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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines rotationssymmetrischen
Bauteils, insbesondere eines metallischen Bauteils, bei dem die
Umfangsfläche, die Stirnfläche oder eine Winkelfläche
bearbeitet werden sollen.
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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik sind eine ganze Reihe von Bearbeitungsverfahren
für rotationssymmetrische Bauteile bekannt. Bei einem Teil
der Verfahren wird das Bauteil zwischen zwei Spitzen eingespannt
und dadurch drehbar gelagert, so dass die Rotationsachse des Bauteils über
die Einspannung ortsfest fixiert wird. Die Bearbeitung der Oberfläche geschieht über
Werkzeuge, die bei rotierendem Bauteil an dieses herangeführt
werden und dort an der gewünschten Stelle Material abtragen.
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Daneben
ist beispielsweise aus der Europäischen Patentanmeldung
EP 0 616 870 A1 eine
Vorrichtung zum spitzenlosen Rundschleifen bekannt, das auch Centerless
Schleifen genannt wird. Hierbei wird ein rotationssymmetrisches
Bauteil auf eine Werkzeugauflage gelegt und mittels einer sogenannten
Regelscheibe in Rotation versetzt. Die Regelscheibe ist hierbei
walzenförmig ausgebildet und so angeordnet, dass ihre Rotationsachse
in etwa parallel zur Achse des Bauteils ist und mit diesem in Reibschluss
ist, so dass durch das Drehen der Regelscheibe auch das Bauteil
in Rotation versetzt wird. Die eigentliche Bearbeitung geschieht
mit Hilfe einer Schleifscheibe, die der Regelscheibe gegenüber
liegend angeordnet ist und ebenfalls in etwa eine Walzenform aufweist.
Die Schleifscheibe wird gleichfalls in Rotation versetzt und an
das Bauteil angenähert, so dass die Schleifscheibe Material
an der Oberfläche des Bauteils abtra gen kann. Das Bauteil
wird dabei zwischen der Regelscheibe, der Schleifscheibe und der
Werkzeugauflage gehalten. Eine weitere Fixierung des Bauteils ist
nicht unbedingt notwendig, was den Prozess sehr schnell und damit
kostengünstig macht und sich insbesondere auch dafür
eignet, viele Bauteile in kurzem Abstand hintereinander zu bearbeiten.
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Um
gezielt Material an bestimmten Stellen eines rotationssymmetrischen
Bauteils abzutragen, eignet sich das spitzenlose Rundschleifen jedoch
nur bedingt. Dazu ist der Einsatz von Drehbänken oder ähnlichen
Vorrichtungen notwendig. Hierzu ist, wie bereits oben erwähnt,
ein exaktes Einspannen des Bauteils notwendig. Dies ist aufwendig,
muss mit sehr großer Präzision durchgeführt
werden und ist damit entsprechend kostenaufwendig.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines
rotationssymmetrischen Bauteils und das Verfahren zur Herstellung
eines rotationssymmetrischen Bauteils ermöglichen demgegenüber
eine schnelle und präzise Bearbeitung des Bauteils, ohne dass
ein aufwendiges Einspannen oder Justieren des Bauteils während
der Bearbeitung notwendig ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung beinhaltet dazu eine
Werkstückauflage und zwei Rollen, wobei die erste Rolle
und die zweite Rolle jeweils so angeordnet sind, dass sie bei Rotation
in Reibschluss mit der Mantelfläche des Bauteils kommen
und dieses durch ihre Rotation ebenfalls in Rotation versetzen,
wobei das zu bearbeitende Bauteil gegen einen Anschlag gedrückt
wird. Durch die Anordnung der beiden Rollen, der Werkstückauflage
und des Anschlags kann eine präzise Fixierung des Bauteils
erreicht werden, ohne dass es weiterer Justage bedarf. Durch eine
Schleifscheibe kann nunmehr die Außenkontur des Bauteils
präzise bearbeitet werden und Material an der gewünschten
Stelle abgetragen werden. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren
bei der Bearbeitung von Bauteilen anwendbar, die einen im Verhältnis
zur Länge nur kleinen Durchmesser aufweisen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung
wird die zweite Rolle so gestaltet, dass sie mit der Außenkontur
des zu fertigenden Bauteils korrespondiert. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn das Bauteil keine reine Zylinderform aufweist,
sondern beispielsweise gestuft ausgebildet ist. Das Bauteil liegt
in diesem Fall über einen Großteil seiner Länge
an der zweiten Rolle an und wird präzise durch diese geführt,
so dass bei der Bearbeitung durch die Schleifscheibe keine Durchbiegeeffekte
oder Ähnliches auftreten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Rolle aus
Gummi oder einem Kunststoff gefertigt, so dass sich ein guter Reibschluss
zwischen dem Bauteil und der ersten Rolle ergibt. Durch das relativ
weiche Material werden darüber hinaus auftretende Schwingungen
gedämpft, was die Bearbeitungsqualität steigert.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden Rollen
parallel zueinander ausgerichtet, so dass das Bauteil präzise
in Rotation versetzt werden kann. Um das Bauteil in Längsrichtung
gegen den Anschlag zu drücken, kann die Außenkontur
der ersten Rolle leicht kegelförmig ausgebildet sein, was zu
einer Kraft in Längsrichtung auf das Bauteil in Richtung
des Anschlags führt, so dass das Bauteil bei rotierenden
Rollen in axialer Richtung fixiert wird.
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Alternativ
kann es auch vorgesehen sein, nur zylindrische Rollen zu verwenden.
Um auch hier das Bauteil in axialer Richtung zu fixieren und gegen
den Anschlag zu pressen muss hier eine der Rollen leicht gegen die
Längsachse des Bauteils angestellt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Durchmesser der
ersten Rolle und der zweiten Rolle jeweils größer
als der Durchmesser des zu bearbeitenden Bauteils. Besonders bei
einem hohen Durchmesserverhältnis vermindert dies Auswirkungen
durch die Form- und Lageabweichungen, die bei der Vorbearbeitung
des Bauteils auftreten können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines
rotationssymmetrischen Bauteils mittels einer Werkstückauflage
und einer ersten und einer zweiten Rolle, die das Bauteil stabil
in einer Bearbeitungsposition halten, wobei die erste und die zweite
Rolle drehbar um ihre Längsachse gelagert sind und mit
einer Schleifscheibe die drehbar gelagert ist und mit der Material
vom Bauteil abgetragen werden kann, umfasst folgende Verfahrensschritte:
Zuerst wird das Bauteil durch die Werkstückauflage, die
erste Rolle und die zweite Rolle fixiert. Anschließend wird
die erste Rolle und die zweite Rolle in Rotation versetzt, wobei
sich sowohl die erste Rolle als auch die zweite Rolle gegensinnig
zum Bauteil drehen, so dass das Bauteil in eine Rotationsbewegung
um seine Längsachse versetzt wird, wobei die Drehgeschwindigkeiten
von erster und zweiter Rolle so bemessen sind, dass die Oberflächen
der Rollen und des Bauteils zumindest im Wesentlichen schlupffrei aufeinander
abrollen. Hierbei wird das Bauteil zusätzlich gegen einen
Anschlag gepresst, um auch in Längsrichtung eine Fixierung
zu erreichen. Anschließend wird die Schleifscheibe in Rotation
versetzt und so an das Bauteil angenähert, dass Material
vom Bauteil an der gewünschten Stelle abgetragen wird. Dieses
Verfahren lässt sich mittels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung durchführen.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
die sich jeweils auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens eignet, dargestellt. Es zeigt
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1 eine
Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung
und das Bauteil,
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2 eine
Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wobei die zweite Rolle weggelassen ist,
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3 einen
Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
und
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4 eine
Detailansicht von zweiter Rolle und Bauteil in einer Draufsicht.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 und 2 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung
eines rotationssymmetrischen Bauteils dargestellt. Die Vorrichtung
weist eine erste Rolle 5 und eine zweite Rolle 7 auf,
zwischen denen ein Bauteil 1 angeordnet ist, das mittel der
Vorrichtung bearbeitet werden soll. Die erste Rolle 5 und
die zweite Rolle 7 sind hierbei so angeordnet, dass sie
in Reibschluss mit dem Bauteil 1 sind und durch eine Rotation
um ihre jeweilige Rotationsachse 15, 17 das Bauteil 1 in
Drehung um seine Mittelachse 11 versetzen. Wie aus 3 ersichtlich
drehen sich die erste Rolle 5 und die zweite Rolle 7 gleichsinnig,
während das Bauteil 1 in die entgegengesetzte
Richtung gedreht wird. Hierbei können beide Rollen 5, 7 angetrieben
werden oder nur eine. Die Werkstückauflage 8 fixiert
dabei das Bauteil 1 in senkrechter Richtung, wobei die
Werkstückauflage 8 eine Auflagefläche 18 aufweist,
auf der das Bauteil 1 abgleitet.
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Die
erste Rolle 5, die zweite Rolle 7 und das Bauteil 1 sind
so angeordnet, dass die Rotationsachse 17 der zweiten Rolle 7 oberhalb
der Ebene liegt, die durch die Mittelachse 11 des Bauteils 1 und
die Rotationsachse 15 der ersten Rolle 5 gebildet
wird (siehe 3). Durch diese Anordnung wird
das Bauteil 1 während der Bearbeitung ortsfest
zwischen der ersten Rolle 5, der zweiten Rolle 7 und
der Werkstückauflage 8 gehalten. Die erste Rolle 5 ist
vorzugsweise aus Gummi oder einem Kunststoff gefertigt, was einen
guten Reibschluss zwischen dem Werkstück 1 und
der Rolle 5 erlaubt und zusätzlich dazu beiträgt,
Schwingungen zu dämpfen, die bei der Bearbeitung des Bauteils 1 auftreten.
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Die
zweite Rolle 7 ist vorzugsweise aus Stahl gefertigt und
entspricht in ihrer Außenkontur der Form, die das Bauteil 1 vor
der Bearbeitung hat. Diese Art der Formgebung ist exemplarisch für
eine Düsennadel in 4 dargestellt,
wo die zweite Rolle 7 einen Absatz 22 aufweist,
der dem Absatz 12 des Bauteils 1 entspricht. Durch
diese Formgebung der zweiten Rolle 7 wird das Bauteil 1 optimal
in seiner Lage gehalten, so dass bei seiner Bearbeitung kein Durchbiegen
des Bauteils 1 bzw. hier der Düsennadel geschieht,
was der Bearbeitungspräzision zu Gute kommt. Falls ein
Bauteil 1 aus einem sehr harten Material bearbeitet werden
soll, etwa Stahl, so kann die zweite Rolle 7 auch oberflächengehärtet sein,
beispielsweise mit einer Beschichtung aus Hartmetall oder einer
diamantartigen Schicht.
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Die
eigentliche Bearbeitung des Bauteils geschieht mittels einer Schleifscheibe 10,
die ebenfalls drehbar gelagert ist und an ihrer Außenseite
eine Oberfläche aufweist, die ein Abtragen von Material vom
Bauteil 1 erlaubt. In 1 und 2 ist
die Schleifscheibe 10 auf der rechten Seite in einem Ausschnitt
dargestellt.
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Die
Bearbeitung des Bauteils 1 geschieht auf folgende Weise:
Zuerst wird das Bauteil 1 auf die Werkstückauflage 8 gelegt
und die erste Rolle 5 und die zweite Rolle 7 so
angenähert, dass die in 3 gezeigte
Position erreicht wird, bei der das Bauteil 1 zwischen
der ersten Rolle 5, der zweiten Rolle 7 und der
Werkstückauflage 8 fixiert ist. Anschließend
wird die erste Rolle 5 in Rotation versetzt, was durch
den Reibschluss mit dem Bauteil 1 auch zu einer Rotation des
Bauteils 1 um seine Mittelachse 11 führt.
Die zweite Rolle 7 wird entweder über den Reibschluss mit
dem Bauteil 1 in Rotation versetzt oder gleichfalls angetrieben,
wobei die jeweiligen Drehgeschwindigkeiten so zu bemessen sind,
ein möglichst geringer Schlupf zwischen dem Bauteil 1 und
der ersten Rolle 5 bzw. der zweiten Rolle 7 auftritt.
Schließlich wird die rotierende Schleifscheibe 10 an
das Bauteil 1 angenähert und dadurch Material
an der gewünschten Stelle durch Schleifen abgetragen. In
dem in der Zeichnung dargstellten Ausführungsbeispiel wird
die Spitze einer Düsennadel 1 bearbeitet. Hierzu
wird die Schleifscheibe 10 in der in 1 gezeigten
Ausrichtung an das Bauteil 1 herangeführt und
Material im Bereich der Spitze abgetragen, so dass die in 1 gezeigte
Form der Düsennadel hergestellt wird.
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Um
das Bauteil 1 auch in horizontaler Lage zu fixieren, ist
ein Anschlag 3 vorgesehen. Die erste Rolle 5 wird
beispielsweise leicht konisch ausgeführt, so dass sie durch
ihre Rotation das Bauteil 1 nicht nur in eine Rotation
um seine Längsachse 11, sondern auch eine Kraft
in Längsrichtung auf das Bauteil 1 ausübt,
die dieses gegen den Anschlag 3 drückt. Alternativ
kann die erste Rolle 5 auch bezüglich der Längsachse 11 des
Bauteils 1 leicht schräg gestellt werden, was
ebenfalls eine Längskraft auf das Bauteil 1 zur
Folge hat, die dieses gegen den Anschlag 3 drückt.
Durch diese Maßnahme ist das Bauteil 1 bereits
in seiner endgültigen Bearbeitungsposition fixiert, ehe
der Schleifvorgang mittels der Schleifscheibe 10 beginnt,
so dass das Bauteil 1 nicht erst durch den Beginn des Schleifprozesses
und den Druck der Schleifscheibe 10 gegen den Anschlag 3 gedrückt wird.
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Die
Härte der ersten Rolle 5 kann je nach Material
des Bauteils variiert werden. Ist keine Dämpfung erwünscht,
beispielsweise bei einem relativ weichen Bauteil aus Kunststoff,
so wird die erste Rolle 5 aus einem im Verhältnis
dazu deutlich härteren Material gefertigt, etwa Metall
oder Keramik. Ist das Material des Bauteils hingegen relativ hart,
etwa Metall oder ein anderes Material vergleichbarer Härte,
so wird die erste Rolle vorzugsweise aus einem im Verhältnis
weichen Material gefertigt, beispielsweise Gummi oder ein Kunststoff.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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