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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung rotationssymmetrischer Bauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2007 023 894 A1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung dient zum Rundschleifen wenigstens eines Abschnittes eines zylindrischen Bauteils und weist zwei Schleifscheiben auf, deren Drehachsen in Bezug zur Drehachse des Bauteils, um die dieses während der Bearbeitung gedreht wird, um 180° versetzt, d.h. gegenüberliegend zum Bauteil, angeordnet sind. Die Schleifscheiben dienen dem Rundschleifen des Bauteils, wozu die Schleifscheiben darüber hinaus auf Schleifspindelstöcken angeordnet sind, die mittels einer entsprechenden Kinematik verstellbar angeordnet sind, um es beispielsweise zu ermöglichen, dass das zu bearbeitende Bauteil auf einen einzustellenden Durchmesser bearbeitet werden kann. Das Vorsehen derartiger beweglicher Schlitten bzw. Schleifspindelstöcke für die Schleifscheiben ist erforderlich, da die Schleifscheiben nur mit einer bestimmten Andrückkraft gegen das Bauteil gedrückt werden dürfen, um zu gewährleisten, dass es nicht zu einem Blockieren zwischen den Schleifscheiben und dem Bauteil kommt und die Antriebe des Bauteils und der Schleifscheiben überlastet werden. Weiterhin wird durch de Vorschub bzw. die Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheiben in Richtung des Bauteils die Oberflächenqualität an der Oberfläche des Bauteils beeinflusst sowie ggf. auftretender Verschleiß bzw. Abrieb an den Schleifscheiben egalisiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung rotationssymmetrischer Bauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Kinematik zur Erzeugung der Bewegung der Schleifscheiben bzw. Bearbeitungswerkzeuge in Richtung des zu bearbeitenden Bauteils sehr einfach ausgebildet sein kann. Dadurch ist der vorrichtungstechnische Aufwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass die wenigstens zwei Bearbeitungswerkzeuge als elastische Bearbeitungswerkzeuge ausgebildet sind, derart, dass eine Bearbeitungsoberfläche des Bearbeitungswerkzeugs in Richtung seiner Drehachse elastisch nachgebbar ausgebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung der Vorrichtung bzw. des Bearbeitungswerkzeugs ermöglicht es insbesondere, auf Einrichtungen, die das Bearbeitungswerkzeug in Richtung der Drehachse des zu bearbeitenden Bauteils motorisch verstellen, verzichten zu können, oder aber die entsprechenden Einrichtungen konstruktiv sehr einfach ausgestalten zu können, insbesondere durch eine Kraftbeaufschlagung der Bearbeitungswerkzeuge in Richtung der zu bearbeitenden Oberfläche des Bauteils. Insbesondere wird durch die elastische Ausbildung der Bearbeitungswerkzeuge auch eine Überlastung der Antriebe verhindert.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung rotationssymmetrischer Bauteile sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Vorzugsweise weist jedes Bearbeitungswerkzeug einen separaten Antrieb auf. Dadurch wird ein kompakt bauender Antrieb und eine gute Zugänglichkeit zu dem Bauteil ermöglicht.
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Um insbesondere bei Bauteilen, deren axiale Länge größer ist als die Breite der Bearbeitungswerkzeuge eine Bearbeitung des Bauteils entlang der Längsrichtung des Bauteils zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass die beiden Bearbeitungswerkzeuge und/oder das wenigstens eine Bauteil in Richtung der Drehachse des Bauteils relativ zueinander beweglich angeordnet sind.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere bei in axialer Richtung relativ kurzen Bauteilen sieht vor, dass ein Trägerelement zum Anordnen mehrerer, in Richtung der Drehachse der Bauteile hintereinander angeordneter, vorzugsweise identisch ausgebildeter Bauteile vorgesehen ist. Ein derartiges Trägerelement kann beispielsweise in Form einer Achse bzw. Welle bestehen, auf der die Bauteile, die eine konzentrisch zur Drehachse ausgebildete Durchgangsbohrung aufweisen, hintereinander aufgefädelt sind und drehfest mit der Achse bzw. mit der Welle verbunden sind. Es lassen sich somit mit einem einzigen Aufspannvorgang mehrere Bauteile mittels der Bearbeitungswerkzeuge an dem Trägerelement bearbeiten.
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Eine weitere konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass jeweils zwei Bearbeitungswerkzeuge um 180° in Bezug zur Drehachse des Bauteils versetzt und vorzugsweise in Richtung der Drehachse des Bauteils an der selben Position angeordnet sind. Eine derartige Positionierung der Bearbeitungswerkzeuge hat insbesondere den Vorteil, dass sich die von den Bearbeitungswerkzeugen auf das Bauteil wirkenden Kräfte egalisieren, sodass insbesondere keine Biegespannung in dem Bauteil erzeugt wird, die sich auch auf das Maschinengestell und den Antrieb des Bauteils bei der Bearbeitung überträgt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Art und Weise, mit der die erforderlichen Andrückkräfte für das Bearbeitungswerkzeug auf das Bauteil erzeugt werden. Hier sieht es eine erste mögliche Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Andrückkraft durch eine separate Einrichtung an jedem Bearbeitungswerkzeug erzeugbar ist. Eine derartige Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass jedem Bearbeitungswerkzeug unterschiedliche Andrückkräfte zugeordnet werden können, sodass eine optimierte Anpassung an jedes der Bearbeitungswerkzeuge möglich ist.
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Alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die Andrückkraft der Bearbeitungswerkzeuge durch eine gemeinsame Einrichtung für die Bearbeitungswerkzeuge erzeugbar ist. Eine derartige Ausgestaltung kann insofern vorteilhaft sein, als dass der vorrichtungstechnische Aufwand zur Erzeugung der Andrückkräfte ggf. reduziert ist und/oder dass sichergestellt ist, dass die von den beiden Bearbeitungswerkzeugen auf das Bauteil übertragenden Andrückkräfte gleich groß sind.
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Unabhängig von der Art und Weise, mit der die Andrückkräfte für die Bearbeitungswerkzeuge erzeugt werden, kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Bearbeitungswerkzeuge in einer senkrecht zu der Drehachse des Bauteils und zu den Drehachsen der Bearbeitungswerkzeuge angeordneten Richtung linearbeweglich angeordnet sind. Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Bearbeitungswerkzeuge um eine parallel zur Drehachse des Bauteils verlaufenden Schwenkachse beweglich angeordnet sind.
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Bevorzugt ist es weiterhin vorgesehen, dass die beiden Bearbeitungswerkzeuge identisch ausgebildet sind. Dadurch findet eine homogene Bearbeitung des Bauteils an seiner Oberfläche statt.
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Bei den Bearbeitungswerkzeugen kann es sich insbesondere um Werkzeuge handeln, die zum Schleifen oder Polieren bzw. Finishen von metallischen Bauteilen ausgebildet sind. Hierzu bestehen die Bearbeitungsflächen der Bearbeitungswerkzeuge beispielsweise aus textilen Materialien (z.B. Stoff, Flies, Filz oder ähnlichem) oder aber das Bearbeitungswerkzeug besteht aus bürstenartigen Materialien (z.B. Kordeln, Kunststofffasern oder ähnlichem) oder aus einem synthetischen Material (z.B. einem Polymerschaum). Die zuletzt genannten Ausbildungen finden insbesondere beim Polieren bzw. Finishen der Außenkontur der Bauteile Verwendung. Zur Erzielung eines Materialabtrags an dem Bauteil kommen handelsübliche Abrasivmedien (z.B. Korund, Siliziumkarbid, Diamant oder ähnliches) in sehr kleiner Partikelgröße (kleiner 0,1 mm) zur Anwendung. Die Abrasivpartikel haften an der Werkzeugoberfläche an, oder aber ein Gewebe des Bearbeitungswerkzeugs ist mit den Abrasivpartikeln durchsetzt, oder aber das Abrasivmedium wird während des Bearbeitungsvorgangs durch eine separate Zuführeinrichtung in den Arbeitsspalt zwischen den zu bearbeitenden Bauteil und dem Bearbeitungswerkzeug gezielt eingebracht. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, dass prozessbedingt zudem ein Schmiermedium (z.B. Öl, Fett) benötigt wird, welches entweder zusammen mit dem Abrasivmedium von außen zugeführt oder, im Falle eines am Bearbeitungswerkzeug gebundenen Abrasivmittels, separat zugeführt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 ein Maschinengestell zur Anordnung eines zu bearbeitenden Bauteils in einer vereinfachten Seitenansicht,
- 2 ein gegenüber 1 modifiziertes Maschinengestell zur Anordnung mehrerer, in Längsrichtung hintereinander angeordneter Bauteile, ebenfalls in einer vereinfachten Seitenansicht,
- 3 und 4 vereinfachte Darstellungen von modifizierten Maschinengestellen zur Bearbeitung eines bzw. mehrerer Bauteile mit Rollensystemen in jeweils vereinfachter Seitenansicht,
- 5 eine Frontansicht auf die Anordnung gemäß 1,
- 6 bis 8 jeweils unterschiedliche Anordnungen zwischen einem zu bearbeitenden Bauteil und einem Bearbeitungswerkzeug in vereinfachter Seitenansicht und
- 9 bis 12 jeweils in vereinfachten Darstellungen unterschiedliche Anordnungen von zwei Bearbeitungswerkzeugen zum Bearbeiten eines Bauteils.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein Teil einer Vorrichtung 10 zum Bearbeiten eines rotationssymmetrischen Bauteils 1 mittels in der 1 nicht dargestellter Bearbeitungswerkzeuge 50 gezeigt. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich beispielhaft, und nicht einschränkend, um ein zylindrisches Bauteil mit einem konstanten Durchmesser d über dessen gesamte axiale Erstreckung bzw. Länge. Das Bauteil 1 besteht vorzugsweise, jedoch nicht einschränkend aus Metall. Unter einem Bearbeiten des Bauteils 1 wird insbesondere eine Oberflächenbearbeitung des Bauteils 1 zur Beeinflussung dessen Rauheit bzw. Oberflächenqualität sowie zum Herstellen einer gewünschten Geometrie, insbesondere eines gewünschten Solldurchmessers dsoll verstanden, insbesondere ein Polier- bzw. Finish- oder Schleifverfahren. Hierzu dienen in den 6 bis 12 dargestellte Bearbeitungswerkzeuge 50, die im Bereich der Vorrichtung 10 angeordnet sind.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ein Maschinengestell 12 mit einem im Einzelnen nicht dargestellten Antrieb 15, der auf eine Werkzeugspindel o.ä. wirkt, mit der das Bauteil 1 an seinem einen stirnseitigen Ende eingespannt ist. Am anderen stirnseitigen Ende des Bauteils 1 stützt sich diese axial gegen eine Zentrierspitze 14 ab. Durch den Antrieb 15 ist das Bauteil 1 um seine Längsachse 2 entsprechend des Pfeils 16 drehbar, vorzugsweise mit einer konstanten Drehwinkelgeschwindigkeit während der Bearbeitung. Weiterhin ist das Maschinengestell 12 in Richtung des Doppelpfeils 18 parallel zur Längsachse 2 des Bauteils 1 mittels eines nicht dargestellten Antriebs verstellbar bzw. beweglich angeordnet, um insbesondere bei ortsfest angeordneten Bearbeitungswerkzeugen 50 eine Relativbewegung zwischen dem Bauteil 1 und den Bearbeitungswerkzeugen 50 zu erzielen.
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Die in der 2 dargestellte Vorrichtung 10a unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 gemäß der 1 dadurch, dass mit der Antrieb 15 zum Drehen eines Trägerelements 20 im Bereich des Maschinengestells 12 in Form beispielsweise einer zylindrischen Stange verbunden ist, die sich ebenfalls an der Zentrierspitze 14 abstützt. Das Trägerelement 20 dient dazu, beispielhaft sechs Bauteile 1a, die jeweils identisch ausgebildet sind und eine geringere axiale Länge aufweisen als das Bauteil 1, in Richtung der gemeinsamen Längsachse 2 hintereinander drehfest am Trägerelement 20 aufzunehmen, um somit während eines einzigen Aufspannvorgangs mehrere Bauteile 1a bearbeiten zu können.
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In den 3 und 4 sind jeweils Anordnungen gezeigt, die jeweils ein Rollensystem 22 zum Drehen eines Bauteils 1 bzw. mehrerer Bauteile 1a um die Längsachse 2 der Bauteile 1, 1a aufweist. Das Rollensystem 22 weist, wie insbesondere aus einer Zusammenschau der 3 bis 5 erkennbar ist, jeweils mehrere Paare von Stützrollen 23, 24 auf, auf deren Außenumfang sich das Bauteil 1 bzw. die Bauteile 1a abstützen können. Die Stützrollen 23, 24 sind jeweils um ihre jeweilige Drehachse 25, 26 mittels eines nicht dargestellten Antriebs drehbar, wobei zwischen den Drehachsen 25, 26 ein schräger Winkel α (5) ausgebildet ist. Dadurch wird zum einen die Drehbarkeit des bzw. der Bauteile 1, 1a, um deren Längsachse 2 ermöglicht, zum andern eine Linearbewegung der Bauteile 1, 1a entsprechend des Pfeils 28.
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In der 6 ist ein scheibenförmiges bzw. zylindrisches Bearbeitungswerkzeug 50 dargestellt, das mittels eines Antriebs 52 um seine Drehachse 54 drehbar ist. Das Bearbeitungswerkzeug 50 weist eine Bearbeitungsoberfläche 56 auf, die zum Finishen bzw. Polieren oder Schleifen des Bauteils 1, 1a ausgebildet ist. Wesentlich dabei ist, dass das Bearbeitungswerkzeug 50 elastisch ausgebildet ist, derart, dass die Bearbeitungsoberfläche 56 in Richtung der Drehachse 54 radial deformierbar ist.
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In der Darstellung der 6 verläuft die Drehachse 54 senkrecht zur Längsachse 2 des Bauteils 1. Demgegenüber ist in der 7 der Fall dargestellt, dass zwischen der Drehachse 54 des Bearbeitungswerkzeugs 50 und der Längsachse 2 des Bauteils 1 ein schräger Winkel β ausgebildet ist. Zuletzt ist in der 8 der Fall dargestellt, bei dem die Drehachse 54 parallel zur Längsachse 2 des Bauteils 1 verläuft.
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In den 6 bis 8 ist das Bearbeitungswerkzeug 50 beispielhaft jeweils ortsfest angeordnet, während das Bauteil 1 in Richtung seiner Längsachse 2 in Richtung des Doppelpfeils 57 bewegbar ist.
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In der 9 ist erkennbar, dass die Bearbeitung eines Bauteils 1 mittels wenigstens zweier, vorzugsweise identisch ausgebildeter Bearbeitungswerkzeuge 50 erfolgt. Die Bearbeitungswerkzeuge 50 bzw. deren Bearbeitungsoberflächen 56 sind in Bezug zur Längsachse 2 des Bauteils 1 auf gegenüberliegenden Seiten bzw. in unterschiedlichen Winkelpositionen, insbesondere um 180° zueinander versetzt angeordnet. Weiterhin sind die beiden Bearbeitungswerkzeuge 50 bzw. deren Bearbeitungsoberflächen 56 in Bezug zur Längserstreckung des Bauteils 1, d.h. in einer senkrecht zur Zeichenebene der 9 verlaufenden Richtung, an der selben axialen Position des Bauteils 1 angeordnet.
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Die beiden Bearbeitungswerkzeuge 50 sind in einem von der jeweiligen Bearbeitungsoberfläche 56 beabstandeten Bereich in einer Schwenkachse 58 gelagert. Jeweils ein Antrieb 60 dient dazu, das jeweilige Bearbeitungswerkzeug 50 bzw. die Werkzeugoberfläche 56 in Anlagekontakt mit der Oberfläche des Bauteils 1 zu bringen. Dadurch wird von der jeweiligen Werkzeugoberfläche 56 eine Andrückkraft F in Richtung auf das Bauteil 1 erzeugt.
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Während in der 9 der Fall dargestellt ist, dass die beiden Bearbeitungswerkzeuge 50 jeweils einen separaten Antrieb 60 zur Erzeugung der Andrückkraft F aufweisen, ist in der 10 der Fall dargestellt, dass die beiden Bearbeitungswerkzeuge 50 mittels beispielhaft eines Spannseils 62 o.ä. miteinander gekoppelt sind. Das (gemeinsame) Spannseil 62 ist mittels eines nicht dargestellten Elements in Richtung des Pfeils 65 kraftbeaufschlagt, sodass ein gemeinsamer Antrieb 66 gebildet ist, der dazu dient, die Andrückkräfte F für die beiden Bearbeitungswerkzeuge 50 zu erzeugen.
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In der 11 ist der Fall dargestellt, dass die beiden Bearbeitungswerkzeuge 50 jeweils auf einem separaten Maschinengestell 64 angeordnet sind, das mittels eines jeweils separaten Antriebs 67 in Richtung des Doppelpfeils 68 gegen das Bauteil 1 bewegbar ist, um die jeweilige Andrückkraft F auf das Bauteil 1 zu erzeugen.
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Zuletzt ist in der 12 der Fall dargestellt, bei dem analog zur Ausführungsform der 10 ein gemeinsamer Antrieb 70 vorgesehen ist, der über ein Spannseil 64 mit den beiden Maschinengestellen 64 der beiden Bearbeitungswerkzeuge 50 gekoppelt ist, um die Andrückkräfte F auf das Bauteil 1 zu erzeugen.
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Die soweit beschriebene Vorrichtung 10, 10a bzw. deren Bearbeitungswerkzeuge 50 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007023894 A1 [0002]
