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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen der Haupt- und Hublager
einer Kurbelwelle durch Außenrundschleifen
in einer Schleifmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und eine Schleifmaschine zum Durchführen des
Verfahrens gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 8.
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Schon
vorher war es gemäß der
EP 1 181 132 B1 vorgeschlagen
worden, beim Außenrundschleifen
der Haupt- und Hublager einer Kurbelwelle die Hublager vor den Hauptlagern
fertig zu schleifen. Dieser Vorschlag beruht auf der Erkenntnis,
dass die erheblichen Verformungen der Kurbelwelle beim Schleifen
der Hublager zumindest teilweise beim anschließenden Fertigschleifen der
Hauptlager wieder beseitigt werden können. Allerdings war man dabei davon
ausgegangen, dass das Vorschleifen der Hauptlager noch vor dem Schleifen
der Hublager erfolgen müsse.
Gemäß der
EP 1 181 132 B1 muss
daher zunächst
ein Lünettensitz
an ein Hauptlager der Kurbelwelle angeschliffen werden, damit die
Hauptlager mit der erforderlichen Genauigkeit vorgeschliffen werden
können.
Hierzu muss die Kurbelwelle mit einer genau definierten Drehachse,
nämlich
ihrer bestimmenden geometrischen Längsachse eingespannt sein,
die für
alle Hauptlager hinsichtlich Durchmesser, Rundheit, Rundlauf und
Zentrizität
die bestimmende Bezugsachse ist. Diese bestimmende geometrische
Längsachse
muss auch als Bezugsachse für
die Bearbeitung der Hublager zur Verfügung stehen. Nach dem Vor-
und Fertigschleifen der Hublager werden zuletzt die Hauptlager der
Kurbelwelle fertig geschliffen. Das aus der
EP 1 181 132 B1 bekannte
Verfahren hat den Vorteil, dass sämtliche Schleifvorgänge in einer
einzigen Aufspannung vorgenommen werden können.
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Die
durch das Einspannen und Abstützen der
Kurbelwelle beim Schleifen sich ergebenden Zwänge haben allerdings die Gefahr
anderer Verformungen mit sich gebracht, wie das in der
DE 10 2008 007 175 A1 ausführlich beschrieben
ist. Zur Abhilfe wird gemäß dieser
Entgegenhaltung daher vorgeschlagen, das Schleifen der Kurbelwelle
in einer einzigen Aufspannung aufzugeben. Vielmehr werden gemäß der
DE 10 2008 007 175
A1 zwei Schleifstationen vorgesehen, die sich innerhalb
einer einzigen Schleifmaschine befinden können. Zuerst werden in der ersten
Schleifstation die Hublager vor- und fertiggeschliffen. Anschließend wird
die Kurbelwelle in die zweite Schleifstation überführt, in der die Hauptlager vor-
und fertiggeschliffen werden. Das Besondere des bekannten Verfahrens
besteht darin, dass die zu schleifende Kurbelwelle in den beiden
Schleifstationen mit Ihrer lediglich spanend bearbeiteten Rohkontur
eingespannt wird. Hierbei sind die zylindrischen Umfangsflächen der
Kurbelwelle vor allem durch Drehen, Bohren oder Wirbelfräsen bearbeitet,
also in einem noch ungeschliffenen Zustand. In der ersten Schleifstation
wird dabei die Kurbelwelle in Schalenspannfuttern gelagert, welche
vorteilhaft an endseitigen zylindrischen Abschnitten oder an den
beiden äußeren Hauptlagern
der Kurbelwelle angesetzt werden. Naturgemäß rotiert die Kurbelwelle beim
Schleifen der Hublager dann nicht um ihre bestimmende geometrische
Längsachse,
sondern um eine davon abweichende Drehachse, die durch die Rohkontur der
Kurbelwelle an den Einspannstellen gegeben ist. Da aber das Schleifen
der Hublager ohnehin durch CNC-gesteuertes Außenrundschleifen im Pendelhub-Schleifverfahren
erfolgen muss, wird gemäß der
DE 10 2008 007 175
A1 eine entsprechende Korrektur im Rechner der Schleifmaschine
vorgenommen. Hierzu muss die Kurbelwelle vor dem Schleifen exakt vermessen
sein. Wenn die Abweichungen der tatsächlichen Drehachse von der
bestimmenden geometrischen Längsachse
der Kurbelwelle bekannt sind, kann dies rechnerisch erfasst und
beim CNC-Schleifen berücksichtigt
werden. Im Ergebnis liegt nach dem Schleifen in der ersten Schleifstation dann
eine Kurbelwelle mit noch unbearbeiteten Hauptlagern vor, deren
Hublager aber so geschliffen sind, als wäre die Kurbelwelle um die exakte
bestimmende geometrische Längsachse
gedreht worden.
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Erst
in der zweiten Schleifstation wird gemäß der
DE 10 2008 007 175 A1 die
Kurbelwelle zwischen Spitzen gespannt, welche in die üblichen
Zentrierbohrungen in den Endflächen
der Kurbelwelle eindringen. Diese Zentrierbohrungen werden vom Hersteller
der Kurbelwelle schon vor dem Schleifen der Hublager vorgenommen
und legen die bestimmende geometrische Längsachse jeder Kurbelwelle
fest.
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Mit
dem Verfahren gemäß der
DE 10 2008 007 175
A1 ist es gelungen, auf eine noch immer wirtschaftliche
Weise zuerst sämtliche
Hublager vor- und fertigzuschleifen und erst danach in einer geänderten Aufspannung
die Hauptlager. Das Verfahren gemäß der
DE 10 2008 007 175 A1 bedeutet
aber einen erheblichen Aufwand, weil für jede Kurbelwelle die sich beim
Einspannen der Rohkontur an der Einspannstellen ergebende Lage der
Drehachse gegenüber
der bestimmenden geometrischen Längsachse exakt
vermessen werden muss. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die
Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zu vereinfachen, sodass mit erheblich verringertem Aufwand nach
wie vor dieselbe hohe Genauigkeit des Schleifergebnisses erreicht
wird.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit der Gesamtheit der
Merkmale des Anspruchs 1 das auf einer Schleifmaschine mit den Merkmalen
des Anspruches 9 durchgeführt
wird.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
die zu schleifende Kurbelwelle in einer ersten Aufspannung in Übereinstimmung
mit der Drehachse des zugehörigen
Werkstück-Drehantriebs
gebracht. Sodann werden zwei an dem Spannfutter des zugehörigen Drehantriebs
befindliche, in einer Radialebene bewegliche Auflageglieder an diese
Einspannstelle angestellt und in dieser Stellung miteinander zur Bildung
einer Auflage nach Art eines Prismas verriegelt, das an dem Spannfutter
betrieblich fest ist. Die Eigenschaft der prismatischen Auflage
folgt aus der notwendigerweise V-förmigen Stellung der Auflageglieder
zueinander. Ein den Auflagegliedern radial gegenüber liegendes Klemmglied wird
sodann vorzugsweise hydraulisch an die Kurbelwelle angestellt und
presst die Kurbelwelle gegen die Auflage, die durch die beiden fest
miteinander verriegelten Auflageglieder gegeben ist. Die Auflageglieder
und das Klemmglied haben zwar vor allem den Drehantrieb der Kurbelwelle
beim Schleifen zu bewirken; denn die Einspannlage der Kurbelwelle
ist durch die Spitzen des Drehantriebes bestimmt. Da aber durch
die feste Verriegelung der Auflageglieder eine besonders formsteife
Einspannung vorliegt, ergibt sich auch eine versteifende und abstützende Wirkung
für die Kurbelwelle
beim Schleifen. Dadurch kommt insgesamt eine besondere Genauigkeit
des Schleifergebnisses zustande, auch wenn die Verformungen der Kurbelwellen
beim Schleifen der Hublager nach wie vor unvermeidlich sind. Auf
das Ansetzen einer Lünette
kann daher verzichtet werden. Mit der besonderen Art des Einspannens
ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Kurbelwelle schon
beim Schleifen der Hublager um ihre bestimmende geometrische Längsachse
rotiert. Auf den Umweg über
eine rechnerische Festlegung beim CNC-Schleifen kann daher in vorteilhafter
Weise verzichtet werden.
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Für die zweite
Spannstation wird die zweite Aufspannung gemäß dem bekannten Verfahren nach der
DE 10 2008 007 175
A1 beibehalten. Hier wird in der Regel die Kurbelwelle
zwischen Spitzen gespannt und durch ein Ausgleich-Spannfutter in
Drehung versetzt, dessen Spannbacken sämtlich untereinander ausgleichfähig sind.
Der Grund dafür
besteht darin, dass möglichst
alle Hauptlager in der zweiten Aufspannung gleichzeitig oder auch
nacheinander geschliffen werden sollen und die Einspannstellen daher
weiter außen,
wie üblich
an einem Zapfen und/oder einem Flansch ansetzen müssen. Die
sich dadurch ergebende geringe Biegesteifigkeit in der Kurbelwelle
erfordert zumeist das Ansetzen einer Lünette, sodass insgesamt in
der zweiten Aufspannung eine andere Arbeitsweise gegeben ist.
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Weiterbildungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den Ansprüchen
2 bis 8 aufgeführt.
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Die
Ansprüche
2 bis 5 zeigen Maßnahmen auf,
wie beim Einspannen der Kurbelwelle in der ersten Aufspannung (der
ersten Schleifstation) die Koinzidenz der bestimmenden geometrischen
Kurbelwellen-Längsachse
mit der Drehachse des Werkstück-Drehantriebs
erzielt wird.
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Der
Anspruch 6 schreibt die Vorgehensweise beim Einbringen der Kurbelwelle
in die erste Aufspannung der Schleifmaschine vor. Die Kurbelwelle wird
dabei zuerst auf Rastschultern abgelegt, die an dem Spannfutter
fest sind, und danach von den Spitzen des Werkstück-Spindelstocks und des Reitstocks in
einer kombinierten Verstell- und Hubbewegung in die stabile Koinzidenz
der beiden bestimmenden Achsen gebracht.
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Anspruch
7 hebt verstärkend
und als wesentlich hervor, dass die Auflageglieder in dem Spannfutter
unabhängig
von einander radial beweglich sind und sich unter der Wirkung einer
auf beide gleichmäßig einwirkenden
Hydraulikflüssigkeit
selbsttätig
anpassend an die Einspannstelle der Kurbelwelle anstellen.
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Die
Schleifmaschine zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in dem Anspruch 9 angegeben.
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Die
Ansprüche
10 bis 16 sind auf vorteilhafte konstruktive Einzelheiten dieser
Schleifmaschine gerichtet.
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Mit
dem Anspruch 16 wird festgeschrieben, dass auch die Schleifmaschine
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Aufteilung in zwei unterschiedliche Aufspannungen
und damit in zwei Schleifstation beibehält, wobei die Ausgestaltung
der zweiten Schleifstation gemäß der
DE 10 2008 007 175
A1 beibehalten wird.
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Die
Erfindung wird anschließend
anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Die
Figuren zeigen das Folgende:
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1 zeigt
in einer Darstellung von oben eine Schleifmaschine zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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2 ist
die teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kurbelwelle mit einem
Spannfutter und erläutert
eine erste Möglichkeit
zum Einspannen der Kurbelwelle beim Schleifen der Hublager.
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2a zeigt
eine vergrößerte Darstellung von
Einzelheiten aus 2.
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3 ist
eine der 2 entsprechende Darstellung
mit einer weiteren Möglichkeit
zum Einspannen der Kurbelwelle beim Schleifen der Hublager.
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4 zeigt
einen Schnitt längs
der Linie B-B in 2.
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5 ist
ein Teilschnitt längs
der Linie A-A in 2.
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1 zeigt
beispielhaft eine Ansicht von oben auf eine Schleifmaschine, mit
der Kurbelwellen 1 gemäß der Erfindung
geschliffen werden sollen. In 2 ist als
Beispiel die Seitenansicht einer üblichen Vier-Zylinder-Kurbelwelle 1 mit
einem zugehörigen Spannfutter 43 dargestellt,
das sich an einem Werkstück-Spindelkopf 26 befindet.
Die Kurbelwelle 1 weist Wangen 2, innere Hauptlager 3 und äußere Hauptlager 4 sowie
Hublager 5 auf. Das linke Ende der dargestellten Kurbelwelle 1 endet
in einem Flansch 6 und das rechte Ende in einem Zapfen 7. Die
Kurbelwelle 1 hat eine bestimmende geometrische Längsachse 10,
welche die Mittellinie aller zentrierten Partien der Kurbelwelle 1 wie
Hauptlager 3, 4, Flansch 6 und Zapfen 7 bildet
und auch für
alle Vorgänge
des Rundschleifens maßgeblich
ist. Die bestimmende geometrische Längsachse 10 wird schon vom
Hersteller des Kurbelwellen-Rohlings markiert, in der Regel durch
Zentrierbohrungen 8 und 9, die in den beiden Stirnseiten
der Kurbelwelle 1 angebracht sind. Die bestimmende geometrische
Längsachse 10 steht
somit beim Schleifen der Kurbelwelle 1 als Verbindungsgerade
zwischen den beiden Zentrierbohrungen 8, 9 zur
Verfügung.
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Die
zum Schleifen einer derartigen Kurbelwelle 1 dienende Maschine
kann in ihrer Gesamtheit anhand der schematischen Übersichtszeichnung
gemäß der 1 beschrieben
werden, weil die einzelnen Baugruppen und Elemente dem Fachmann grundsätzlich geläufig sind.
Die Schleifmaschine bildet eine Schleifzelle 21, die eine
erste Schleifstation 22 und eine zweite Schleifstation 23 umfasst.
Dabei dient die erste Schleifstation 22 ausschließlich zum Schleifen
der Hublager 5, während
in der zweiten Schleifstation 23 ausschließlich die
Hauptlager 3 und 4 geschliffen werden. Die Flussrichtung
der Kurbelwellen 1 beim Durchlaufen der Schleifzelle ist
durch den Pfeil 20 angegeben; es werden also die Hublager 5 vor
den Hauptlagern 3 und 4 vor- und fertiggeschliffen.
Die beiden Schleifstationen 22, 23 sind auf einem
gemeinsamen Maschinenbett 24 angeordnet. Das Maschinenbett 24 umfasst
auch einen Maschinentisch 25.
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Zu
der ersten Schleifstation 22 gehören ein Werkstück-Spindelstock 26 und
ein Reitstock 27, die beide elektromotorisch synchron angetrieben
sein können.
Eine Kurbelwelle 1 wird zwischen dem Werkstück-Spindelstock 26 und
dem Reitstock 27 eingespannt. Ferner gehört zu der
ersten Schleifstation 22 ein Kreuzschlitten 28 mit
einem Schleifspindelstock 29, auf dem sich zwei Schleifspindeln 30 mit den
Schleifscheiben 31 befinden. Der Kreuzschlitten 29 als
Ganzes ist in der Zustellrichtung 33, also senkrecht zu
der bestimmenden geometrischen Längsachse 10 der
eingespannten Kurbelwelle 1 verfahrbar; die darauf befindlichen
Schleifspindeln 30 können
einzeln oder gemeinsam auf dem Kreuzschlitten 29 in der
Richtung 34 verfahren werden, also parallel zu der bestimmenden
geometrischen Längsachse 10.
Außerdem
kann der Abstand zwischen den Schleifspindeln 30 in der
Richtung 34 verändert
werden. Auf diese Weise lassen sich alle üblichen Vorgänge zum
Schleifen der Hublager 5 durchführen, wie das mit und ohne
CNC-Steuerung bekannt
ist.
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Zu
der zweiten Schleifstation 23 gehören ebenfalls ein Werkstück-Spindelstock 36 und
ein Reitstock 37, zwischen denen eine Kurbelwelle 1 eingespannt
und zur Drehung angetrieben wird. Ein zu der zweiten Schleifstation 23 gehörender Kreuzschlitten 38 trägt auf einer
gemeinsamen angetriebenen Achse 39 einen Mehrfach-Schleifscheibensatz mit
Schleifscheiben 40, die beim Schleifen der Hauptlager 3, 4 gemeinsam
gegen die Hauptlager 3, 4 zugestellt werden. Außerdem kann
der Mehrfach-Scheibensatz auch in der Richtung 34 verfahren werden.
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Mit 41 sind
die Antriebsmotoren für
die Zustellachse der Kreuzschlitten 28, 38 und
mit 42 Abdeckungen bezeichnet, welche die Schleifspäne von den
Gleitführungen
der Schleifstationen 22, 23 fernhalten. Die Spann-
und Antriebsvorrichtungen der beiden Werkstück-Spindelstöcke 26, 36 und
der beiden Reitstöcke 27, 37 liegen
in einer gemeinsamen Längsachse 32.
Die Längsachse 32 ist
zugleich die Drehachse (C-Achse) der Kurbelwellen 1 beim Schleifen.
Für betriebliche
Messungen während
des Schleifvorganges sind Messvorrichtungen vorgesehen, die im Einzelnen
nicht dargestellt sind.
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Aus
der
DE 10 2008
007 175 A1 der Anmelderin sind die bislang beschriebenen
Merkmale der erfindungsgemäßen Schleifmaschine
bekannt, ebenso die Lehre, dass entsprechend dem unterschiedlichen
Verwendungszweck der beiden Schleifstationen
22,
23 die
Kurbelwelle
1 in jeder Schleifstation
22,
23 auf
eine andere Weise eingespannt werden muss. Für die vorliegende Anmeldung
wird dabei die bekannte Methode zum Einspannen in der zweiten Schleifstation
23 gleichfalls
aus der
DE 10
2008 007 175 A1 übernommen.
Zum Schleifen der Hauptlager
3,
4 wird daher in
der zweiten Schleifstation
23 die Kurbelwelle
1 zwischen
Spitzen eingespannt, die sich an den Spindeln des Werkstück-Spindelstocks
36 und
des Reitstocks
37 befinden. Die kegelförmige Endkontur der Spitzen
greift in die Zentrierbohrungen
8 und
9 an den
Enden der Kurbelwelle
1 ein, und damit befindet sich die
bestimmende geometrische Längsachse
10 der
Kurbelwelle
1 in Koinzidenz mit der gemeinsamen Längsachse
32 von
Werkstück-Spindelstock
36 und
Reitstock
37, die zugleich die Drehachse der Kurbelwelle
1 beim
Schleifen ist.
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Die
zwischen den Spitzen eingespannte Kurbelwelle 1 wird durch
einen Antrieb mit Ausgleich-Spannfutter
zur Drehung angetrieben. Bei einem derartigen Spannfutter wird eine
Gruppe von mindestens zwei Spannbacken vorzugsweise hydraulisch
betätigt,
wobei alle Spannbacken an dieselbe Zuleitung der Hydraulikflüssigkeit
angeschlossen und in radialer Richtung an einen Teil der Kurbelwelle 1 angestellt
sind, der sich in der gemeinsamen Längserstreckung der Hauptlager 3, 4 befindet.
Als Einspannstellen kommen besonders der Flansch 6 oder
der Zapfen 7 in Frage, weil dadurch alle Hauptlager zum
Schleifen freiliegen. Die Außenkontur
der Einspannstellen braucht dabei nicht exakt zentralsymmetrisch
zu der bestimmenden geometrischen Längsachse 10 der Kurbelwelle 1 zu
sein; es kann vielmehr eine ungeschliffene Rohkontur sein; denn die
Einspannung zwischen den Spitzen gewährleistet, dass die Kurbelwelle 1 in
jedem Fall um ihre bestimmende geometrische Längsachse 10 gedreht wird.
Die Spannbacken des Ausgleich-Spannfutters sind zwar für sich einzeln
beweglich, können
sich aber über
das hydraulische Druckmedium untereinander ausgleichen. Somit wird
jeder Spannbacken mit der gleichen Kraft an die Einspannstelle der
Kurbelwelle 1 angestellt. Die Spannbacken bewirken dabei
lediglich die drehende Mitnahme der Kurbelwelle 1; da sie
aber nachgiebig ausgleichend angestellt sind, können sie keine oder nur eine
geringe versteifende Spannwirkung auf die Kurbelwelle 1 ausüben und
einem Verbiegen der Kurbelwelle 1 beim Schleifen nicht
entgegenwirken. Um Fehler hinsichtlich Durchmesser, Rundheit, Rundlauf
und Zentrizität
zu vermeiden, ist es daher beim Schleifen der Hauptlager 3, 4 in
der zweiten Spannstation 23 dringend geboten, die Kurbelwelle 1 in
ihrem mittleren Längenbereich
durch eine Lünette
abzustützen.
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Ein
Beispiel für
ein derartiges Ausgleich-Spannfutter ist in der
DE 10 2008 007 175 A1 anhand
der
8 ausführlich beschrieben. Alle dort vorhandenen
Ausführungen
zum Einspannen und zum Drehantrieb der Kurbelwelle
1 in
der zweiten Schleifstation
23 werden auch dem Inhalt der
vorliegenden Anmeldung zugerechnet. Bei Verwendung dieser Ausgleich-Spannfutter
können
die Hauptlager
3,
4 in der zweiten Schleifstation
23 zuverlässig vor- und
fertiggeschliffen werden.
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In
der ersten Spannstation
22 zum Schleifen der Hublager
5 wird
die Kurbelwelle
1 aber abweichend vom Stand der Technik
gemäß der
DE 10 2008 007 175
A1 auf eine Weise eingespannt und zur Drehung angetrieben,
wie das beispielhaft und weitgehend schematisch in den
2 bis
5 dargestellt ist.
Die Schnitt-Darstellung im linken Bereich der
2 entspricht
dabei der Schnittlinie CMC in
4, wobei
M den Mittelpunkt des Kurbelwellen-Querschnitts auf der bestimmenden
geometrischen Längsachse
10 bedeutet.
Die
2 und
2a zeigen das Spannfutter
43 eines
Werkstück-Spindelstocks
26,
in dem eine Spitze
52 axial verschieblich ist. Das vordere,
der Kurbelwelle
1 zugewandte Ende der Spitze
52 ist
als kegelförmige
Endkontur
52a ausgebildet und erleichtert damit das Einführen in
die zugehörige
Zentrierbohrung
8 der Kurbel welle
1. Auch der
Reitstock
27 kann mit einem Spannfutter
43 dieser
Art ausgebildet sein, vgl. in
3 die Spitze
53 mit
der kegelförmigen
Endkontur und die zugehörige Zentrierbohrung
9.
Wie
4 zeigt, ist an der Stirnseite des Spannfutters
43,
die der Kurbelwelle
1 zugewandt ist, eine U-förmige Tasche
11 ausgebildet, welche
gemäß den
2,
2a und
3 für den Flansch
6 der
Kurbelwelle
1 und den Zapfen
7 freigelegt ist.
Die Kurbelwelle
1 liegt gemäß den
2 und
3 jeweils
auf zwei Rastschultern
54 auf, die nach Art von Nocken
aus dem Grund der Tasche
11 herausragen, V-förmig geneigt
zueinander verlaufen und zusammen ein Auflage-Prisma bilden, das
in Bezug auf das Spannfutter
43 stationär ist. In der Darstellung der
4 liegen
die Rastschultern
54 hinter den Auflagegliedern
12 und
sind daher nicht sichtbar.
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In
dem Spannfutter 43 sind weiter zwei Axialschieber 14 vorgesehen,
die unter der Wirkung einer Hydraulikflüssigkeit entsprechend dem Doppelpfeil 15 axial
verschieblich sind. In Bezug auf die Drehachse 32 des Spannfutters 43 sind
die beiden Axialschieber 14 um einen Winkel von etwa 60
bis 120 Winkelgraden versetzt V-förmig zueinander angeordnet,
wie das aus 4 gefolgert werden kann. Die
Stirnseiten der Axialschieber 14 sind hinter den ebenfalls
V-förmig
zueinander angeordneten Auflagegliedern 12 angeordnet,
welche auch die Funktion von Klemmbacken haben und in Bezug auf
die Drehachse 32 radial verschieblich sind, vgl. den Doppelpfeil 13.
Jeder Axialschieber 14 steht über Schrägflächen in Wirkverbindung mit
einem Radialschieber 57, der in radialer Richtung verschieblich
in dem Spannfutter 43 gelagert ist. Jeder Radialschieber 57 wieder
ist mit einem Auflageglied 12 verschraubt, das aus dem
Spannfutter 43 herausragt. Jeder Radialschieber 57 bildet
mit seinem Auflageglied 12 eine Funktionseinheit; die geteilte
Ausführung
ermöglicht
es, das Auflageglied 12 leicht auszuwechseln, wenn die
Kurbelwelle 1 an einer Einspannstelle mit einem anderen
Durchmesser eingespannt werden soll.
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Mit
dem Doppelpfeil 15 ist angedeutet, dass die beiden Axialschieber 14 durch
eine gleichmäßig auf
sie beide einwirkende, an dieselbe Zuleitung angeschlossene Hydraulik-Flüssigkeit
in zwei entgegengesetzten Richtungen axial verschoben werden können. Bei
einer Bewegung in 2a nach links werden über die
in Berührung
miteinander befindlichen Schrägflächen die
Radialschieber 57 nach innen in Richtung auf die Drehachse 32 bewegt.
Dadurch bewegen sich auch die mit den Radialschiebern 57 verschraubten
Auflageglieder 12 in derselben Richtung und kommen an der
Einspannstelle der Kurbelwelle 1 zur Anlage, im Fall der 2 an
dem links befindlichen äußeren Hauptlager 4.
Bei entgegengesetzter Bewegung der Axialschieber 14 (in 2a nach
rechts) wandern die Auflageglieder 12 wieder radial nach
außen.
Die Anpresskraft der Auflageglieder 12 kann durch diverse
Druckregelungen im Hydraulikkreis geregelt werden.
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Parallel
zu den Axialschiebern 14 radial nach innen versetzt sind
zwei Verriegelungsstifte 16 in axial verlaufenden Bohrungen 18 vorgesehen,
die unter demselben Winkel in Bezug auf die Drehachse 32 angeordnet
sind, vgl. die Schnittdarstellung gemäß 5. Die Verriegelungsstifte 16 können in
zwei entgegengesetzten Richtungen 17 gesteuert verschoben
werden, vgl. den Doppelpfeil 17. In seiner aktivierten
Stellung greift ein Verriegelungsstift 16 mit seinem kegelförmigen vorderen
Ende in eine trapezförmige
Nut 19 ein, die sich in der Längs- und Verschieberichtung
des zugehörigen
Radialschiebers 57 befindet. Der Radialschieber 57 ist
dann in einer gewünschten
Stellung festgeklemmt. Die Verriegelungsstifte 16 können durch
mechanische, hydraulische, elektrische oder pneumatische Mittel
aktiviert und zurückgestellt
werden, wobei auch unterschiedliche Mittel für Aktivierung und Rückstellung
in Frage kommen wie beispielsweise Aktivierung durch hydraulische
Mittel und eine Rückstellung
durch Federn. Dieselben Verstellmöglichkeiten bestehen auch für die Axialschieber 14.
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Wie
besonders aus 4 hervorgeht, ist auf der den
Auflagegliedern 12 gegenüberliegenden Seite des Spannfutters 43 ein
schwenkbares Klemmglied 44 in der Form eines Schwenkarmes
vorgesehen. Seine Schwenkachse ist mit 55 und sein Wirkende
mit 56 bezeichnet. 4 zeigt
in ausgezogenen Linien die Klemmstellung des Klemmgliedes 44, während die
Freigabestellung in gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Abmessungen
und Einbauverhältnisse
sind so gewählt,
dass das Wirkende 56 des Klemmgliedes 44 bei Aktivierung
an einer Stelle der Kurbelwelle 1 aufliegt, die auf der
verlängerten
Winkelhalbierenden zwischen den Auflagegliedern 12 liegt.
Für die
Aktivierung des Klemmgliedes 44 kommen dieselben Mittel
in Frage wie für
die Verriegelungsstifte 16.
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Mit
der beschriebenen Schleifmaschine wird das Schleifverfahren wie
folgt durchgeführt:
Die
zu schleifende Kurbelwelle 1 besteht aus Stahl oder Gusswerkstoffen,
kann gegossen oder geschmiedet sein und liegt im ungeschliffenen
Rohzustand vor; sie ist spanend, also vor allem durch Drehen, Bohren
oder Wirbelfräsen
vorbearbeitet. Die Kurbelwelle 1 wird zunächst durch
eine Transporteinrichtung in die erste Schleifstation 22 verbracht
und dort zwischen dem Werkstück-Spindelstock 26 und dem
Reitstock 27 eingespannt. Es wird eine Ausführung gezeigt,
bei der Werkstück-Spindelstock 26 und Reitstock 27 beide
mit Spannfuttern 43 entsprechend den 2 bis 5 ausgestattet
sind, vgl. 3. Somit ist auch jedes der
Spannfutter 43 mit einer Spitze 52, 53 versehen.
Vor dem Einbringen der Kurbelwelle 1 werden Werkstück-Spindelstock 26 und Reitstock 27 bei
axial nach innen eingezogenen Spitzen 52, 53 auf
einen axialen Abstand eingestellt, der dem Längenmaß der Kurbelwelle 1 entspricht.
Die Drehachsen der Spannfutter 43 werden in eine Stellung
verbracht, in der sich die Auflageglieder 12 und die Rastschultern 14 in
ihrer unteren Stellung befinden.
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Dann
wird die Kurbelwelle 1 in waagerechter Lage vorzugsweise
von oben zwischen Werkstück-Spindelstock 26 und
Reitstock 27 abgesenkt und kommt auf den Rastschultern 54 zur
Auflage, die zusammen ein Prisma bilden, das in Bezug auf das Spannfutter 43 stationär ist. Im
Falle der 3 liegt dabei die Kurbelwelle 1 mit
dem Flansch 6 auf den Rastschultern 54 des Werkstück-Spindelstocks 26 und
mit dem Zapfen 7 auf den Rastschultern 54 des Reitstocks 27 auf.
Der radiale Abstand zwischen den in der Drehachse 32 befindlichen
Spitzen 52, 53 und den Rastschultern 54 ist
dabei derart gewählt,
dass die bestimmende geometrische Längsachse 10 der Kurbelwelle 1 geringfügig tiefer
liegt als die gemeinsame Drehachse von Werkstück-Spindelstock 26 und Reitstock 27.
Danach stehen die Spitzen 52, 53 den Zentrierbohrungen 8, 9 innerhalb
von deren Öffnungsweiten
gegenüber.
Die Auflageglieder 12 der beiden Spannfutter 43 befinden
sich zu diesem Zeitpunkt mit einem Abstand unterhalb der beiden äußeren Hauptlager.
Da die Kurbelwelle 1 mit ihrer ungeschliffenen Rohkontur
auf den Rastschultern 54 der Spannfutter aufliegt, wird
in dieser Phase des Einspannens die bestimmende geometrische Längsachse 10 der
Kurbelwelle 1 nicht hinreichend genau genug parallel zu
der gemeinsamen Drehachse 32 von Werkstück-Spindelstock 26 und
Reitstock 27 verlaufen. Die Korrektur erfolgt in der nächsten Phase.
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Die
beiden Spitzen 52, 53 werden hierzu ausgefahren
und dringen in die Zentrierbohrungen 8, 9 ein,
was durch die kegelförmigen
Endkonturen 52a, 53a der Spitzen 52, 53 möglich wird.
Die Spitzen 52, 53 kommen zur Anlage an die Innenwände der
Zentrierbohrungen 8, 9 und üben auf die Kurbelwelle 1 eine
Hub- und Stellwirkung aus. Die Lage der Kurbelwelle 1 wird
somit in der Höhe
und seitlich korrigiert. Wenn die Spitzen 8, 9 vollständig ausgefahren
sind, ist die Kurbelwelle 1 von den Rastschultern 54 abgehoben,
und ihre bestimmende geometrische Längsachse 10 verläuft exakt
in der gemeinsamen Drehachse 12 von Werkstück-Spindelstock 26 und
Reitstock 27 (Zustand der Koinzidenz). Die Auflageglieder 12 der
beiden Spannfutter 43 befinden sich in dieser Phase nach
wie vor mit Abstand unterhalb der äußeren Hauptlager 4.
Der Abstand ist allerdings so gering, dass er in den Figuren maßstäblich nicht
zum Ausdruck gebracht werden kann.
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Durch
Betätigen
der Axialschieber 14 in beiden Spannfuttern 43 werden
anschließend
die Auflageglieder 12 an die beiden äußeren Hauptlager 4 herangefahren.
Da die Auflageglieder 12 ihre Stellung zueinander selbsttätig ausgleichen
können,
ergibt sich für
die beiden Auflageglieder 12 eines Spannfutters bei Anlage
an der Kurbelwelle 1 dieselbe Anpresskraft, auch wenn die
Stellung der Auflageglieder 12 – bedingt durch die Rohkontur
der äußeren Hauptlager 4 – dabei
voneinander abweicht. Die Größe der Anpresskraft
wird so gewählt,
dass sie die Aufspannung der Kurbelwelle 1 in den Spitzen 52, 53 unterstützt, aber
nicht gefährdet
und für
die spätere Funktion
der Auflageglieder 12 als Spannbacken beim Drehen der Kurbelwelle 1 ausreicht.
Wenn diese Anlagestellung erreicht ist, werden in beiden Spannfuttern 43 die
Verriegelungsstifte 16 betätigt, welche in die an den
Radialschiebern 57 befindlichen Längsnuten 19 eintreten
und die Radialschieber 57 zusammen mit dem zugehörigen Auflageglied 12 in der
Anlagestellung verriegeln.
-
Es
sei noch bemerkt, dass man die Kurbelwelle 1 beim Einführen in
die Schleifstation 22 auch gleich auf den unten liegenden
Auflagegliedern 12 ablegen könnte, bevor deren Heranfahren
an die Kurbelwelle erfolgt. Die stationären Rastschultern 54 wären dann
entbehrlich. Es wird aber für
zuverlässiger gehalten,
den Transportvorgang an stationären
Rastschultern 54 enden zu lassen und die beweglichen Auflageglieder 12 insoweit
von der Aufgabe der Erstablage zu entlasten.
-
In
ihrer verriegelten Stellung bilden die beiden Auflageglieder 12 eines
jeden Spannfutters 43 infolge ihrer V-förmigen Anordnung zusammen ebenfalls
eine Auflage nach Art eines Prismas für die Kurbelwelle 1.
Diese Auflage ist an dem Spannfutter 43 betrieblich fest,
wobei die Anpresskraft der Verriegelungsstifte 16 so eingestellt
ist, dass diese sich im weiteren Betrieb nicht lösen können; das gilt auch bei hydraulisch
erzeugter Verriegelungskraft. Das Spannfutter 43 der ersten
Schleifstation 22 unterscheidet sich darin deutlich von
den Spannfuttern der zweiten Schleifstation 23, bei denen
alle Spannbacken auch während
der Rotation der Kurbelwelle 1 beim Schleifen untereinander
ausgleichsfähig
bleiben.
-
Die
beiden Auflageglieder an jedem Spannfutter 43 wirken in
diesem Zustand nur wie ein festes Auflage-Prisma, das die Aufspannung
der ruhenden Kurbelwelle 1 in den Spitzen 52, 53 unterstützt. Zum weiteren
Fortgang des Einspannens wird jetzt das schwenkbare Klemmglied 44 aus
seiner Freigabestellung in die Klemmstellung überführt, vgl. 4. Das
schwenkbare Klemmglied 44 und die beiden Auflageglieder 12 übernehmen
jetzt die Funktion von Spannbacken, die die Drehmitnahme und die
Abstützung
der Kurbelwelle 1 gewährleisten
müssen.
Da das Wirkende 56 des Klemmgliedes 44 etwa auf
der geraden Linie der Winkelhalbierenden zwischen den Auflageliedern 12 liegt,
vgl. 4, ist der Angriff der Mitnahmekräfte am Umfang
der äußeren Hauptlager 4 weitgehend
gleichmäßig. Die
Auflageglieder 12 bleiben bei der Rotation der Kurbelwelle 1 während des
Schleifens fest an dem Spannfutter 43 verriegelt und nehmen
die von dem schwenkbaren Klemmglied 44 ausgeübte Kraft
zuverlässig
auf, ohne dass die von den Spitzen 52, 53 bewirkte
Koinzidenz der bestimmenden geometrischen Kurbelwellen-Längsachse 10 mit der
Drehachse 12 gefährdet
wird. Die Kurbelwelle 1 ist exakt laufend nach dieser Längsachse 10 eingespannt
und kann auch nicht aus dem Zentrum gedrückt werden.
-
Unterstützend kommt
hinzu, dass die Kurbelwelle 1 in der ersten Schleifstation 22 an
den äußeren Hauptlagern 4 eingespannt
wird. Diese bilden die am weitesten nach innen, zum mittleren Längsbereich
der Kurbelwelle 1 hin gerückten Einspannstellen, bei
denen sämtliche
Hublager 5 in einer Aufspannung vor- und fertiggeschliffen
werden können.
Die freie Länge
der Kurbelwelle 1 zwischen den Einspannstellen ist dabei
am geringsten; das führt
in Verbindung mit den fest nach Art eines Prismas verriegelten Auflagegliedern 12 dazu,
dass die Kurbelwelle 1 sich unter dem Druck der Schleifscheiben nicht
durchbiegt. Es kann daher auf das Ansetzen einer Lünette verzichtet
werden. Bei einer geringeren Zahl von Hublagern, beispielsweise
zwei oder drei, einer somit kürzeren
Kurbelwelle oder bei geringeren Anforderungen an die Schleifgenauigkeit
ist es auch in der ersten Schleifstation 22 grundsätzlich möglich, die
Kurbelwelle 1 am Flansch und/oder an dem Zapfen einzuspannen
und das Schleifen in derselben Weise wie beschrieben vorzunehmen.
-
Wenn
die Hublager
5 fertiggeschliffen sind, muss die Kurbelwelle
1 nach
wie vor in die zweite Schleifstation
23 überführt werden,
in der die zweite Aufspannung vorgenommen wird. Da alle Hauptlager
3,
4 möglichst
gleichzeitig vor- und fertiggeschliffen werden sollen, kann die
Einspannung nur an den äußeren Enden
der Kurbelwelle
1 vorgenommen werden. In der zweiten Schleifstation
23 müssen daher die
Spannbacken des Ausgleichsfutters einzeln selbsttätig ausweichen
können,
wenn die Kurbelwelle
1 rotiert. Der sichere Halt der Kurbelwelle
1 zwischen
den Spitzen von Werkstück-Spindelstock
36 und
Reitstock
37 ist dadurch nicht in jedem Fall gewährleistet,
sodass das Ansetzen einer Lünette
im mittleren Bereich der Kurbelwelle
1 in jedem Fall vorteilhaft
ist. Trotz des Wechsels in der Aufspannung überwiegen die Vorteile des
Verfahrens gemäß der Erfindung
gegenüber
dem bekannten Verfahren nach
EP 1 181 132 B1 . Da nämlich die erheblichen Verformungen
beim Vor- und Fertigschleifen der Hublager
5 gleich zu
Anfang auftreten und beim anschließenden Vor- und Fertigschleifen
der Hauptlager
3,
4 wieder weitgehend beseitigt
werden können,
ist insgesamt in jedem Fall eine Steigerung der Schleifgenauigkeit
erzielt.
-
- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Wange
- 3
- innere
Hauptlager
- 4
- äußere Hauptlager
- 5
- Hublager
- 6
- Flansch
- 7
- Zapfen
- 8
- Zentrierbohrung
(Flansch)
- 9
- Zentrierbohrung
(Zapfen)
- 10
- bestimmende
geometrische Längsachse
der Kurbelwelle
- 11
- U-förmige Tasche
- 12
- Auflageglieder
- 13
- Doppelpfeil,
Verschieberichtung der Spannbacken
- 14
- Axialschieber
- 15
- Doppelpfeil,
Verschieberichtung der Axialschieber
- 16
- Verriegelungsstift
- 17
- Doppelpfeil,
Verschieberichtung des Verriegelungsstiftes
- 18
- Bohrung
- 19
- Längsnut
- 20
- Flussrichtung
(Transportrichtung der Kurbelwellen)
- 21
- Schleifzelle
- 22
- erste
Schleifstation
- 23
- zweite
Schleifstation
- 24
- gemeinsames
Maschinenbett
- 25
- Maschinentisch
- 26
- Werkstück-Spindelstock
(erste Schleifstation)
- 27
- Reitstock
(erste Schleifstation)
- 28
- Kreuzschlitten
- 29
- Schleifspindelstock
- 30
- Schleifspindel
- 31
- Schleifscheibe
- 32
- gemeinsame
Längsachse,
Drehachse der Kurbelwelle
- 33
- Zustellrichtung
der Schleifscheiben
- 34
- Richtung
- 36
- Werkstück-Spindelstock
(zweite Schleifstation)
- 37
- Reitstock
(zweite Schleifstation)
- 38
- Kreuzschlitten
- 39
- gemeinsame
Achse
- 40
- Schleifscheiben
- 41
- Antriebsmotor
- 42
- Abdeckung
- 43
- Spannfutter
(erste Schleifstation)
- 44
- schwenkbares
Klemmglied
- 45
- Schwenkachse
des schwenkbaren Spannelements
- 52
- Spitze
des Werkstück-Spindelstocks
- 52a
- kegelförmiger Endbereich
- 53
- Spitze
des Reitstocks
- 53a
- kegelförmiger Endbereich
- 54
- Rastschulter
- 55
- Schwenkachse
des Klemmgliedes
- 56
- Wirkende
- 57
- Radialschieber