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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schleifwerkzeug zum Nachschleifen eines Gewindes.
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Bekannt ist es, nach dem Schleifen beispielsweise eines Kugelgewindes für eine Zahnstange die Gewindeoberfläche in einem Nachbehandlungsprozess einer Veredelung zu unterziehen. Hierbei sollen Abweichungen von der idealen Rundheit im Gewinde, welche beim Schleifen des Gewindes auftreten und zu Welligkeiten führen, reduziert werden. Derartige Welligkeiten können beispielsweise bei Zahnstangen in Lenkungen zu unerwünschten Geräuschen führen.
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Bei der Nachbehandlung kann außerdem die Oberflächenrauheit im Gewinde reduziert werden. Eine raue Oberfläche kann ebenfalls zu einem unerwünschten Geräusch bei Zahnstangenlenkungen führen. Außerdem ist bei einer erhöhten Rauheit der Traganteil an der Oberfläche reduziert, so dass bei den üblichen Betriebsbelastungen höhere Setzerscheinungen auftreten und entsprechend der Verschleiß erhöht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schleifwerkzeug zum Nachschleifen eines Gewindes anzugeben, das konstruktiv einfach aufgebaut ist und mit dem ein Gewinde effektiv nachbearbeitet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schleifwerkzeug zum Nachbearbeiten und Nachschleifen eines Gewindes, beispielsweise eines Kugelgewindes, das in ein Bauteil wie zum Beispiel eine Zahnstange in einem Lenksystem eingebracht ist. Das bereits erzeugte Gewinde wird mithilfe des Schleifwerkzeugs zur Veredelung der Oberfläche einer Nachbearbeitung unterzogen. Bei der Nachbehandlung wird die Oberfläche poliert, wobei gegebenenfalls auch ein Materialabtrag zur Verringerung der Rauheit und zur Reduzierung von Oberflächenwelligkeit stattfinden kann. Insgesamt wird mithilfe des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs die Oberflächengüte im Gewinde sowohl im Hinblick auf die Rauheit als auch im Hinblick auf die Welligkeit verbessert.
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Das Schleifwerkzeug weist eine Schleifleine auf, deren Mantelfläche mit Schleifkörpern versehen ist. Das Material der Schleifleine ist zumindest in Radialrichtung elastisch ausgebildet und kann somit radial verformt werden, so dass sich der Durchmesser der Schleifleine gegenüber dem unbelasteten Ausgangszustand ändern kann. Dies ermöglicht es, eine Schleifleine in ein Gewinde mit kleinerem Durchmesser des Gewindegangs einzusetzen als der Durchmesser der Schleifleine im unbelasteten Ausgangszustand. Das Material der Schleifleine wird hierdurch beim Einführen in das Gewinde radial zusammengedrückt, so dass die Schleifleine eine Radialkraft auf die Oberfläche des Gewindes ausübt und außerdem die Oberfläche des Gewindes vollständig von der Schleifleine bedeckt ist. Dies garantiert bei einer Relativbewegung zwischen der Schleifleine und dem Gewinde eine gleichmäßige Oberflächenbearbeitung des Gewindes mit einer Reduzierung sowohl der Rauheit als auch der Welligkeit.
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Vorteilhaft ist des Weiteren, dass die Bearbeitung in einfacher Weise durchgeführt werden kann. Die Schleifleine muss lediglich in den Gewindegang eingeführt werden, wobei auf einen ausreichenden Anpressdruck der Schleifleinenoberfläche auf die Kontur des Gewindes zu achten ist. Der Anpressdruck wird insbesondere über die Zugkraft in der Schleifleine sowie den Umschlingungswinkel bestimmt, unter dem die Schleifleine um das Gewinde gelegt wird; der Umschlingungswinkel entspricht dem Winkel zwischen den beiden Schleifleinenabschnitten diesseits und jenseits des Gewindes während der Schleifbearbeitung. Zum Nachschleifen wird entweder die Schleifleine entlang ihrer Längsachse gezogen, wodurch die Relativbewegung zwischen Schleifleine und Gewinde erzeugt wird. Durch eine hin und her gehende Bewegung der Schleifleine in Achsrichtung kann ein Abschnitt des Gewindes wiederholt bearbeitet werden. Möglich ist auch ein statisches Anpressen der Schleifleine und ein Drehen des Gewindes oder eine Kombination von Ziehen der Schleifleine entlang ihrer Längsachse und Drehen des Gewindes.
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Um das Gewinde vollständig einer Nachbearbeitung zu unterziehen, kann die Schleifleine in einer geeigneten Werkzeugeinrichtung bezogen auf die Längsachse des zu bearbeitenden Gewindes axial ortsfest gehalten werden, zugleich kann das Gewinde gedreht und das Werkstück, in welches das Gewinde eingebracht ist, mit axialem Vorschub gegenüber der Schleifleine bewegt werden. Umgekehrt ist es auch möglich, die Schleifleine mit einem axialen Vorschub bezogen auf die Längsachse des Gewindes bzw. des Werkstückes, in das das Gewinde eingebracht ist, zu verstellen. In diesem Fall muss nur das Werkstück mit dem Gewinde gedreht werden, nicht jedoch axial verschoben werden.
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Die Schleifleine kann als offene Leine ausgeführt sein, deren beide Enden in einer Werkzeugeinrichtung gehalten sind, um die erforderliche Zugkraft aufzubringen und die Schleifleine zu halten und zu führen. In einer alternativen Ausführung ist die Schleifleine als Endlosleine in einem geschlossenen Kreis ausgeführt und um zwei Rollen gelegt, von denen eine Rolle als Antriebsrolle und die zweite Rolle als Führungsrolle ausgeführt sein kann. Die Endlosleine wird seitlich gegen das zu bearbeitende Gewinde gedrückt. Die Ausführung als Endlosleine hat den Vorteil, dass über die Antriebsrolle die Relativgeschwindigkeit zum Gewinde in einem weiten Bereich variiert werden kann.
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Bei der Oberflächenbearbeitung spielen verschiedene Einflussgrößen eine Rolle, unter anderem die radial gerichtete Anpresskraft, mit der die Schleifleine gegen das Gewinde gedrückt wird, der Umschlingungswinkel, die Geschwindigkeit, mit der die Schleifleine durch das Gewinde gezogen wird, der Durchmesser der Schleifleine im unbelasteten Ausgangszustand bezogen auf den Durchmesser des Gewindegangs, die Elastizität des Materials der Schleifleine in Radialrichtung sowie die verwendeten Schleifpartikel in der Schleifleine. Aufgrund der konstruktiv einfachen Ausführung der Schleifleine lassen sich diese Parameter jedoch verhältnismäßig einfach bestimmen bzw. einstellen oder gegebenenfalls modifizieren.
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Die Schleifleine kann ggf. auch in Längsrichtung elastisch verformbar sein. Bei einer massiven Ausführung der Schleifleine ausschließlich aus elastischem Material ist sowohl eine Längs- als auch eine Radialelastizität gegeben. Das Material der Schleifleine weist hierbei eine ausreichend hohe Festigkeit auf, um insbesondere die Zugkräfte in der Schleifleine sowie die radial hierzu gerichteten Anpresskräfte aufnehmen zu können, die während der Nachbehandlung des Gewindes auftreten.
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Als Alternative zu einer massiven Ausführung kann die Schleifleine auch eine innen liegende Zugschnur aufweisen, welche von elastischem Material ummantelt ist. Die innen liegende Zugschnur ist in der Lage, hohe Zugkräfte aufzunehmen und weist vorteilhafterweise keine oder nur eine geringe Längselastizität auf. Das elastische Material, welches die Zugschnur umschließt, besitzt die erforderliche Elastizität in Radialrichtung. Das Durchmesserverhältnis von innen liegender Zugschnur zu dem Gesamtdurchmesser ist hierbei so bemessen, dass aus dem unverformten Ausgangszustand die Ummantelung mit dem elastischen Material in ausreichender Weise radial zusammengedrückt werden kann. Es kann zweckmäßig sein, dass die innen liegende Zugschnur maximal 25 % oder 50 % des Gesamtdurchmessers der Schleifleine im unbelasteten Ausgangszustand aufweist.
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Als elastisches Material für die Schleifleine kommt beispielsweise Kautschuk oder Polyurethan in Betracht.
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Die Schleifbearbeitung wird mittels der Schleifkörper durchgeführt, welche in der Mantelfläche der Schleifleine enthalten sind. Die Schleifkörper bestehen beispielsweise aus Aluminiumoxid, Siliziumkarbid oder Industriediamant. Die Schleifkörper können entweder ausschließlich auf die Ober- bzw. Mantelfläche der Schleifleine aufgebracht sein, so dass das elastische Material der Schleifleine selbst keine Schleifkörper enthält, sondern die Schleifkörper vielmehr nur die Oberfläche der Schleifleine bedecken. Dies stellt eine kostengünstige Ausführung dar.
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Alternativ ist es auch möglich, die Schleifkörper in das elastische Material der Schleifleine einzubringen, was den Vorteil aufweist, dass die Schleifleine auch im Falle eines Verschleißes ihre Schleifeigenschaften beibehält.
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Des Weiteren ist es zweckmäßig, dass die Schleifleine im unverformten Zustand einen konstanten Durchmesser aufweist. Der konstante Durchmesser erstreckt sich axial, also entlang der Längsachse der Schleifleine, über einen definierten Arbeitsbereich, welcher gegebenenfalls von Stirnseite zu Stirnseite der Schleifleine reichen kann.
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In einer alternativen Ausführung weist die Schleifleine mindestens zwei Bearbeitungsabschnitte mit unterschiedlich großem Durchmesser auf. Dies ermöglicht es, unterschiedlich große Gewinde mit einer einzigen Schleifleine zu bearbeiten. Darüber hinaus ist es auch möglich, das gleiche Gewinde zeitlich versetzt mit den unterschiedlich großen Durchmessern der Schleifleine zu bearbeiten, um beispielsweise zunächst in einem ersten Arbeitsschritt größere Rauheiten und Welligkeiten zu beseitigen und in einem darauf folgenden zweiten Arbeitsschritt mit dem kleineren Durchmesser, welcher einen kleineren Anpressdruck zwischen Schleifleine und Gewindegang bewirkt, die Feinbearbeitung des Gewindes durchzuführen.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in Seitenansicht eine Zahnstange mit Kugelgewinde, das mithilfe einer Schleifleine einer Nachbearbeitung unterzogen wird,
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2 die Zahnstange im Schnitt quer zu ihrer Längsachse, wobei die Schleifleine die Zahnstange teilweise umschlingt,
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3 einen Schnitt durch die Schleifleine und einen Gewindegang der Zahnstange.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 3 zeigen ein Schleifwerkzeug 1, das als Schleifleine ausgeführt ist und zur Nachbearbeitung des Gewindes 3 in einer Zahnstange 2 eingesetzt wird. Die Schleifleine 1 besteht aus einem elastisch verformbaren Material wie zum Beispiel Polyurethan oder Kautschuk und ist auf ihrer Ober- bzw. Mantelfläche mit Schleifkörpern versehen. Diese befinden sich vorteilhafterweise ausschließlich auf der Oberfläche der Schleifleine 1, wohingegen das Material der Schleifleine frei von Schleifkörpern ist. Als Schleifkörper bzw. -partikel kommen beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumkarbid oder Industriediamanten in Betracht.
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Die Schleifleine 1 ist nicht in sich steif, sondern quer zu ihrer Längsrichtung biegbar bzw. verformbar ausgeführt, so dass die Schleifleine ohne Weiteres an die gekrümmte Kontur des Gewindes angelegt werden und das Gewinde über einen Teil seines Umfanges umschlingen kann. Außerdem ist das Material der Schleifleine 1 in Radialrichtung elastisch verformbar. Gegebenenfalls kommt auch eine elastische Verformbarkeit in Längsrichtung der Schleifleine 1 in Betracht.
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Es sind sowohl Ausführungen der Schleifleine möglich, bei denen eine innen liegende Zugschnur von elastischem Material ummantelt ist, als auch Ausführungen mit einem elastischen Vollmaterial ohne innen liegende Zugschnur. Die Zugschnur hat jedoch den Vorteil, dass verhältnismäßig hohe Zugkräfte FZ auf die Schleifleine aufgebracht werden können.
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Zusätzlich zur Materialelastizität radial zur Längsachse der Schleifleine 1 und gegebenenfalls zur Längselastizität ist die Schleifleine auch biegbar ausgebildet, was ein Umschlingen des Gewindes 3 der Zahnstange 2, so wie dies in 2 dargestellt ist, mit einem Umschlingungswinkel α ermöglicht. Der Umschlingungswinkel α ist in 2 als der Winkel bezogen auf die Längsachse der Zahnstange 2 dargestellt, welcher zwischen den Normalen der beiden winklig zueinander stehenden Abschnitte der Schleifleine besteht. Der Umschlingungswinkel α kann auch definiert werden als der Winkel zwischen den beiden geradlinigen Abschnitten der Schleifleine 1 diesseits und jenseits des Gewindes 3.
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Wie 3 zu entnehmen, ist der Durchmesser der Schleifleine 1 im unverformten Zustand größer gewählt als der Durchmesser des zu bearbeitenden Gewindegangs im Gewinde 3. Die Schleifleine 1 muss somit in das Gewinde 3 eingepresst werden, wobei aufgrund der radialen Materialelastizität, wie in 3 dargestellt, ein Druck pA zwischen der Mantelfläche und den umgreifenden Wandflächen des Gewindes 3 entsteht, wobei die Druckvektoren pA radial zum Mittelpunkt der Schleifleine 1 gerichtet sind. Der größere Ausgangsdurchmesser der Schleifleine in Bezug auf den Durchmesser des Gewindes stellt sicher, dass jeder Gewindegang bei der Bearbeitung mit der Schleifleine 1 vollständig von dem Material der Schleifleine ausgefüllt ist und zudem ein hinreichend großer Druck von der Schleifleine auf die Wandungen des Gewindes ausgeübt wird.
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Zum Nachschleifen des Gewindes 3 wird zunächst die Schleifleine 1 wie in den Figuren dargestellt in einen Gewindegang des Gewindes 3 eingelegt und mit dem Winkel α um das Gewinde geschlungen. Die Enden der Schleifleine 1 werden jeweils mit einer Zugkraft FZ beaufschlagt, wodurch eine Anpresskraft FA quer zur Längsachse der Zahnstange 2 von der Schleifleine 1 auf das Gewinde 3 ausgeübt wird.
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Anschließend wird die Zahnstange 2 in Drehung versetzt, wobei zugleich die Schleifleine 1 über einen Maschinenvorschub axial – bezogen auf die Längsachse der Zahnstange 2 – vorwärtsbewegt wird; der Maschinenvorschub hängt hierbei vom Gewindegang des Gewindes 3 ab. Möglich ist es aber auch, dass die Schleifleine 1 ortsfest gehalten wird und der axiale Vorschub von der Zahnstange 2 durchgeführt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführung unterliegt die Schleifleine 1 einer oszillierenden Bewegung entlang ihrer Längsachse, so dass die Schleifleine 1 in Bezug auf die Zahnstange 2 und das Gewinde 3 eine hin und her gehende Bewegung in Richtung des Vektors der Zugkraft FZ ausführt. Hierdurch kann die Schleifwirkung erhöht werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die Schleifleine nicht hin und her bewegt, sondern ist fest in eine Maschine eingespannt, wobei der Schleifeffekt durch die Drehung des Gewindes und das Anliegen der Schleifleine im Gewinde zustande kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schleifleine
- 2
- Zahnstange
- 3
- Gewinde
