DE102010036445B4

DE102010036445B4 - Vorrichtung zur Aufnahme von ringförmigen Werkstücken und Finishmaschinen mit dieser Vorrichtung

Info

Publication number: DE102010036445B4
Application number: DE201010036445
Authority: DE
Inventors: Siegfried Hesse; Thomas Schmitz
Original assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Current assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2030-07-17
Also published as: DE102010036445A1

Abstract

Vorrichtung zur Aufnahme von mechanisch zu bearbeitenden ringförmigen Werkstücken, insbesondere Lagerringen für Großwälzlager, mit einem Maschinenbett (2), welches zwei V-förmig angeordnete Kugelreihen (3, 3') aus jeweils mehreren Kugeln zur axialen Abstützung eines ringförmigen Werkstückes (4) aufweist, einer Referenzkugel (6), die im Schnittpunkt der Achsen (5, 5') der beiden Kugelreihen (3, 3') auf dem Maschinenbett (2) drehbeweglich angeordnet ist und eine definierte Auflagestelle für alle zu bearbeitenden Werkstücke (4, 4') unabhängig von deren Ringdurchmesser bildet, und drei Andruckrollen (7, 7'), die in äquidistanten Abständen am Umfang des zu bearbeitenden Werkstückes (4) anliegen, zur radialen Zentrierung des Werkstückes (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von mechanisch zu bearbeitenden ringförmigen Werkstücken, insbesondere Lagerringen für Großwälzlager. Lagerringe für Großwälzlager, die beispielsweise in Windkraftanlagen, Offshore-Anlagen oder Tunnelvortriebsmaschinen eingesetzt werden, können einen Durchmesser aufweisen, der etwa 0,4 m bis mehrere Meter betragen kann.
Sowohl für die Fertigung neuer Ringe als auch für eine Überarbeitung und Erneuerung gebrauchter Ringe müssen die ringförmigen Werkstücke so aufgespannt werden, dass mit einer stationär angeordneten Finishmaschine eine Werkzeugbearbeitung durchgeführt werden kann. Eine in der Praxis noch teilweise angewandte manuelle Bearbeitung an ortsfest aufgespannten Werkstücken kann nicht die zunehmend höheren Anforderungen, die an die Oberflächengüte und Formgenauigkeit des bearbeiteten Werkstückes gestellt werden, erfüllen. Die Vorrichtung zur Aufnahme ringförmiger Werkstücke muss daher eine Rotationsbewegung des Werkstückes während der Bearbeitung ermöglichen. Bei großen Werkstückdurchmessern ist die Verwendung eines Drehtisches nicht praktikabel.
Unterschiedliche Werkstückdurchmesser der zu bearbeitenden ringförmigen Werkstücke erschweren die Zuordnung zwischen Werkstück und Bearbeitungsmaschine. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen werden die Werkstücke zentrisch zu einer Symmetrieachse des Maschinenbetts aufgespannt, so dass die zu bearbeitenden Werkstücke konzentrische Ringe bilden. Um an ein und derselben Vorrichtung Werkstücke bearbeiten zu können, deren Ringdurchmesser von zum Beispiel 0,4 m bis zu zwei Meter oder mehr varrieren kann, muss die Bearbeitungsmaschine so ausgelegt sein, dass das Bearbeitungswerkzeug einen entsprechend großen Stellweg zurücklegen kann. Dies erfordert aufwendige technische Lösungen.
Aus der DE 20 46 942 A ist eine Vorrichtung zur Aufnahme, Halten und Drehung eines Gegenstandes durch eine verschiebbare Andruckrolle bekannt. Diese mobile Vorrichtung wird in der Hand gehalten. Dabei ist eine zusätzliche Abstützung nicht vorgesehen.
Aus der DE 26 42 538 A1 ist ein Maschinentisch mit Kugellager zur Positionierung eines Werkstückes bekannt. Die Kugellager sind hier schachbrettartig auf dem Maschinentisch angeordnet und dienen im Wesentlichen nur zum leichten Ein- und Ausfahren eines Werkstückunterteils.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der große ringförmige Werkstücke, die sich hinsichtlich ihrer Durchmesser unterscheiden, universell zum Zwecke einer mechanischen Oberflächenbearbeitung aufgespannt werden können. Die Vorrichtung soll dabei so ausgestaltet sein, dass die zur mechanischen Bearbeitung notwendige Bearbeitungsmaschine möglichst einfach positioniert werden kann.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Aufnahme von mechanisch zu bearbeitenden ringförmigen Werkstücken nach Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Maschinenbett, welches zwei V-förmig angeordnete Kugelreihen aus jeweils mehreren Kugeln zur axialen Abstützung eines ringförmigen Werkstückes aufweist, eine Referenzkugel, die im Schnittpunkt der Achsen der beiden Kugelreihen auf dem Maschinenbett drehbeweglich angeordnet ist und eine definierte Auflagestelle für alle zu bearbeitenden Werkstücke unabhängig von deren Ringdurchmesser bildet, sowie drei Andruckrollen zur radialen Zentrierung des Werkstückes, die in äquidistanten Abständen am Umfang eines zu bearbeitenden Werkstückes anliegen. Das zu bearbeitende Werkstück liegt unabhängig von seinem Ringdurchmesser auf der im Schnittpunkt der Kugelreihenachsen angeordneten Referenzkugel sowie auf mindestens einer weiteren Kugel in jeder Kugelreihe auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Kugeln innerhalb jeder Kugelreihe durch Abstandshalter in einem definierten, gleichen Abstand zueinander so angeordnet, dass das Werkstück in jeder Kugelreihe nur auf einer Kugel aufliegt. Hierdurch ist eine statisch besonders günstige Dreipunktabstützung gegeben. Der Ring liegt in diesem Fall an der Referenzkugel sowie an zwei weiteren Kugeln, die den Kugelreihen zugeordnet sind, auf. Eine konstruktiv vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Kugelreihen jeweils ein rinnenförmiges Kugelbett aufweisen, welches durch ein Lochblech abgedeckt ist. Das Lochblech bildet dabei einen Abstandshalter, durch dessen Öffnungen jeweils ein Kugelsegment einer Kugel vorsteht. Die V-förmig angeordneten Kugelreihen schließen vorzugsweise einen Winkel von 60° ein. Bei einer V-förmigen Ausrichtung unter 60° wird eine besonders stabile Abstützung der ringförmigen Werkstücke für alle Werkstückdurchmesser gewährleistet und kann die Einhaltung der vorstehend angegebenen Kriterien besonders einfach sichergestellt werden.
Alle zu bearbeitenden Werkstücke liegen unabhängig von ihrem Ringdurchmesser stets auf der Referenzkugel auf, die insofern eine definierte Auflagestelle bildet, welche für die Zuordnung einer Bearbeitungsvorrichtung genutzt werden kann. Unabhängig von dem Ringdurchmesser des zu bearbeitenden Werkstückes kann die Oberflächenbearbeitung immer an derselben Stelle durchgeführt werden. Auch die Zentrierung des Werkstückes kann auf die für alle Werkstückgrößen festgelegte Bearbeitungsstelle abgestimmt werden. Zweckmäßig ist eine der Andruckrollen einem Umfangsabschnitt des Werkstückes zugeordnet, welcher der durch die Referenzkugel definierten Auflagestelle diametral gegenüberliegt. Dies erlaubt eine definierte und in Bezug auf die Bearbeitungsstelle optimierte Krafteinleitung der auf das Werkstück wirkenden Zentrierungskräfte. Das Werkstück kann zur mechanischen Oberflächenbearbeitung in Rotation versetzt werden. Um das Werkstück anzutreiben, ist eine der Andruckrollen rotierend antreibbar. Vorzugsweise wird diejenige Andruckrolle, die der durch die Referenzkugel definierten Auflagestelle diametral gegenüberliegt, mit einem Rotationsantrieb ausgestattet.
Die Andruckrollen sind zweckmäßig auf Schlitten angeordnet, die zur Anpassung an unterschiedliche Werkstückdurchmesser jeweils entlang einer Schlittenführung linear verstellbar sind. Die Schlittenführungen bilden dabei Verstellachsen, die zu der durch die Referenzkugel definierten Auflagestelle hin konvergieren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient primär zur Bearbeitung großer und entsprechend schwerer Werkstücke, die unter ihrem Eigengewicht sicher auf dem erfindungsgemäß ausgebildeten Maschinenbett aufliegen. Um die Auflage noch zu verbessern, können die Andruckrollen z. B. durch eine Schrägstellung ihrer Achsen eine nach unten gerichtete Andruckkraft auf das Werkstück ausüben.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Finishmaschine nach Anspruch 9 zur mechanischen Oberflächenbearbeitung von ringförmigen Werkstücken. Sie umfasst die zuvor beschriebene Vorrichtung zur Aufnahme eines ringförmigen Werkstückes sowie eine Bearbeitungsvorrichtung zur mechanischen Bearbeitung des Werkstückes, die an der durch die Referenzkugel definierten Auflagestelle auf das Werkstück wirkt. Die Bearbeitungsmaschine kann insbesondere einen in mehreren Achsen verstellbaren Roboterarm aufweisen, der ein Schleifgerät mit einer Schleifscheibe oder einem Schleifband oder eine Vorrichtung zum Honen trägt. Im Rahmen der Erfindung liegt es selbstverständlich auch, dass beliebig gestaltete dreiachsige Basismaschinen z. B. in Kombination mit einer Microfinisheinheit an der zuvor erläuterten Bearbeitungsstelle positioniert und zur Werkstückbearbeitung eingesetzt werden.
Die beschriebene Finishmaschine kann zur Bearbeitung von Innenringen und Außenringen für Großwälzlager eingesetzt werden. Insbesondere lassen sich mit der beschriebenen Finishmaschine Lagerringe für Pendelrollenlager, Zylinderrollenlager und Kegelrollenlager mechanisch bearbeiten. Dabei kann die Finishmaschine eingesetzt werden, um im Zuge einer Neufertigung ringförmiger Werkstücke hart gedrehte oder geschliffene Flächen zu finishen. Die erfindungsgemäße Finishmaschine kann insbesondere aber auch zur Überholung von Lagerringen für Großwälzlager oder sonstigen ringförmigen Werkstücken, z. B. im Zuge der Instandhaltung, verwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
1 eine Draufsicht auf eine Finishmaschine zur mechanischen Oberflächenbearbeitung von ringförmigen Werkstücken,
2 eine Seitenansicht der in 1 dargestellten Finishmaschine.
Die in den Figuren dargestellte Finishmaschine dient der mechanischen Bearbeitung von ringförmigen Werkstücken, insbesondere von Lagerringen für Großwälzlager, deren Ringdurchmesser z. B. im Bereich zwischen 0,4 m und zwei Meter oder mehr liegen kann. Die Finishmaschine weist eine Aufnahmevorrichtung 1 für die Werkstücke auf, deren Aufbau und Funktion insbesondere aus 1 deutlich wird.
Die Aufnahmevorrichtung 1 für die Werkstücke umfasst ein Maschinenbett 2, welches zwei V-förmig angeordnete Kugelreihen 3, 3' aus jeweils mehreren Kugeln zur axialen Abstützung eines ringförmigen Werkstückes 4 aufweist. Die Kugelreihen 3, 3' schließen einen Winkel von 60° ein. Im Schnittpunkt der Achsen 5, 5' der beiden Kugelreihen 3, 3' ist eine weitere Referenzkugel 6 vorgesehen. Diese ist auf dem Maschinenbett 2 drehbeweglich angeordnet und bildet eine definierte Auflagestelle für alle zu bearbeitenden Werkstücke unabhängig von deren Ringdurchmesser. Die Aufnahmevorrichtung 1 umfasst ferner drei Andruckrollen 7, 7', die in äquidistanten Abständen am Umfang des zu bearbeitenden Werkstückes 4 anliegen und der radialen Zentrierung des Werkstückes dienen.
In 1 wurde durch strichpunktierte Kreise angedeutet, dass auf der Spannvorrichtung ringförmige Werkstücke 4, 4' aufgespannt werden können, die sich hinsichtlich ihrer Ringdurchmesser signifikant unterscheiden. Unabhängig von dem Ringdurchmesser liegt das zu bearbeitende Werkstück 4, 4' stets auf der im Schnittpunkt der Kugelreihenachsen angeordneten Referenzkugel 6 sowie auf einer weiteren Kugel 8, 8' in jeder Kugelreihe auf. Dabei ergibt sich eine statisch stabile Abstützung an drei Punkten.
Die Kugelreihen 3, 3' weisen ein rinnenförmiges Kugelbett auf, welches durch ein Lochblech abgedeckt ist. Das Lochblech bildet einen Abstandshalter, durch dessen Öffnungen jeweils ein Kugelsegment einer Kugel vorsteht. Der Abstand zwischen den Kugeln ist gleich und so bestimmt, dass das Werkstück 4, 4' in jeder Kugelreihe 3, 3' auf einer Kugel definiert aufliegt.
Die Andruckrollen 7, 7' sind in äquidistanten Abständen am Umfang des zu bearbeitenden Werkstückes 4 angeordnet. Dabei ist eine der Andruckrollen 7 einem Umfangabschnitt des Werkstückes 4 zugeordnet, welcher der durch die Referenzkugel 6 definierten Auflagestelle diametral gegenüberliegt. Sie ist mit einem Rotationsantrieb 9 ausgestattet und versetzt das zu bearbeitende ringförmige Werkstück 4 während der mechanischen Bearbeitung seiner Umfangsflächen in eine Drehbewegung um seine Werkstückmittelachse.
Die Andruckrollen 7, 7' sind auf Schlitten 10, 10' angeordnet, die zur Anpassung an unterschiedliche Werkstückdurchmesser jeweils entlang einer Schlittenführung 11, 11 linear verstellbar sind. Die Schlittenführungen 11, 11' bilden Verstellachsen, die zu der durch die Referenzkugel 6 definierten Auflagestelle hin konvergieren.
Das zu bearbeitende Werkstück 4 liegt unter seinem Eigengewicht auf dem beschriebenen Maschinenbett 2 auf. Zusätzlich können die Andruckrollen 7, 7' z. B. durch eine entsprechende Schrägstellung ihrer Achsen eine nach unten gerichtete Andruckkraft auf das Werkstück 4 ausüben.
Der beschriebenen Aufnahmevorrichtung 1 ist eine Bearbeitungsvorrichtung 12 zur mechanischen Bearbeitung des Werkstückes 4 zugeordnet. Dabei wird ausgenutzt, dass zur Bearbeitung großer und kleiner Werkstücke immer dieselbe Bearbeitungsstelle genutzt werden kann. Die Bearbeitungsvorrichtung wirkt an der durch die Referenzkugel 6 definierten Auflagestelle auf das Werkstück 4 ein. Die Bearbeitungsmaschine weist zweckmäßig einen in mehreren Achsen verstellbaren Roboterarm 13 auf, der ein Schleifgerät 14 mit einer Schleifscheibe oder einem Schleifband oder auch eine Vorrichtung zum Honen trägt. Es versteht sich, dass die Bearbeitungswerkzeuge ausgewechselt werden können.

Claims

Vorrichtung zur Aufnahme von mechanisch zu bearbeitenden ringförmigen Werkstücken, insbesondere Lagerringen für Großwälzlager, mit einem Maschinenbett (2), welches zwei V-förmig angeordnete Kugelreihen (3, 3') aus jeweils mehreren Kugeln zur axialen Abstützung eines ringförmigen Werkstückes (4) aufweist, einer Referenzkugel (6), die im Schnittpunkt der Achsen (5, 5') der beiden Kugelreihen (3, 3') auf dem Maschinenbett (2) drehbeweglich angeordnet ist und eine definierte Auflagestelle für alle zu bearbeitenden Werkstücke (4, 4') unabhängig von deren Ringdurchmesser bildet, und drei Andruckrollen (7, 7'), die in äquidistanten Abständen am Umfang des zu bearbeitenden Werkstückes (4) anliegen, zur radialen Zentrierung des Werkstückes (4).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln innerhalb jeder Kugelreihe (3, 3') durch Abstandshalter in einem definierten, gleichen Abstand zueinander so angeordnet sind, dass das Werkstück (4) in jeder Kugelreihe auf einer Kugel (8, 8') aufliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelreihen (3, 3') ein rinnenförmiges Kugelbett aufweisen, welches durch ein Lochblech abgedeckt ist, wobei das Lochblech einen Abstandshalter bildet, durch dessen Öffnungen jeweils ein Kugelsegment einer Kugel (8, 8') vorsteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die V-förmig angeordneten Kugelreihen (3, 3') einen Winkel von 60 Grad einschließen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Andruckrollen (7') einem Umfangsabschnitt des Werkstückes (4) zugeordnet ist, welcher der durch die Referenzkugel (6) definierten Auflagestelle diametral gegenüberliegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckrolle (7'), die der durch die Referenzkugel (6) definierten Auflagestelle diametral gegenüberliegt, mit einem Rotationsantrieb (9) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckrollen (7, 7') auf Schlitten (10, 10') angeordnet sind, die zur Anpassung an unterschiedliche Werkstückdurchmesser (4, 4') jeweils entlang einer Schlittenführung (11, 11') linear verstellbar sind, wobei die Schlittenführungen (11, 11') Verstellachsen bilden, die zu der durch die Referenzkugel (6) definierten Auflagestelle hin konvergieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckrollen (7, 7') eine nach unten gerichtete Andruckkraft auf das Werkstück (4) ausüben.
Finishmaschine zur mechanischen Oberflächenbearbeitung von ringförmigen Werkstücken, insbesondere Lagerringen für Großwälzlager, mit einer Vorrichtung (1) zur Aufnahme eines ringförmigen Werkstückes (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ein Maschinenbett (2) mit zwei V-förmig angeordneten Kugelreihen (3, 3') aus jeweils mehreren Kugeln und eine im Schnittpunkt der Achsen (5, 5') der beiden Kugelreihen (3, 3') drehbeweglich auf dem Maschinenbett (2) angeordnete Referenzkugel (6) aufweist, und einer Bearbeitungsvorrichtung (12) zur mechanischen Bearbeitung des Werkstückes (4), wobei die Bearbeitungsvorrichtung (12) an einer durch die Referenzkugel (6) definierten Auflagestelle auf das Werkstück (4) wirkt.
Finishmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsmaschine (12) einen in mehreren Achsen verstellbaren Roboterarm (13) aufweist, der ein Schleifgerät (14) mit einer Schleifscheibe oder einem Schleifband oder eine Vorrichtung zum Honen trägt.