreifen. So können beispielsweise linear verschiebbare
Finisharme erster Finisheinheiten für die Hauptlager von
unten angreifen, während verschwenkbare Finisharme zweiter
Finisheinheiten für die Hublager in der Bearbeitungsstellung
im Wesentlichen von der gegenüberliegenden Oberseite am
Werkstück angreifen. Dadurch bieten die im Bearbeitungseingriff
stehenden Finisheinheiten nahe beieinander liegende Lagerstellen
auf abwechselnd gegenüberliegenden Seiten, so dass sich
die Andrückkräfte der ersten und zweiten Finisharme
gegenseitig kompensieren und somit eine bei nur einseitigen Andrückkräften
mögliche Durchbiegung des Werkstückes während
der Bearbeitung vermieden wird.
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Erfindungsgemäßen
Vorrichtungen zur Finishbearbeitung können für
unterschiedliche Finishbearbeitungsprozesse eingerichtet sein.
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Bei
manchen Ausführungsformen wird das Werkstück zur
Erzeugung der für den Materialabtrag erforderlichen Schnittgeschwindigkeit
um seine Werkstückachse gedreht. Gleichzeitig wird eine
parallel zur Werkstückachse oszillierende Relativbewegung
zwischen dem Werkstück und dem an der Umfangsfläche
anliegenden Bearbeitungswerkzeug erzeugt. Hierzu kann das Werkstück
in eine axiale Oszillationsbewegung versetzt werden. Alternativ
oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die
Oszillationsbewegung durch das Bearbeitungswerkzeug erzeugt wird.
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Bei
manchen Ausführungsformen ist die Vorrichtung als Bandfinishvorrichtung
eingerichtet. Beim sog. Bandfinishen wird ein Finishband mit Hilfe
einer Andrückeinrichtung an die Werkstückoberfläche
angedrückt. Ein Finishband hat einen bandförmigen
flexiblen Träger, bei dem mit Hilfe eines Bindemittels Schneidkörner
auf der dem Werkstück zuzuwendenden Vorderseite aufgebracht
sind. Häufig dient ein reißfester, dehnungsarmer
Polyesterfilm als Trägermaterial für den Korn-Bindemittelaufbau.
Manchmal werden auch Gewebebänder verwendet. Nach Abschluss
oder im Verlauf eines Bearbeitungszyklus kann das zur Bearbeitung
verwendete Finishband weitergefördert werden, so dass frisches
Schneidmittel zum Materialabtrag zur Verfügung steht. Dadurch können
gut reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden.
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Als
Bearbeitungswerkzeug können auch sog. Finishsteine verwendet
werden. Dabei handelt es sich um im Wesentlichen starre Schneidkörper, bei
denen das körnige Schneidmittel durch Kunstharz oder keramisch
oder in einer z. B. galvanisch oder durch Löten erzeugten
Metallmatrix oder auf andere Weise gebunden ist. Die dem Werkstück
zugewandte Seite der Schleifkörper ist häufig
entsprechend der Geometrie der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche
profiliert, um einen großflächigen Bearbeitungseingriff
sicher zu stellen.
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Insbesondere
wenn die Werkstückoberfläche nur geglättet
werden soll, sind auch Bandfinishverfahren bekannt, bei denen das
Finishband ohne werkstückabhängige Finishschale
angedrückt wird. Oft werden dann z. B. Andrückrollen
eingesetzt, die einen Linienkontakt erzeugen, der sich im Fall gummierter
Rollen auch flächig darstellen kann. Auch hier erfolgt
der Bandvorschub schrittweise oder kontinuierlich.
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren
in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für sich schutzfähige Ausführungen
darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher
erläutert.
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1 zeigt
eine in Achsrichtung des Werkstückes gerichtete Seitenansicht
einer Ausführungsform einer Bandfinishmaschine in geöffneter
Konfiguration;
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2 zeigt
Teile der in 1 gezeigten Bandfinishmaschine
in Bearbeitungskonfiguration; und
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3 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer in die Finishvorrichtung eingespannten
Kurbelwelle mit zwei Gruppen von an dem Werkstück angreifenden
Finisheinheiten.
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1 zeigt
eine axiale Seitenansicht einer Bandfinishmaschine 100,
die zum gleichzeitigen Bearbeiten aller Hauptlager und Hublager
einer Kurbelwelle 110 eingerichtet ist. Wie auch in 3 gezeigt ist,
hat das durch die Kurbelwelle gebildete Werkstück 110 eine
Werkstückachse 112 und mehrere entlang der Werkstückachse
aufeinander folgend an geordnete, im Wesentlichen rotationssymmetrische Werkstückabschnitte 114, 116,
deren Außenflächen bzw. Umfangsflächen
durch Finishen feinbearbeitet werden sollen. Erste Werkstückabschnitte 114,
die im Folgenden auch als Hauptlager oder Wellenzapfen bezeichnet
werden, laufen in den Grundlagern des Kurbelgehäuses und
definieren die Drehachse 112 der Kurbelwelle. Zweite Werkstückabschnitte 116 werden
im Folgenden auch als Hublager oder Hubzapfen bezeichnet und sind
exzentrisch zur Werkstückachse 112 derart angeordnet,
dass sie bei Drehung der Kurbelwelle um ihre Drehachse 112 eine exzentrische
Kreisbewegung um diese Drehachse ausführen. An den Hublagern
greifen andere Bauteile einer Maschine, beispielsweise Pleuel zur
Verbindung der Kurbelwelle mit dem Kolben einer Brennkraftmaschine
oder einer Pumpe oder eines Verdichters an.
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Die
Hauptlager 114 und die Hublager 116 sind axial
abwechselnd mit jeweils dazwischen liegenden Kurbelwangen 115 angeordnet,
welche die Hauptlager und die Hublager verbinden. Zur Kennzeichnung
der Dimensionierung der Kurbelwelle werden üblicherweise
der Zylinderabstand Z und der Lagerabstand L verwendet, wobei der
Zylinderabstand Z dem axialen Abstand der Bohrungsachsen benachbarter
Zylinderbohrungen des entsprechenden Motors und der Lagerabstand
L = Z/2 dem Mittenabstand unmittelbar benachbarter Lager entspricht.
Bei dem beispielhaft gezeigten modernen Reihen-Vierzylindermotor
mit ca. 1,2 Liter Hubraum und ca. 67 mm Zylinderbohrungsdurchmesser
liegt der Zylinderabstand typischerweise im Bereich von ca. 70 mm, was
einem Lagerabstand L von ca. 35 mm entspricht.
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Die
Finishmaschine 100 hat eine konventionell aufgebaute und
daher nicht näher gezeigte Werkstückhalteeinrichtung
zum Halten des Werkstückes mit horizontaler Werkstückachse.
Das Werkstück wird für die Bearbeitung mittels
einer nicht gezeigten Dreheinrichtung um seine Werkstückachse gedreht
und gleichzeitig durch eine Oszillationseinrich tung in eine axial
kurzhubig schwingende Bewegung mit Hüben in der Größenordnung
einiger Millimeter versetzt. Die Dreheinrichtung kann beispielsweise
einen Elektro-Getriebemotor haben, die Oszillationseinrichtung kann
einen in Abhängigkeit von der Werkstückdrehung
betätigten Kurvenantrieb umfassen. Die Dreheinrichtung
und die Oszillationseinrichtung können beispielsweise am
Abtriebsende der Kurbelwelle 110 angreifen. Die Oszillationseinrichtung
kann auch einen von der Werkstückdrehung unabhängigen
Antrieb, z. B. einen pneumatischen oder elektromotorischen Schwinger
enthalten.
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Die
Bandfinishvorrichtung 100 hat insgesamt elf Finisheinheiten,
die mittels zweier voneinander räumlich getrennter Trägereinrichtungen
an einem gemeinsamen Maschinenbett 120 angeordnet sind. Die
Maschine wird werkstückabhängig jeweils so eingerichtet,
dass die Anzahl der Finisheinheiten der Anzahl der am Werkstück
zu bearbeitenden Werkstückabschnitte entspricht. Die Finisheinheiten
sind entsprechend der beiden unterschiedlichen zu bearbeitenden
Lagertypen in zwei Gruppen aufgeteilt, nämlich eine erste
Gruppe mit sieben ersten Finisheinheiten 200, die jeweils
zur Bearbeitung der koaxial zur Werkstückachse angeordneten
Hauptlager vorgesehen sind, und eine zweite Gruppe von vier zweiten
Finisheinheiten 300, die jeweils zur Bearbeitung der exzentrisch
zur Werkstückachse 112 umlaufenden zweiten Werkstückabschnitte
(Hublager) eingerichtet sind. Wie aus 3 zu erkennen
ist, sind axial unmittelbar benachbartete Finisheinheiten abwechselnd der
ersten Gruppe und der zweiten Gruppe zugeordnet, so dass in Axialrichtung
(Richtung parallel zur Werkstückachse 112) jeweils
eine erste Finisheinheit 200 für die Hauptlagerbearbeitung
zwischen zwei zweiten Finisheinheiten 300 zur Bearbeitung
der jeweils axial benachbarten Hublager liegt.
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Die
Finisheinheiten der einzelnen Gruppen sind jeweils innerhalb der
Gruppe in einer parallel zur Werkstückachse verlaufenden
Reihe ne beneinander angeordnet, so dass in der axialen Ansicht von 1 jeweils
nur eine Finisheinheit der jeweiligen Gruppe zu erkennen ist. Jedoch
sind die erste Gruppe und die zweite Gruppe von Finisheinheiten
in Bezug auf die Werkstückachse 112, also in der
Umfangrichtung des Werkstückes, winkelversetzt zueinander
angeordnet, so dass sie aus unterschiedlichen Radialrichtungen am
Werkstück angreifen. Der Winkelversatz liegt im Beispielsfall
bei ca. 90°, bei anderen Ausführungsformen können
auch andere Winkel zwischen den Gruppen von Finisheinheiten liegen,
beispielsweise Winkel von ca. 120° bis ca. 180° (z.
B. ca. 120° oder ca. 150° oder ca. 180°),
ggf. aber auch weniger als 90°, beispielsweise zwischen
ca. 30° und ca. 80° (z. B. ca. 45° oder
ca. 60°).
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Bei
Sondermaschinen können die Finisheinheiten auch in mehr
als zwei Gruppen aufgeteilt sein, z. B. in drei Gruppen. Die kann
z. B. sinnvoll sein, wenn neben Haupt- und Hublagern auch Axiallager zu
bearbeiten sind.
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Die
ersten Finisheinheiten 200 sind gemeinsam an einer mit
dem Maschinenbett verbundenen ersten Trägereinrichtung 210 befestigt
und einzeln gegenüber dieser achsparallel zur Werkstückachse verschiebbar
und an verschiedenen Axialpositionen der ersten Trägereinrichtung
fixierbar, um den gegenseitigen Abstand und die axiale Position
der ersten Finisheinheiten an die Dimensionierung des jeweiligen
Werkstückes anzupassen.
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Jede
erste Finisheinheit hat einen einzigen, linear beweglich geführten
ersten Finisharm 250. Die linear verschiebbaren Finisharme 250 der
ersten Finisheinheiten 200 sind jeweils unterhalb des Werkstückes
am beweglichen Teil eines Vertikalschlittens 220 angeordnet,
dessen maschinenfest fixierbarer Teil an einem Trägerarm 215 der
ersten Finisheinheit 200 befestigt ist. Mit Hilfe eines
zwischen dem Trägerarm und dem Finisharm angeordneten Hydraulik-Hubzylinders 210 kann
jeder der ers ten Finisharme in Vertikalrichtung zwischen einer unteren
Freigabestellung und einer oberen Bearbeitungsstellung mit Bearbeitungseingriff
am Werkstück linear verschoben werden. Am dem Werkstück
zugewandten Ende der ersten Finisharme sind jeweils werkstückabhängig
dimensionierte erste Andrückeinrichtungen 255 mit
nach oben geöffneter, im Wesentlichen halbkreisförmiger
Ausnehmung auswechselbar angebracht.
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Die
auswechselbaren ersten Andrückeinrichtungen 255 sind
jeweils dafür ausgelegt, ein mit Schneidmittel besetztes
erstes Finishband 260 an die zu bearbeitende Umfangsfläche
des Werkstückabschnittes über einen vorgebaren
Umschlingungswinkel mit einer für den Bearbeitungsvorgang
vorgesehenen Andrückkraft anzudrücken. Dabei ruht
das Finishband während der Bearbeitung, so dass die für den
Materialabtrag erforderliche Schnittgeschwindigkeit ausschließlich
durch die Rotationsbewegung des Werkstücks in Kombination
mit der überlagerten axialen Oszillationsbewegung des Werkstückes
erzeugt wird, um an der Werkstückoberfläche ein
für die Eignung als Gleitlagerfläche vorteilhaftes
Kreuzschliffmuster zu erzeugen. Zum Weitertransport des gestrichelt
dargestellten ersten Finishbandes in Bearbeitungspausen ist eine
erste Bandtransporteinrichtung vorgesehen, zu der die an der ersten
Finisheinheit 200 angebrachten Transporträder 265 gehören.
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Die
zweiten Finisheinheiten 300 sind gemeinsam an einer mit
dem Maschinenbett 120 verbundenen zweiten Trägereinrichtung 310 befestigt und
sind gegenüber deren maschinenfestem Teil parallel zur
Werkstückachse einzeln axial verschiebbar und an der jeweils
gewünschten Axialposition fixierbar. Jede der zweiten Finisheinheiten
hat einen auf einer horizontalen Linearführung frei verschiebbaren Horizontalschlitten 320,
der etwa auf Höhe der Werkstückachse 112 eines
eingespannten Werkstückes angeordnet ist. An der dem Werkstück
zugewandten Seite des Horizontalschlittens ist jeweils ein als Schwenkarm
ausgebildeter zweiter Finisharm 350 mittels eines Schwenklagers 306 mit
horizontaler Schwenkachse 307 verschwenkbar angekoppelt, wobei
die Schwenkachse 307 in einer Horizontalebene mit der Werkstückachse 112 liegt.
In der Nähe des freien Endes des zweiten Finisharmes 350 ist
an der werkstückzugewandten Seite eine werkstückabhängige,
auswechselbare zweite Andrückeinrichtung 355 angebracht.
Zum Weitertransport des gestrichelt dargestellten zweiten Finishbandes 360 in
Bearbeitungspausen ist eine zweite Bandtransporteinrichtung vorgesehen,
zu der die an der ersten Finisheinheit 300 angebrachten
Transporträder 365 gehören.
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Die
mit Hilfe eines zweiten Finisharmes 350 erzeugbare Andrückkraft
wird im Wesentlichen durch einen beidseitig mit Hydraulikdruck beaufschlagbaren
Hydraulikzylinder 330 erzeugt, der einerseits an einem
festen Teil des Horizontalschlittens 320 und andererseits
in der Nähe der Schwenkachse 307 in einem Kniebereich
des L-förmig ausgestalteten zweiten Finisharmes befestigt
ist. Der Hydraulikzylinder 330 dient auch als Schließzylinder
zum Verschwenken des zweiten Finisharms 350 zwischen der
in 1 gezeigten angehobenen Freigabestellung und der
in 2 gezeigten Bearbeitungsstellung, bei der die
zweite Andrückeinrichtung das zweiten Finishband 360 in
Bearbeitungseingriff mit einem Hublager bringt.
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Bei
diesem Maschinenkonzept sind die ersten Finisheinheiten 200 zur
Bearbeitung der Hauptlager und die zweiten Finisheinheiten 300 zur
Bearbeitung der Hublager räumlich vollständig
voneinander getrennt. Weiterhin sind sie im Bezug auf die Werkstückachse 112 winkelversetzt
zueinander, da die ersten Finisheinheiten für die Hauptlager
von vertikal unten angreifen und linear in die Bearbeitungsstellung
verschoben werden, während die zweiten Finisheinheiten
an einem Horizontalschlitten, also um 90° winkelversetzt
zu den ersten Finisheinheiten angeordnet und im Übrigen
um eine horizontale Schwenkachse verschwenkbar sind, so dass sie
von der gegenüberliegenden Seite des Werkstückes
an diesem angreifen. Das Werkstück ist dadurch in der in 1 gezeigten
Be- und Entladestellung für eine Handling-Bearbeitung durch
einen Bediener oder einen Automaten von oben bzw. von der den zweiten Finisheinheiten
abgewandten Seite leicht zugänglich.
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Die
Finishmaschine kann wie folgt arbeiten. Zur Beladung der Maschine
mit einem Werkstück werden die ersten Finisharme 250 linear
nach unten zurückgezogen und die zweiten Finisharme 350 durch
Betätigung der als Öffnungs- und Schließzylinder
wirkenden Hydraulikzylinder 330 nach oben in die in 1 gezeigte
zurückgezogene Stellung verschwenkt. Die Werkstückhalteeinrichtung
zur Aufnahme des Werkstückes 110 ist dadurch von
der den zweiten Finisheinheiten gegenüberliegenden Seite und
von oben frei zugänglich, so dass ein neues zu bearbeitendes
Werkstück eingespannt und/oder ein fertig bearbeitetes
Werkstück entnommen werden kann. Nachdem ein neues zu bearbeitendes
Werkstück in der in 1 gezeigten
Position eingespannt ist, werden die Finisharme 250 der
ersten Finisheinheiten hydraulisch mit Hilfe der Zylinder 230 nach oben
zugestellt, bis die ersten Andrückeinrichtungen 255 das
Finishband mit der voreingestellten Andrückkraft an die
Hauptlager des Werkstücks andrücken. Gleichzeitig
oder zeitlich versetzt werden die Finisharme 350 der zweiten
Finisheinheiten mit Hilfe der zunächst als Schließzylinder
wirkenden Hydraulikzylinder 330 in Richtung Werkstück
nach unten verschwenkt, bis jeweils ein Bandabschnitt eines zweiten
Finisbandes 360 durch eine zweite Andrückeinheit 350 von
oben auf den in ihrem Axialabschnitt liegenden Hublagerzapfen mit
der vorgegebenen Andrückkraft angedrückt wird.
Die hierdurch erreichbare Bearbeitungsstellung der Finisheinheiten
ist mit 2 gezeigt.
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Danach
wird das Werkstück durch den Drehantrieb in eine Rotationsbewegung
um die Werkstückachse und gleichzeitig mit Hilfe des Oszillationsantriebs
in eine parallel zur Werkstückachse kurzhubig oszillierende
Oszillationsbewegung versetzt, so dass durch das auf die Werkstückabschnitte
aufgedrückte Finishband der Materialabtrag erfolgt. Bei der Werkstückdrehung
bleiben die unter dem Werkstück angeordneten ersten Finisharme 250 im
Wesentlichen unbewegt. Die zweiten Andrückeinrichtungen
der zweiten Finisheinheiten drücken jeweils gegen einen
exzentrisch umlaufenden Werkstückabschnitt. Dabei wird
die vertikale Komponente der Exzenterbewegung im Wesentlichen durch
die Schwenkbewegung der zweiten Finisharme 350 ausgeglichen,
während die horizontale Komponente der Exzenterbewegung
durch die horizontale Hin- und Herbewegung des passiv mitlaufenden
Horizontalschlittens 320 ermöglicht wird. Da der
Hydraulikzylinder 330 am beweglichen Teil des Horizontalschlittens angebracht
ist, wirkt sich nur die vertikale Komponente der Schwenkbewegung
des Hebels als Pumpbewegung am Hydraulikzylinder 330 aus,
so dass hierdurch bewirkte Andruckkraftschwankungen des Finishbandes
relativ gering bleiben.
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Nach
Abschluss der Bearbeitung werden die ersten Finisharme 250 wieder
nach unten gezogen und die zweiten Finisharme 350 nach
oben verschwenkt, so dass das Werkstück für einen
Werkstückswechsel zugänglich wird. Gleichzeitig
wird durch die automatische Bandtransporteinrichtung das Finishband
jeder Finisheinheit um einen vorbestimmten Betrag vorgezogen, so
dass für den nächsten Bearbeitungsschritt frisches,
unverbrauchtes Finishband im Bereich der Andrückeinrichtung
zur Verfügung steht. Das Werkstück kann entnommen
und durch ein noch nicht bearbeitetes Werkstück ersetzt werden.
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Das
neuartige Maschinenkonzept bietet eine Reihe von Vorteilen. Gegenüber
herkömmlichen Finishmaschinen ist eine erhebliche Reduzierung
der Armabstände zwischen den Finisheinheiten möglich. Bei
herkömmlichen Finishmaschinen wurden die Finisheinheiten
nebeneinander paketiert, wodurch einer Reduzierung des Armabstandes
enge Grenzen gesetzt wurden. Bei dem neuen Maschinenkonzept werden
die Finisheinheiten für die Hublager und die Finisheinheiten
für die Hauptlager völlig räumlich getrennt.
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In
dem Beispielsfall, bei dem die Finishmaschine für eine
Handling-Beladung von oben eingerichtet ist, sind die Finisheinheiten
für die Hauptlager unterhalb der Kurbelwelle und die Finisheinheiten
für die Hublager seitlich der Kurbelwelle auf der dem Bediener
(oder einem Handling-Automaten) abgewandten Seite angeordnet. Die
räumliche Trennung ermöglicht es u. a., dass Wellen
mit wesentlich weniger Lagerabstand als bisher bearbeitbar sind,
weil die zulässige maximale Breite B der einzelnen Finisheinheiten
nun größer sein darf als der Lagerabstand L, der
bisher die maximaler Breite der Finisheinheiten begrenzt hat.
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Weiterhin
sind eine Reduzierung der Herstellkosten und eine Reduzierung der
geschleppten Massen bei den Hublagerarmen möglich. Bei
der Ausführungsform wird das Finishband sowohl bei den
Hublagern, als auch bei den Hauptlagern jeweils nur einseitig angedrückt.
Durch die einseitige Bauweise der Finisharme kann die herkömmliche
zangenartige Bauform komplett entfallen, wodurch eine massereduzierte
Konstruktion möglich ist.
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Weiterhin
sind die zur Bearbeitung der Hauptlager vorgesehenen ersten Finisheinheiten
völlig anders aufgebaut als die zur Bearbeitung der umlaufenden
Hublager vorgesehenen zweiten Finisheinheiten. Die ersten Finisheinheiten
werden lediglich linear angedrückt, da keine Führungseinrichtungen
und Lagereinrichtungen zur Ermöglichung einer mitlaufenden
Ausgleichsbewegung zum bearbeiteten Lager erforderlich sind. Die
Hublagerarme sind dagegen beweglich ausgestaltet, da sie der Rotationsbewegung
der umlaufenden Hublager folgen sollen. Die Mitnahme erfolgt dabei
durch den Andruckkontakt der Andrückeinrichtungen (Finishschalen)
mit dem jeweiligen Hublager. Um die Andrückeinrichtung
mit dem bearbeiteten Hublager auf eine Kreisbahn zu zwingen, sind
erhebliche Kräfte nötig, die sich über eine
Umdrehung sowohl in der Rich tung als auch im Betrag ändern.
Die einarmige Ausgestaltung der Hublager-Finisheinheiten bringt
hier gegenüber zangenförmigen Ausgestaltungen
eine erhebliche Massereduzierung und damit eine Reduzierung der
resultierenden Trägheitskräfte, so dass die Bearbeitung weniger
stark durch die exzentrische Umlaufbewegung des Hublagers beeinflusst
wird. Bei den einseitigen Finisharmen wird die Andrückkraft
der Andrückeinrichtung jeweils durch den Hydraulikzylinder 330 bereitgestellt,
der einerseits an am Horizontalschlitten und gleichzeitig an dem
sich bewegenden Schwenkarm befestigt ist und deshalb bei der Rotation
der Welle eine Pumpbewegung mitmacht. Die hydraulische Auslegung
sorgt dabei dafür, dass die hierdurch bedingten Schwankungen
der Andrückkraft relativ niedrig bleiben. Hierzu werden
relativ große Rohr- und Ventilquerschnitte mit relativ
geringen Zylinderquerschnitten kombiniert, evtl. kann noch ein Druckspeicher
vorgesehen sein.
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Die
Hauptlagerarme sind dagegen sehr einfach aufgebaut. Da das Hauptlager
zentrisch angeordnet ist, macht es keine kreisförmige Bewegung. Der
Hauptlagerarm wird durch eine einfache Linearbewegung vertikal zugestellt
und bleibt dann in der vorgesehenen Bearbeitungsstellung bei einem
einstellbaren Anpressdruck stehen. Die spezifische Ausführung
mit Schutzblechen erlaubt auch einen Schutz der mechanischen Bauteile
vor dem abrasiven Kühlmittel.
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Bei
den neuartigen Finishmaschinen sind die gleichen Andrückeinrichtungen
verwendbar wie bei herkömmlichen Andrückeinrichtungen.
Dabei können die Andrückeinrichtungen der ersten
Finisheinheiten (für die Hauptlager) und der zweiten Finisheinheiten (für
die Hublager) einen identischen Aufbau haben. Es können
jedoch auch unterschiedliche Andrückeinrichtungen für
Hauptlager und Hublager verwendet werden. Beispielsweise können
Andrückeinrichtungen derart verwendet werden, wie sie beispielsweise in
der
EP 0 907 229 B1 der
Anmelderin beschrieben sind. Die Andrückeinrichtungen können
mindestens ein zur direkten Ab stützung an der Werkstückoberfläche
ausgebildetes Abstützorgan sowie ein oder mehrere sich
am Anstützorgan abstützende Andrückelemente
zum Andrücken von Feinbearbeitungsmittel an die Werkstückoberfläche
umfassen. Beispielsweise können mindestens zwei in Umfangsrichtung
versetzt angeordnete Andrückelemente vorgesehen sein, die
sich an dem Abstützorgan abstützen und unabhängig
von einander betätigbar sind, um Feinbearbeitungsmittel
an die Werkstückoberfläche anzudrücken.
Durch die direkte Abstützung an der Werkstückoberfläche
kann erreicht werden, dass die auf das Feinbearbeitungsmittel (z.
B. Finishband oder Finishstein) wirkende Anpreßkraft nicht
durch dynamische Zusatzkräfte beeinflusst wird, wie sie
z. B. bei den exzentrisch umlaufenden Kurbelwellen-Hubzapfen auftreten
können.
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Bei
der beschriebenen Ausführungsform sind die räumlich
getrennte Anordnung von Hub- und Hauptlagerarmen (d. h. zweiten
und ersten Finisheinheiten) mit der einarmigen Ausgestaltung mit
einseitigem Andruck kombiniert, so dass sich die Vorteile beider
Maßnahmen ergänzen. Die erste Gruppe und die zweite
Gruppe von Finisheinheiten sind vollständig voneinander
getrennt und beeinflussen sich nicht. Die Armabstände können
dadurch deutlich reduziert werden. Darüber hinaus greifen
die Andrückeinrichtungen der ersten bzw. der zweiten Gruppe
von Finisheinheiten an gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwelle
und an unmittelbar benachbarten Punkten an und stellen dadurch sicher,
dass auch bei hohen Andruckkräften und lagen zu bearbeitenden
Werkstücken eine Durchbiegung der Werkstücke verhindert
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0318966
B1 [0004]
- - US 5951377 [0004]
- - EP 0997229 B1 [0004, 0005]
- - EP 0907229 B1 [0051]