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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Innenrundschleifen von ring- oder rohrförmigen Werkstücken sowie eine zur Durchführung eines solchen Schleifverfahrens ausgebildete Maschine.
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Aus der
DE 25 15 276 A1 ist eine Maschine zum Innenschleifen von Laufringen, nämlich Kugellager-Außenringen, bekannt. Während des Schleifens werden die Werkstücke, das heißt Lagerringe, an Schuhen abgestützt. Ein Werkstückaufnahmekopf der bekannten Schleifmaschine wird von einer Halteplatte getragen, welche auf einem Rahmen der Schleifmaschine beweglich ist. Mit Hilfe des Werkstückaufnahmekopfes wird der zu schleifende Laufring gehalten und in Drehbewegung versetzt. Eine Winkelbewegung der Halteplatte kann durch die Verschiebung eines Teils in Form eines Keils gesteuert werden. Zur Längsverschiebung der Halteplatte sind ein Zylinder und ein Kolben vorgesehen, wobei der Zylinder fest mit der Halteplatte verbunden ist.
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Die
DE 21 42 700 C3 offenbart eine zum Innenschleifen von Rohren vorgesehene Schleifmaschine. Diese Schleifmaschine umfasst ein auslegerartiges Halterohr, in welchem eine Schleifscheibenwelle mehrfach gelagert ist. Zur Lagerung der Schleifscheibenwelle können insbesondere Wälzlager, aber auch Gleitlager, sofern diese in ausreichendem Maße elastisch oder in sonstiger Weise anpassungsfähig sind, vorgesehen sein.
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Aus der
EP 0 123 956 A2 ist eine Rundschleifmaschine bekannt, welche zum Außen- und Innenschleifen mit NC-Steuerung vorgesehen ist. Hierbei existiert jeweils ein Support zum Innenschleifen und zum Außenschleifen. Die Rundschleifmaschine soll mit einmaligem Einspannen eines Werkstücks das durchgehende Schleifen mehrstufiger zylindrischer und kegeliger Innen-, Außen- und Stirnflächen ermöglichen.
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Die
DD 0152 085 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Werkstückhalterung ringförmiger Teile beim Innenschleifen. Diese Vorrichtung soll insbesondere zum Läppen zylindrischer Innenflächen geeignet sein und umfasst unter anderem mehrere Zwischenscheiben und Distanzriegel, welche dafür sorgen sollen, dass zu bearbeitende ringförmige Teile mit Axial- und Radialspiel in der beschriebenen Vorrichtung aufgenommen werden können.
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Die
DE 1 061 649 B offenbart eine Messsteuerung mit einer grenzlehrenartigen Prüflehre zum insbesondere Innenschleifen von Ringen. Hierbei soll eine Vorschubbewegung der Prüflehre auf einen, einen Spindelantrieb stillsetzenden Endschalter einwirken. Die Vorrichtung nach der
DE 1 061 649 B soll auch zur Bearbeitung äußerer Zylinderflächen geeignet sein.
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Ein Schleifkörper zum Innenschleifen ist zum Beispiel in der
DE 10 2006 025 582 A1 beschrieben. Die
DE 10 2019 001 713 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Einbringen von Kühlschmierstoff beim Innenschleifen eines Werkstücks.
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Die
DE 25 58 863 A1 befasst sich mit der Axialkraftübertragung bei Umdrehspannwerkzeugen. Zur Übertragung von Axialkräften zwischen nicht rotierenden und rotierenden Komponenten wird die Verwendung eines Axialkugellagers vorgeschlagen. Auf der Seite der nicht rotierenden Komponenten arbeitet die Vorrichtung nach der
DE 25 58 863 A1 mit pneumatischen Mitteln, auf der Seite der rotierenden Komponenten mit hydraulischen Mitteln.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Werkstückinnenbearbeitung mit geometrisch nicht definierter Schneide, insbesondere Schleifbearbeitung, gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei ein besonders günstiges Verhältnis zwischen erzielbarer Werkstückqualität und Zykluszeiten unter Bedingungen der Serienfertigung angestrebt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schleifmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Innenrundschleifen gemäß Anspruch 5. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Innenrundschleifverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt die Innenrundschleifmaschine, und umgekehrt. Der Begriff „Schleifen“ ist im vorliegenden Fall in einem weiten Sinne zu verstehen und umfasst insbesondere auch das Honen von Werkstücken.
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Die Schleifmaschine umfasst ein Gehäuse einschließlich eines Gehäuserings, in welchem ein ring- oder rohrförmiges Werkstück derart positionierbar ist, dass zwischen dem Werkstück und dem Gehäusering ein Spaltraum verbleibt. In den Spaltraum mündet mindestens ein Kanal, welcher dazu ausgebildet ist, derart mit einem Fluid, insbesondere Öl, durchströmt zu werden, dass eine hydraulische Lagerung des Werkstücks im Gehäusering gegeben ist. Ferner umfasst die Schleifmaschine einen zur Kontaktierung des Werkstücks vorgesehenen magnetischen Treiber sowie ein innerhalb des Werkstücks positionierbares Schleifwerkzeug, dessen Rotationsachse von der gemeinsamen Mittelachse des Werkstücks und des Treibers beabstandet ist.
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Durch die Lagerung des Werkstücks an dessen gesamter Mantelfläche ist auch die Bearbeitung dünnwandiger Ringe mit der Innenrundschleifmaschine möglich. Was die möglichen Werkstoffe des Schleifwerkszeugs betrifft, kann auf verschiedenste aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen zurückgegriffen werden. Prinzipiell ist es auch möglich, das rotationssymmetrische, hohle Werkstück, ohne dessen Positionierung in der Schleifmaschine zu ändern, nacheinander mit verschiedenen Schleif- und/oder Honwerkzeugen zu bearbeiten. Was die möglichen Längen-/DurchmesserVerhältnisse der Werkstücke betrifft, existieren ebenfalls keine grundsätzlichen Beschränkungen. Bearbeitbar sind sowohl rohrförmige Werkstücke, deren Länge ein Mehrfaches des Werkstückdurchmessers beträgt, als auch ringförmige Werkstücke, deren axiale Ausdehnung geringer als der Werkstückdurchmesser ist. Insbesondere eignet sich die Schleifmaschine zur Innenbearbeitung von Werkstücken mit kreisrundem Querschnitt, deren axiale Ausdehnung um nicht mehr als 50% nach unten und nicht mehr als 100% nach oben vom Werkstückdurchmesser abweicht.
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Allgemein erfolgt das Innenrundschleifen mittels der Schleifmaschine, indem ein ring- oder rohrförmiges Werkstück in einem Gehäuse der Schleifmaschine hydraulisch gelagert, das heißt hydraulisch gespannt, und hierbei über einen magnetischen Treiber angetrieben wird, während eine Innenumfangsfläche des Werkstücks mittels eines rotierenden Schleif- oder Honwerkzeugs bearbeitet wird.
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Hierbei können das Werkstück und das Schleifwerkzeug entweder gleichsinnig oder gegensinnig rotieren. In jedem Fall wird die Positionierung des Werkstücks in radialer Richtung ausschließlich durch die hydraulische Lagerung, keinesfalls durch den Treiber, bestimmt. Bei den Werkstücken handelt es sich beispielsweise um Lageraußenringe von Wälzlagern.
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Der Treiber, welcher das Werkstück magnetisch anzieht, beschreibt beispielsweise eine Topfform. Hierbei kontaktiert ein an einen Boden des Treibers anschließender zylindrischer, das heißt hülsenförmiger Abschnitt des Treibers eine Stirnfläche des Werkstücks, wobei die Querschnittsgestaltungen des Werkstücks einerseits und des zylindrischen Treiberabschnitts andererseits nicht notwendigerweise komplett übereinstimmen müssen. In jedem Fall liegt der Treiber an einer ringförmigen, ebenen Fläche des Werkstücks an. Abweichen hiervon sind auch aufeinander abgestimmte konische oder gestufte Kontaktflächen von Treiber und Werkstück möglich.
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Als Fluid, welches durch das Gehäuse in den Spaltraum zwischen dem Gehäusering und dem Werkstück einströmt, ist insbesondere Öl geeignet. Die Werkstücklagerung stellt hierbei eine hydrozentrische Spannung dar. Während der Innenbearbeitung des Werkstücks, das heißt während des Schleifens oder Honens, existiert in vorteilhafter Verfahrensführung kein direkter Metallkontakt zwischen der Außenumfangsfläche des Werkstücks und dem Gehäusering.
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Die Zuführung des Fluids zum Spaltraum, welcher zwischen dem Werkstück und dem nicht rotierenden Gehäusering gebildet ist, kann beispielsweise über drei oder mehr Kanäle, welche im Gehäuse ausgebildet sind, erfolgen. Insbesondere können drei Kanäle in gleichen Winkelabständen, das heißt in Abständen von 120°, um die Mittelachse des Gehäuserings angeordnet sein. Die Mündungsöffnungen der Kanäle zum Spaltraum hin können trichterförmig aufgeweitet sein.
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Beim Gehäusering handelt es sich entweder um einen gesonderten Ring innerhalb des Gehäuses oder um einen integralen Bestandteil des Gehäuses. In jedem Fall ist durch die Fluidschicht, insbesondere Ölschicht, zwischen dem Werkstück und dem Gehäusering ein reibungsarmes tribologisches System gegeben. Die Entstehung von Laufspuren am Außendurchmesser des Werkstücks, wie sie ansonsten insbesondere bei der Verwendung von Stützschuhen denkbar wären, wird durch die Öllagerung vollständig oder zumindest weitestgehend verhindert. Damit ist das Innenrundschleifen mit Öllagerung besonders für die Bearbeitung von Werkstücken geeignet, deren Außenumfangsfläche bereits vollständig, beispielsweise im spitzenlosen Durchlaufschleifverfahren, bearbeitet wurde.
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Ein weiterer Vorteil der fluidtechnischen Lagerung des rotierenden Werkstücks liegt in einer praktisch vollkommen gleichmäßigen Werkstücktemperierung während der spanenden Bearbeitung.
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Optional befinden sich an der Innenumfangsfläche des Gehäuserings Mikrostrukturen, welche die maximal mögliche Kontaktfläche zwischen dem Gehäusering und der Außenumfangsfläche des Werkstücks reduzieren und zugleich die permanente Benetzung der Innenumfangsfläche des Gehäuserings mit Öl begünstigen. Der Spaltraum zwischen der Außenumfangsfläche des Werkstücks und der Innenumfangsfläche des Gehäuserings ist derart dimensioniert, dass bei der Rotation des Werkstücks während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Schleifmaschine nahezu keinerlei Radialbewegungen des Werkstücks auftreten können. Die Rotationsachse des magnetischen Treibers stimmt mit der Rotationsachse des Werkstücks überein, wobei der Treiber derart gelagert sein kann, dass er geringe Radialbewegungen vollziehen kann.
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Zur Realisierung kurzer Zykluszeiten sind separate Belade-, Entlade- und Bearbeitungsstationen, das heißt mindestens drei Stationen der Schleifmaschine, zweckmäßig. Hierbei kann beispielsweise ein Dreikammersystem in einer Trägerscheibe gegeben sein, wobei die Kammern in der Trägerscheibe rotierend auf gleicher Kreisbahn gelagert sein können. Dabei wird die Trägerbearbeitung bei jedem Schritt, das heißt Beladen, Bearbeitung und Schleifen, getaktet um jeweils 120° weitergedreht, wobei die einzelnen Stationen fest sind.
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Gemäß einer möglichen Weiterbildung ist die Schleifmaschine mit einem Inprozessmesssystem ausgestattet. Ein solches Messsystem, welches beispielsweise taktil arbeitet, kann insbesondere zur Erfassung des aktuellen Durchmessers des Werkstücks vorgesehen sein.
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Ein Vorteil des Innenrundschleifverfahrens mit magnetischem Treiber liegt auch darin, dass durch den Treiber nicht nur der Antrieb des Werkstücks, sondern auch dessen Fixierung in axialer Richtung bewerkstelligt wird. Hierbei ist die einseitige axiale Fixierung durch den Treiber ausreichend. Eine auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Werkstücks befindliche Andruckrolle ist nicht erforderlich. Das Fehlen einer Andruckrolle begünstigt auch die Zugänglichkeit des Innenraums des Werkstücks. Während der Schleifbearbeitung kann das Schleifwerkzeug in Längsrichtung der Werkstückachse vorgeschoben werden oder oszillieren. Letztgenannte Möglichkeit ist insbesondere beim Honen der Innenumfangsfläche des Werkstücks nutzbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 Komponenten einer Schleifmaschine zum Innenrundschleifen in stirnseitiger Ansicht,
- 2 die Anordnung nach 1 in einer Schnittdarstellung,
- 3 die Schleifmaschine in einer weiteren Schnittdarstellung.
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Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Schleifmaschine ist dazu ausgebildet, mit einem rotierenden Schleifwerkzeug 2 eine Innenumfangsfläche 11 eines ringförmigen Werkstücks 5, im vorliegenden Fall eines Lagerinnenrings, zu bearbeiten. Während der Schleifbearbeitung ist das Werkstück 5 in einem Gehäusering 4 eines Gehäuses 3 der Schleifmaschine 1 fluidtechnisch gleitgelagert. Die mit der Mittelachse des Werkstücks 5 zusammenfallende Mittelachse des Gehäuserings 4 ist mit MA1 bezeichnet. MA2 bezeichnet die hiervon parallel beabstandete Mittelachse des Schleifwerkzeugs 2.
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Im Gehäuse 3 befinden sich mehrere Kanäle 7, im vorliegenden Fall drei Stück, durch welche ein Fluidstrom FS, nämlich Ölstrom, zu einem ringförmigen Spaltraum 8 geleitet wird, der zwischen der Innenumfangsfläche des Gehäuserings 4 und der Außenumfangsfläche des Werkstücks 5 gebildet und in den 1 bis 3 übertrieben breit dargestellt ist. Wie aus 3 hervorgeht, sind die drei Kanäle 7 sternförmig auf die Mittelachse MA1 zu gerichtet und weiten sich innerhalb des Gehäuserings 4 trichterförmig auf.
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Über die Kanäle 7 wird das Werkstück 5 mit Öldruck beaufschlagt, was eine hydraulische Spannung darstellt. Hierbei ist die durch den Fluidstrom FS bewirkte, eine äußerst reibungsarme Rotation ermöglichende Lagerung des Werkstücks 5 in Radialrichtung der Mittelachse MA1 derart präzise, dass in der entsprechenden Richtung keine weitere Stabilisierung des Werkstücks 5 erforderlich ist.
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Das Schleifwerkzeug 2 kann grundsätzlich entweder weggesteuert oder kraftgesteuert in Kontakt mit der Innenumfangsfläche 11 des Werkstücks 5 gebracht werden, wobei im letztgenannten Fall eine Honbearbeitung vorliegen kann.
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Zum Antrieb des Werkstücks 5 ist ein magnetischer Treiber 6 vorgesehen, welcher, wie aus 2 hervorgeht, eine Topfform beschreibt. Hierbei schließt an einen Boden 9 des Treibers 6 ein zylindrischer Abschnitt 10 an, welcher eine Stirnfläche 12 des Werkstücks 5 kontaktiert. Der zylindrische Abschnitt 10 kann hierbei, wie in 2 skizziert ist, das Werkstück 5 in radialer Richtung überragen. Ebenso sind Varianten möglich, in denen der Außendurchmesser des Treibers 6 mit dem Außendurchmesser des Werkstücks 5 übereinstimmt oder sogar etwas geringer als der Werkstückdurchmesser ist. Zusätzlich zum rotatorischen Antrieb stellt der magnetische Treiber 6 in jedem Fall eine axiale Anschlagfunktion bereit. Weitere Mittel zum Anschlag des Werkstücks 5 in axialer Richtung sind nicht vorgesehen.
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Die Ausdehnung des Schleifwerkzeugs 2 in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Mittelachsen MA1, MA2, ist im Ausführungsbeispiel geringer als die Ausdehnung des Werkstücks 5 in der entsprechenden Richtung. Um die gesamte Innenumfangsfläche 11 zu bearbeiten, wird das Schleifwerkzeug 2 während der Schleifbearbeitung in Vorschubrichtung VR, das heißt in axialer Richtung, verfahren. Der Fluidstrom FS, in welchem das Werkstück 5 gelagert ist, dient zugleich dessen gleichmäßiger Kühlung. Aus dem Spaltraum 8 an beiden Stirnseiten des Gehäuserings 4 sowie des Werkstücks 5 austretendes Öl kann umgepumpt werden, wobei auch die Möglichkeit einer Kühlung in einer zentralen Kühlanlage gegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schleifmaschine
- 2
- Schleifwerkzeug
- 3
- Gehäuse
- 4
- Gehäusering
- 5
- Werkstück
- 6
- magnetischer Treiber
- 7
- Kanal
- 8
- Spaltraum
- 9
- Boden
- 10
- zylindrischer Abschnitt
- 11
- Innenumfangsfläche
- 12
- Stirnfläche
- FS
- Fluidstrom
- MA1
- Mittelachse der Schleifmaschine
- MA2
- Mittelachse des Schleifwerkzeug
- VR
- Vorschubrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2515276 A1 [0002]
- DE 2142700 C3 [0003]
- EP 0123956 A2 [0004]
- DD 0152085 A1 [0005]
- DE 1061649 B [0006]
- DE 102006025582 A1 [0007]
- DE 102019001713 A1 [0007]
- DE 2558863 A1 [0008]
