DE10342134B4

DE10342134B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Kurbel- und Nockenwellen

Info

Publication number: DE10342134B4
Application number: DE2003142134
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. Steinwender; Martin Dipl.-Ing. Wolters
Original assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Current assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: DE502004011200D1; DE10342134A1; EP1514640B1; EP1514640A3; EP1514640A2

Abstract

Verfahren zur Finishbearbeitung von Kurbel- und Nockenwellen mit Hilfe eines kontinuierlich angetriebenen endlosen Schleifbandes (2), das mit einer Spannvorrichtung (5) gespannt und an seiner Rückseite im Bereich der Werkstückfläche von einem endlosen, in diesem Bereich parallel zum Schleifband (2) gespannten Stützband (8) gestützt wird, wobei das Stützband (8) ebenfalls kontinuierlich und mit gleicher Bewegungsrichtung wie das Schleifband (2) angetrieben wird und wobei das Schleifband (2) und das Stützband (8) das Werkstück (3) teilweise umschlingen, so dass das Schleifband (2) am Umfang des Werkstückes (3) flächig anliegt, wobei ein aus einem zugfesten Material mit hohem Elastizitätsmodul bestehendes, metallisches Stützband (8) verwendet wird, welches mit einer zweiten separaten Spannvorrichtung (9) gespannt wird, wobei mittels der zweiten Spannvorrichtung (9) die von dem Schleifband (2) auf das Werkstück (3) ausgeübte Flächenkraft eingestellt wird, wobei das Werkstück (3) während der Finishbearbeitung um seine Rotationsachse (A) rotiert und die Schnittgeschwindigkeit mittels des das Schleifband (2) antreibende...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Kurbel- und Nockenwellen, wobei eine Werkstückfläche eines um seine Rotationsachse rotierenden Werkstückes mit Hilfe eines kontinuierlich angetriebenen endlosen Schleifbandes bearbeitet wird und wobei das Schleifband mit einer Spannvorrichtung gespannt wird.
Ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus der Druckschrift US 5,951,377 bekannt, wobei das Schleifband an seiner Rückseite im Bereich der Werkstückfläche von einem endlosen, in diesem Bereich parallel zum Schleifband gespannten Stützband gestützt wird. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt zwischen dem Schleifband und dem zu bearbeitenden Werkstück eine in einer Schnittebene senkrecht zur Rotationsachse punktförmige Berührung. Das Schleifband wird im Bereich der zu bearbeitenden Werkstückfläche zwischen zwei Umlenkrollen geführt, die auch das Stützband spannen.
Aus der DE 844 420 C ist eine Bandschleifmaschine bekannt, die insbesondere zum Schleifen von zylindrischen oder ähnlich profilierten geraden oder gebogenen Werkstücken wie Rohren, Stangen oder Geländer geeignet ist. Die Bandschleifmaschine umfasst ein kontinuierlich angetriebenes, endloses Schleifband sowie ein zusätzliches, endloses Stützband als Unterlage für das Schleifband. Der Bearbeitungsbereich für das Werkstück liegt zwischen zwei Umlenkrollen, um die das Schleifband und das Stützband geführt sind, wobei eine der Umlenkrollen angetrieben ist. An der anderen Umlenkrolle ist eine mit einer Feder beaufschlagten Spanneinrichtung vorgesehen. Das Schleifband ist um eine zusätzliche, mit einer weiteren Spannvorrichtung versehene Umlenkrolle geführt. Um bei einem Schleifen von zylindrisch profilierten Werkstücken die Gefahr eines Zerreißens des Schleifbandes zu verringern, ist das Stützband aus einem elastischen Material, d. h. einem Material mit einem niedrigen Elastizitätsmodul, gebildet. Als nicht zugfeste, elastische Materialien können beispielsweise Gewebegummi, Leder, Metallgewebe oder Kunststoffe vorgesehen sein.
Aus der US 6,220,946 B1 ist eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Kurbel- und Nockenwellen bekannt, wobei ein kontinuierlich angetriebenes endloses Schleifband mittels Umlenkrollen in einem Umschlingungswinkel von bis zu etwa 180° um ein zu bearbeitendes, rotierend angetriebenes Werkstück geführt ist. Um die Flächenkraft einstellen zu können, ist vorgesehen, mittels einer Spanneinrichtung die Spannung des Schleifbandes zu verändern. Aufgrund des großen Umschlingungswinkels und der zwischen dem Schleifband und dem Werkstück auftretenden Reibung treten sehr hohe Zugkräfte auf, so dass die erhöhte Gefahr eines Zerreißens des Schleifbandes besteht. Des Weiteren kann auch ein stationärer Andruckschuh vorgesehen sein, welcher das Schleifband gegen das Werkstück drückt. Nachteilig ist dabei, dass die auf das Schleifband wirkenden Zugkräfte noch weiter erhöht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Kurbel- und Nockenwellen anzugeben, das eine gleichmäßige und auf die zu bearbeitende Werkstückfläche gezielt abstimmbare Finishbearbeitung ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt das Schleifband flächig mit gleichmäßiger Flächenpressung an der zu bearbeitenden Werkstückfläche an, wobei die Anpresskraft des Schleifbandes durch die separate Spannvorrichtung des Stützbandes gezielt einstellbar ist. Ferner erlaubt der Schleifbandantrieb eine gezielte Abstimmung der Schnittgeschwindigkeit auf die zu bearbeitende Oberfläche. Insbes. sind auch bei kleinen Werkstückdurchmessern hohe Schnittgeschwindigkeiten, welche für die Gewährleistung von guten Finishergebnissen erforderlich sind, einstellbar. Im Ergebnis ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Finishbearbeitung von Werkstückflächen, die hohen Anforderungen an die Oberflächengüte entsprechen.
Das Stützband besteht aus einem zugfesten Material mit hohem Elastizitätsmodul, nämlich einem Metall.
Erfindungsgemäß wird das Stützband ebenfalls kontinuierlich und mit gleicher Bewegungsrichtung wie das Schleifband abgetrieben. Hierdurch kann die mechanische Beanspruchung des Schleifbandes reduziert werden, so dass auch Schleifbänder mit geringer Zugfestigkeit eingesetzt werden können. Vorzugsweise entspricht die Geschwindigkeit des Stützbandes der Geschwindigkeit des Schleifbandes.
Das Schleifband kann mit einem Umschlingungswinkel von mehr als 90° flächig an der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes an. Dies erlaubt eine sehr gleichmäßige Bearbeitung des Werkstückes.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2. Bevorzugte Ausführungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 3 bis 5 beschrieben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Finisbearbeitung von Wellen,
2 und 3 weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls in einer Seitenansicht.
Die 1 zeigt eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung einer Welle. Die Vorrichtung weist einen Werkzeugträger 1, ein endloses Schleifband 2 zur Finishbearbeitung eines um seine Rotationsachse A rotierend angetriebenen Werkstückes 3, einen Schleifbandantrieb 4, welcher das Schleifband 2 während einer Werkstückbearbeitung kontinuierlich antreibt, und eine Spannvorrichtung 5 für das Schleifband 2 auf. Der Werkzeugträger 1 besitzt einen Bearbeitungskopf 6 mit zwei zueinander beabstandeten Bandumlenkungen 7, die einen Arbeitsbereich L des Bearbeitungskopfes 6 begrenzen. Im Ausführungsbeispiel sind die Bandumlenkungen 7 als Umlenkrollen ausgebildet. Das Schleifband 2 wird über die Umlenkrollen 7 geführt und läuft im Arbeitsbereich L an der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes 3 vorbei. Ferner ist ein endloses Stützband 8 vorgesehen, welches im Arbeitsbereich L des Bearbeitungskopfes 6 parallel zum Schleifband 2 gespannt ist und im Arbeitsbereich L die Rückseite des Schleifbandes 2 abstützt. Der Bearbeitungskopf 6 umgreift die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes 3 so, dass das rückseitig von dem Stützband 8 beaufschlagte Schleifband 2 das Werkstück 3 teilweise umschlingt und entlang eines Umfangsabschnittes an der zu bearbeitenden Werkstückfläche flächig anliegt. Das Stützband 8 ist mit Hilfe einer separaten zweiten Spannvorrichtung 9 gespannt. Diese zweite Spannvorrichtung 9 erlaubt eine gezielte Einstellung der von dem Schleifband 2 auf das Werkstück 3 ausgeübten Flächenkraft. Diese Flächenkraft verläuft darüber hinaus über die gesamte Kontaktfläche zwischen Schleifband 2 und Werkstück 3 hinweg sehr gleichmäßig. Hierdurch sind sehr gute Finishergebnisse erzielbar. Die mechanische Beanspruchung des Schleifbandes 2 wird durch das Stützband 8 erheblich reduziert, so dass keine besonderen Anforderungen an die Zugfestigkeit des Schleifbandes 2 gestellt werden müssen. Der Schleifbandantrieb erlaubt eine gezielte Abstimmung der Schnittgeschwindigkeit auf die zu bearbeitende Oberfläche. Die für die Erzielung von guten Finishergebnissen erforderlichen hohen Schnittgeschwindigkeiten sind damit auch bei kleinen Werkstückdurchmessern möglich. Das Stützband 8 besteht aus Metall. Das Stützband 8 ist zusammen mit dem Schleifband 2 über die den Arbeitsbereich L begrenzenden Umlenkrollen 7 geführt und wird im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ebenfalls von dem Schleifbandantrieb 4 angetrieben. Im Ausführungsbeispiel ist die gleichgerichtete Geschwindigkeit der beiden Bänder 2, 8 identisch, so dass im Arbeitsbereich L zwischen dem Schleifband 2 und dem Stützband 8 nur eine sehr geringe bzw. keine Relativbewegung vorliegt. Hierdurch ist eine besonders geringe Zugbeanspruchung des Schleifbandes 2 gewährleistet. Die beiden Spannvorrichtungen 5, 9, die beiden Bänder 2, 8 und der Schleifbandantrieb 4 sind gemeinsam auf dem Werkstückträger 1 angeordnet. Die Spannvorrichtungen 5, 9 weisen Stelleinrichtungen 10 zur Veränderung der Bandlängen im Arbeitsbereich L auf. Der Umschlingungswinkel α zwischen dem Schleifband 2 und der zu bearbeitenden Werkstückfläche beträgt erfindungsgemäß mehr als 90°. Hierdurch ist eine sehr gleichmäßige Werkstückbearbeitung möglich. Der Werkzeugträger 1 ist auf einem Zustellschlitten 11 montiert.
Die 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Werkzeugträger 1 folgt hier der Umlaufbewegung des um seine Rotationsachse A rotierenden Werkstückes 3, welches in der 2 als Kurbelwelle ausgebildet ist. Es sind zwei parallel zum Werkstück 3 angeordnete Lagerwellen 12, 12' vorgesehen, deren Gestalt dem Werkstück 3 entspricht. Die Lagerwellen 12, 12' rotieren synchron und phasengleich zum Werkstück 3 um ihre Achsen B, B'. Der Werkzeugträger 1 ist an Umfangsflächen 13, 13' der Lagerwellen 12, 12' gelagert, die der zu bearbeitenden Fläche des Werkstückes 3 entsprechen. In 2 ist ein separater Stützbandantrieb 14 vorgesehen, welcher das Stützband 8 kontinuierlich antreibt. Die gleichgerichteten Bandgeschwindigkeiten von Schleifband 2 und Stützband 8 sind auch in diesem Ausführungsbeispiel identisch.
Bei der in der 3 dargestellten Ausführungsform ist der Werkzeugträger 1 schwenkbar um eine Drehachse C gelagert, die parallel zur Rotationsachse A des Werkstückes 3 ausgerichtet ist und in einem zwischen dem Bearbeitungskopf 6 und dem Schleifbandantrieb 4 liegenden Werkzeugträgerbereich angeordnet ist. Der als Schwenkarm ausgebildete Werkzeugträger 1 kann durch eine oszillierende Schwenkbewegung den umlaufenden Werkstückflächen der Kurbelwelle 3 folgen, wobei sich der Kontaktbereich zwischen Schleifband 2 und Werkstück 3 innerhalb des Arbeitsbereiches L während der Umlaufbewegung entsprechend verschiebt. Aufgrund der einfachen Konstruktion und Betriebsweise erlaubt diese Ausführungsform eine besonders kostengünstige Finishbearbeitung von Kurbel- und Nockenwellen. Der Abstand des Schleifbandantriebes 4 von der Drehachse C des Werkzeugträgers 1 ist so festgelegt, dass ein weitgehender Massenausgleich der um die Drehachse C schwingenden Massen gegeben ist. Ferner ist eine entlang des Werkzeugträgers 1 verschiebbar angeordnete Masse 15 vorgesehen, die vor dem Bearbeitungsbeginn an einer bestimmten Position des Werkzeugträgers 1 arretierbar ist, so dass die gewünschte Anpresskraft zwischen Schleifband 2 und Werkstückfläche während der Bearbeitung gewährleistet ist. Auch in dieser Ausführungsform wird das Stützband 8 ebenfalls kontinuierlich mit gleicher Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit wie das Schleifband 2 von dem Schleifbandantrieb 4 angetrieben.

Claims

Verfahren zur Finishbearbeitung von Kurbel- und Nockenwellen mit Hilfe eines kontinuierlich angetriebenen endlosen Schleifbandes (2), das mit einer Spannvorrichtung (5) gespannt und an seiner Rückseite im Bereich der Werkstückfläche von einem endlosen, in diesem Bereich parallel zum Schleifband (2) gespannten Stützband (8) gestützt wird, wobei das Stützband (8) ebenfalls kontinuierlich und mit gleicher Bewegungsrichtung wie das Schleifband (2) angetrieben wird und wobei das Schleifband (2) und das Stützband (8) das Werkstück (3) teilweise umschlingen, so dass das Schleifband (2) am Umfang des Werkstückes (3) flächig anliegt, wobei ein aus einem zugfesten Material mit hohem Elastizitätsmodul bestehendes, metallisches Stützband (8) verwendet wird, welches mit einer zweiten separaten Spannvorrichtung (9) gespannt wird, wobei mittels der zweiten Spannvorrichtung (9) die von dem Schleifband (2) auf das Werkstück (3) ausgeübte Flächenkraft eingestellt wird, wobei das Werkstück (3) während der Finishbearbeitung um seine Rotationsachse (A) rotiert und die Schnittgeschwindigkeit mittels des das Schleifband (2) antreibende Schleifantriebs (4) auf die zu bearbeitende Oberfläche abgestimmt wird und wobei das Schleifband (2) mit einem Umschlingungswinkel (α) von mehr als 90° flächig an der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes (3) anliegt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit Werkzeugträger (1), endlosem Schleifband (2) zur Finishbearbeitung eines um seine Rotationsachse (A) rotierend angetriebenen Werkstückes (3), einem Schleifbandantrieb (4), welcher das Schleifband (2) während einer Werkstückbearbeitung kontinuierlich antreibt und eine Abstimmung der Schnittgeschwindigkeit auf die zu bearbeitende Oberfläche ermöglicht, sowie einer Spannvorrichtung (5) für das Schleifband (2), wobei der Werkzeugträger (1) einen Bearbeitungskopf (6) mit zwei zueinander beabstandeten Bandumlenkungen (7) aufweist, die einen Arbeitsbereich (L) des Bearbeitungskopfes (6) begrenzen, wobei das Schleifband (2) über die Bandumlenkungen (7) des Bearbeitungskopfes (6) geführt ist und wobei ein endloses metallisches Stützband (8) vorgesehen ist, welches aus einem zugfesten Material mit hohem Elastizitätsmodul besteht und welches im Arbeitsbereich (L) des Bearbeitungskopfes (6) parallel zum Schleifband (2) gespannt ist und im Arbeitsbereich (L) die Rückseite des Schleifbandes (2) abstützt, wobei der Bearbeitungskopf (6) die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes (3) gabelförmig so umgreift, wobei das rückseitig von dem Stützband (8) beaufschlagte Schleifband (2) das Werkstück (3) derart umschlingt, dass das Schleifband (2) mit einem Umschlingungswinkel (α) von mehr als 90° flächig an der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes anliegt, und wobei das Stützband (8) mit Hilfe einer separaten zweiten Spannvorrichtung (9) gespannt ist, so dass mittels der zweiten Spannvorrichtung (9) die von dem Schleifband (2) auf das Werkstück (3) ausgeübte Flächenkraft einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützband (8) zusammen mit dem Schleifband (2) über die den Arbeitsbereich (L) begrenzenden Bandumlenkungen (6) geführt ist und von dem Schleifbandantrieb (4) oder einem separaten Stützbandantrieb (14) angetrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtungen (5, 9) und die Antriebe (4, 14) für das Schleifband (2) und das Stützband (8) auf dem Werkzeugträger (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtungen (5, 9) Stelleinrichtungen (10) zur Veränderung der Bandlängen im Arbeitsbereich (L) aufweisen.