DE102019129180A1

DE102019129180A1 - Maschine zur Bearbeitung der beiden Endbereiche einer rohrförmigen Rotorwelle

Info

Publication number: DE102019129180A1
Application number: DE102019129180.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Malkemper; Heiko Ohlscher
Original assignee: WF Maschinenbau und Blechformtecknik GmbH and Co KG
Current assignee: WF Maschinenbau und Blechformtecknik GmbH and Co KG
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-04-29

Abstract

Eine Maschine zur Bearbeitung der beiden Endbereiche (11) einer rohrförmigen Rotorwelle (10), ausgebildet durch folgende Merkmale:- auf einem horizontal ausgerichteten Maschinenbett (1) ist eine rotierend antreibbare Spanneinrichtung (2) angeordnet,- beidseitig der Spanneinrichtung (2) ist jeweils mindestens ein Kreuz-Support (3) am Maschinenbett (1) gehalten,- der Kreuz-Support (3) weist einen in Richtung der Rotationsachse (X) der Spanneinrichtung (2) verstellbaren Längs-Support (4) und einen quer dazu verstellbaren, zumindest eine drehbare Drückrolle (7) tragenden Quer-Support (5) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Bearbeitung der beiden Endbereiche einer rohrförmigen Rotorwelle.
Rotorwellen, die rohrförmig, also als Hohlwelle ausgebildet sind, kommen zur Drehmomentenübertragung bei elektrischen Maschinen zum Einsatz. Beispielhaft seien Elektromotoren für Kraftfahrzeuge genannt. Die üblicherweise verwendeten Rotorwellen sind etwa 300 bis 600 mm lang, mit einem Außendurchmesser von 60 bis 70 mm und einer Wanddicke von ca. 4 bis 8 mm.
Die beiden Endbereiche dieser Rotorwellen sind in ihrem Außendurchmesser reduziert bis auf ein Abmaß von etwa 15 - 20 mm.
Die insoweit umgeformten Endbereiche können überdies mit Profilierungen versehen sein, beispielsweise in Form von Innenverzahnungen.
Zur Herstellung einer solchen Rotorwelle sind verschiedene Fertigungsverfahren bekannt. Hierzu sei auf die DE 10 2017 122 122 A1 verwiesen, in der beispielsweise das Anformen der Endbereiche durch Schmieden, Fließpressen oder dergleichen benannt sind.
Allen bekannten Verfahren gemeinsam ist, dass sie u.a. auch deshalb sehr aufwändig und daher kostenintensiv sind, weil jeder Endbereich separat umgeformt werden muss.
Da solche Rotorwellen als Serienteile in sehr großen Stückzahlen zum Einsatz kommen, kommt diesem Umstand eine besondere Bedeutung zu.
Überdies können bei den Rotorwellen, die nach den bekannten Verfahren hergestellt sind, Unwuchten auftreten, die sich im Betrieb der Rotorwellen äußerst nachteilig auf das Schwingungsverhalten des Gesamtsystems auswirken.
Um hier im Vorfeld schon Abhilfe zu schaffen, werden die umgeformten Endbereiche spanend bearbeitet, was naturgemäß zu einer weiteren Steigerung der Fertigungskosten beiträgt.
Die bislang zur Herstellung der Rotorwellen eingesetzten Maschinen sind daher insgesamt nicht geeignet, der Forderung nach einer Kostenoptimierung zu entsprechen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zu entwickeln, mit der eine einfache und kostengünstige Bearbeitung der Endbereiche einer Rotorwelle möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Mithilfe der erfindungsgemäßen Maschine ist nun eine wesentlich kostengünstigere Fertigung einer Rotorwelle möglich, da beide Endbereiche der rohrförmigen Rotorwelle gleichzeitig bearbeitet werden können.
Hierzu ist vorgesehen, dass auf einem horizontal ausgerichteten Maschinenbett eine rotierend antreibbare Spanneinrichtung angeordnet ist, die derart dimensioniert ist, dass die beiden Endbereiche des als Rohrabschnitt eingespannten Rohlings so weit überstehen, dass beidseitig der Spanneinrichtung jeweils mindestens eine Drückrolle zum Einsatz kommen kann, mit der die Durchmesserreduzierung des Rohlings auf das gewünschte Maß möglich ist.
Dabei ist die zumindest eine drehbar gelagerte Drückrolle an einem Quer-Support gehalten, der auf einem parallel zur Rotationsachse der Spanneinrichtung verstellbaren Längs-Support gelagert ist, wobei der Quer- und der Längs-Support gemeinsam einen Kreuz-Support bilden.
Das Umformen mittels einer Drückrolle, das auch als Drückwalzen bekannt ist, ist an sich bekannt und beispielsweise in der DE 10 2013 103 485 A1 offenbart.
Neben der deutlichen Kostenreduzierung bei der Bearbeitung der beiden Endbereiche einer Rotorwelle ergeben sich durch den Einsatz der Drückrollen weitere durchaus bemerkenswerte Vorteile. Insbesondere sei die erzielbare Rundlaufgenauigkeit der beiden Endbereiche zueinander genannt, ebenso wie der Gesamtrundlauf nach Bearbeitung der Rotorwelle. Auch die Koaxialität der Endbereiche zueinander entspricht den gestellten Anforderungen.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist die Maschine als Schrägbettmaschine ausgeführt, so dass ein guter Zugang zu den beiden Bearbeitungsbereichen der Maschine für Rüst- und Wartungsarbeiten sowie eine problemlose manuelle Be- und Entladung der Maschine ebenso möglich ist wie eine automatische Be- und Entladung, beispielsweise mittels eines Roboters.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind die Quer-Supporte auf dem jeweiligen Längs-Support zur Rotationsachse der Spanneinrichtung hin schwenkbar, um beispielsweise Profilier- oder Kalibrierarbeiten durchführen zu können.
Jeder Quer-Support kann mit einem Werkzeugkopf ausgerüstet sein, jeweils mit mindestens drei Werkzeugplätzen. Hierdurch ist es möglich, die Bearbeitung der Endbereiche mit unterschiedlichen Drück- oder Profilierrollen durchzuführen, je nach Erfordernis.
Der Antriebsmotor für die Spanneinrichtung sowie die Antriebe für die jeweiligen Längs- und Quer-Supporte sind im Übrigen CNC-gesteuert.
Um eine exakt zentrische Bearbeitung der Endbereiche zu erreichen, sind bevorzugt jedem Endbereich ein weitere Kreuz-Support zugeordnet, der dem ersten Kreuz-Support quer zur Rotaionsachse diametral gegenüberliegt, wobei die Konfiguration dieser sich gegenüberliegenden Kreuz-Supporte identisch ist.
Dabei kommen die beiden sich gegenüberliegenden Kreuz-Supporte gleichzeitig zum Einsatz und bilden somit jeweils ein Widerlager für die sich gegenüberliegenden Drückrollen.
In Fortsetzung der gedachten Rotationsachse der Spanneinrichtung kann jeder Bearbeitungsseite der Maschine ein am Maschinenbett gehaltener Reitstock zugeordnet sein, mit einem in Richtung der Spanneinrichtung bewegbaren Werkzeugdorn, der in Funktion in den Endbereich der Rotorwelle eingeschoben wird und dort ein Widerlager bildet, wenn die Drückrolle im Sinne des Drückwalzens zum Einsatz kommt.
Dieser Werkzeugdorn kann im Übrigen so profiliert sein, dass in Arbeitskorrespondenz mit der Drückrolle eine Innenverzahnung des Endbereichs der Rotorwelle herstellbar ist.
Da zur Bearbeitung der Endbereiche der Rotorwelle der Längsvorschub ebenso wie der Quervorschub der Supporte sowie des Werkzeugdorns relativ kurz gehalten sind, können diese hydraulisch antreibbar sein, was eine besonders kostengünstige Antriebsalternative darstellt. Denkbar ist jedoch auch, die Antriebe elektrisch auszubilden, beispielsweise durch Spindeltriebe.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Maschine ist in der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine Maschine gemäß der Erfindung in einer schematischen Draufsicht.
In der Figur ist eine Maschine zur Bearbeitung der beiden Endbereiche 11 einer rohrförmigen Rotorwelle 10 abgebildet, mit einem horizontal ausgerichteten Maschinenbett 1, vorzugsweise einem Schrägbett, auf dem eine rotierend antreibbare Spanneinrichtung 2 befestigt ist. In dieser Spanneinrichtung 2 ist die Rotorwelle 10 derart eingespannt, dass sie mit ihren beiden Endbereichen 11 gegenüber der Spanneinrichtung 2 beidseitig vorsteht.
Parallel zur Rotationsachse der Spanneinrichtung 2 sind zu deren beiden Seiten Kreuz-Supporte 3 am Maschinenbett 1 gehalten, wobei jeder Kreuz-Support 3 einen Längs-Support 4 sowie einen darauf gehaltenen Quer-Support 5 aufweist.
Der Längs-Support 4 ist in Achsrichtung der Rotationsachse der Spanneinrichtung 2 bewegbar, während der Quer-Support 5 quer dazu, also radial zur Rotationsachse bewegbar ist.
Dieser Quer-Support 5 hält einen Werkzeugkopf 6 mit mehreren Drück- und/oder Profilrollen 7, mit denen die Endbereiche 11 der Rotorwelle 10 bearbeitbar sind und zwar derart, dass durch Drückwalzen mittels der Drückrolle 7 der Durchmesser im Endbereich 11 verkleinert wird.
Der Quer-Support 5 ist parallel zur Ebene des Maschinenbetts 1 verschwenkbar am Längs-Support 4 gehalten, während der angeschlossene Werkzeugkopf 6 verdrehbar ist, um das jeweils geeignete Werkzeug, also die Drück- oder Profilrolle 7 in Bearbeitungsposition zu bringen.
Durch die Längs- bzw. Querbewegung des Längs-Supports 4 und des Quer-Supports 5 erfolgt eine radiale und axiale Zustellung der Drückrolle 7, um den zugeordneten Endbereich 11 entsprechend umzuformen bzw. in seinem Durchmesser zu reduzieren. Im Übrigen sind die jeweiligen Bewegungsrichtungen der Funktionsteile durch Pfeile gekennzeichnet.
In einfachster Ausführung sind parallel zur otationsachse lediglich zwei, beidseitig der Spanneinrichtung 2 angeordnete Kreuz-Supporte 3 vorgesehen. Um jedoch eine passgenaue Formung des Endbereichs 11 zu erreichen, sind jedem der Kreuz-Supporte 3 gegenüberliegend jeweils ein weiterer Kreuz-Support 3 vorgesehen, der in seiner Konfiguration dem gegenüberliegenden Kreuz-Support 3 im Wesentlichen entspricht, wie dargestellt. Dabei sind die Drückrollen 7 dieser beide, dem jeweiligen Endbereich 11 zugeordneten Werkzeugköpfe 6 gleichzeitig formgebend im Einsatz.
In Verlängerung der Rotationsachse X der Spanneinrichtung 2 sind gegenüberliegend Reitstöcke 8 angeordnet, mit einem Werkzeugdorn 9, der in die Innenbohrung des jeweiligen Endbereichs 11 eintaucht und der zur Ausbildung einer Innenverzahnung des Endbereichs 11 mit einer entsprechenden Profilierung versehen ist. Dieser Werkzeugdorn 9 ist in Richtung des Endbereichs 11 axial bewegbar und entsprechend der Drehbewegung der Rotorwelle 10 gleichfalls verdreh bar.
Bezogen auf eine quer zur Rotationsachse X verlaufende Symmetrieachse Y ist die Maschine spiegelsymmetrisch aufgebaut, wodurch sich Fertigungsvorteile ergeben.
Bezugszeichenliste

1: Maschinenbett
2: Spanneinrichtung
3: Kreuz-Support
4: Längs-Support
5: Quer-Support
6: Werkzeugkopf
7: Drückrolle / Profilrolle
8: Reitstock
9: Werkzeugdorn
10: Rotorwelle
11: Endbereich
X: Rotationsachse
Y: Symmetrieachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017122122 A1 [0005]
DE 102013103485 A1 [0016]

Claims

Maschine zur Bearbeitung der beiden Endbereiche (11) einer rohrförmigen Rotorwelle (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - auf einem horizontal ausgerichteten Maschinenbett (1) ist eine rotierend antreibbare Spanneinrichtung (2) angeordnet, - beidseitig der Spanneinrichtung (2) ist jeweils mindestens ein Kreuz-Support (3) am Maschinenbett (1) gehalten, - der Kreuz-Support (3) weist einen parallel zur gedachten Rotationsachse (X) der Spanneinrichtung (2) verstellbaren Längs-Support (4) und einen quer dazu verstellbaren, zumindest eine drehbare Drückrolle (7) tragenden Quer-Support (5) auf.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quer-Support (5) einen Werkzeugkopf (6) trägt, an dem die Drückrolle (7) gehalten ist.
Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Quer-Support (5) parallel zum Maschinenbett (1) verschwenkbar gelagert ist.
Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Werkzeugkopf (6) mehrere Drück- und Profilrollen (7) trägt.
Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der beiden Kreuz-Supporte (3) ein weitere Kreuz-Support (3) gegenüberliegend angeordnet ist.
Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuz-Supporte (3) jeder Kreuz-Supportpaarung identisch ausgebildet sind.
Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verlängerung der Rotationsachse (X) beidseitig der Spanneinrichtung (2) jeweils ein Reitstock (8) angeordnet ist, mit einem drehbaren Werkzeugdorn (9), der in Richtung der Spanneinrichtung (2) axial verstellbar ist.
Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugdorn (9) außenseitig eine Profilverzahnung aufweist.
Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen der bewegbaren Bauteile CNC-gesteuert sind.
Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Längs-Support (4), jeder Quer-Support (5), jeder Werkzeugkopf (6) sowie jeder Reitstock (8) hydraulisch oder elektrisch bewegbar ist.
Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenbett (1) als Schrägbett ausgebildet ist.