DE1961279C3 - Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von umlaufenden Kurbelzapfen von Kurbelwellen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von umlaufenden Kurbelzapfen von Kurbelwellen durch mindestens ein Feinstbearbeitungsgerät, dessen Träger an einer Halterung hängend und planparallel verschiebbar angeordnet und mittels Rollen an dem Kurbelzapfen abgestützt ist.

Es ist eine Vorrichtung zur Feinstbearbeitung der Kurbelzapfen von Kurbelwellen mittels eines Feinstbearbeitungsgerätes mit einem Geräteträger bekannt, bei dem als Halterung für den Geräteträger eine aus zwei nacheinanderfolgenden Parallelprogramm-Gestängen gebildete Parallelführung dient, an der der Geräteträger hängend angeordnet is\. Hierbei weist der Geräteträger Rollen zur Abstützung an dem Kurbelzapfen auf Ferner sind zwei Feinstbearbeitungsgeräte vorgesehen die in einem verhältnismäßig großen Winkelabstand ar dem zu bearbeitenden Kurbelzapfen angreifen und vor längs des Kurbelzapfens verschiebbaren Transport schlitten getragen werden (DT-Gbm 19 53 913).

Bei der Bearbeitung von Kurbelzapfen bzw. Hubzap fen von Großkurbelwellen mit einem Zapfendurchmesser über etwa 400 mm ist es besonders schwierig, eine Achsparallelität des Hubzapfens mit dem Mittellagerzapfen zu erreichen. Die Ungenauigkeit ist darauf zurückzuführen, daß derartig große Kurbelwellen vor Hubzapfen-Bearbeitungsmaschinen maschinell durch einen umlaufenden Drehstahl bearbeitet werden, während das Werkitück ruht. Hierbei treten aus mehrerer Gründen Ungenauigkeiten auf, und zwar einerseits durch das erforderliche Lagerspiel des Drehringes und andererseits durch das Ausrichten des Drehsupports zur Achse der Kurbelwelle. Diese Mangel führen dazu. daß die Achse des Hubzapfens nur selten mit der Achse des Mittellagerzapfens parallel verläuft. Wenn der Hubzapfen mit dem Mittelzapfen nicht parallel liegt, führt dies zu einem ungleichmäßigen Lagerspiel, zu einem schlechten Tragbild des Lagers, und es bestein die Gefahr, daß der Kolben in der Zylinderlaufbuchse, welche mit dem Zylinderblock rechtwinklig z.ur Grundplatte und zur Lagerbohrung der Mitlellager ausgerichtet ist, einseitig anläuft. Dadurch kann sich ein erhöhter und vorzeitiger Verschleiß einstellen.

Die Korrektur, die Parallelität der Achse des Hub zapfens mit der Achse des Mittellagerzapfens herbeizuführen, d.h. die sogenannte Wasserlagenkorrektur, erfolgt, wenn sie überhaupt durchgeführt wird, durch Nacharbeiten von Hand. Dies ist nicht nur sehr umständlich, mühsam und aufwendig, sondern die Erfahrung lehrt auch, daß die Nacharbeit von Hand das Tragbild an den Lagern für die Hubzapfen und die geometrisrhe Form des Zapfens kaum zufriedenstellend verbessert. Die Arbeit muß von Spezialisten durchgeführt werden, die es heute kaum noch gibt. Außerdem ist man hierbei von der Geschicklichkeit der die Nacharbeit ausübenden Person abhängig. In vielen Fällen wird bei der Nacharbeit von Hanü vor Erreichung der Achsparallelität der Nenndurchmesser der Kurbelwelle unterschritten, und der Einbau von fertigen Austauschlagern ist nur bedingt möglich. Ferner beschränkt sich die Nacharbeit auf die Abstimmung zu dem für den Kurbelzapfen zugehörigen Lager. Dies bedeutet, daß man die Lager für die Kurbelzapfen nicht untereinander austauschen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Wasserlagenkorrektur sogleich mit der Feinstbearbeitung der umlaufenden Kurbelzapfen auf mechanische Weise durchzuführen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem Feinstbearbeitungsgerät eine Schleifvorrichtung für den Kurbelzapfen zugeordnet wird, die in Abhängigkeit von einer an der Schleifvorrichtung angebrachten elektronischen Wasserwaage in Parallellage zu der Achse der Kurbelwellen-Mittelzapfen steuerbar ist.

Auf diese Weise läßt sich eine Wasserlagenkorrektur für den umlaufenden Kurbelzapfen durchführen, die zeitlich mit der Feinstbearbeitung des umlaufenden Kurbelzapfens der Kurbelwelle nebenhergeht und darüber hinaus eine höchste Genauigkeit gewährleistet. Man erhält ein einwandfreies Tragbild für die Lagerfläche. Der Kurbelzapfen wird während der Feinstbearbeitung mit den Feinstbearbeitungsgeräten in eine

Achsparallelitüi zu den Miuclzaplen der Kurbelwelle Stetig übergeführt bzw. in einer solchen gehalten, wahrend die Kurbelwelle wie im Betrieb umlauft. Dieses Bearbeitungsverfahren bei im Betriebszustand gelagerter umlaufender Kurbelwelle l·.· mit dem Bearbeitungs- »erfahren bei ruhender Kurbelwelle in keiner Weise tergleichbar und führt daher zu besonders hoher Feriigungsgenauigkeit. Es ergeben sich klei.iStmöghche Toleranzen an den gemäß der Erfindung bearbeiteten Kurbelzapfen, so daß die Kurbelwelle und die Lager (Jie kleinsimögliche Beanspruchung erfahren. Dies wiederum gewährleistet einen einwandfreien Lauf und lange Lebensdauer der Kurbelwelle und damit des Dieselmotors. Motorenanlagen mit gemäß der Erfindung be- »rbeiteien Kurbelzapfen zeichnen sich besonders durch günstigere Betriebszeiten in bezug auf Lagerschäden «nd Abnutzungserscheinungen der Kurbelwelle aus. pies führt weiterhin dazu, daß Au^tausehlager für die Kurbelzapfen verwendet werden können, bei denen für bauten Baueinheit für die Wnsserlagenkorrektur in Ansicht dar;

F i g. 3 und 4 sind Seitenansichten des Geräteträgers nach der F i g. 2.

Die dargestellte Vorrichtung 1 zur Feinstbearbeitung der Kurbelzapfen 2 von Kurbelwellen 3 ist mit einer Halterung 4 versehen, die geeignet ist, der Kreisbewegung des Kurbelzapfens 2 um den Miltelzapfen 3 der Kurbelwelle in einer gleichförmigen Bewegung zu folgen. Ebenso ist die Zuführung der Energieleitungen, wie Preßluft, Drehstrom, Schmieröl und Kühlmittel bei dieser Anordnung vorteilhaft möglich. An einem feststehenden Bock 5 ist eine Parallelführung vorgesehen, die sich aus den beiden nacheinanderfolgenden Paralle logramm-Gestängen 6 und 7 zusammensetzt. Das Parallelogramm-Gestänge 6 ist bei 8 und 9 in dem Bock 5 und bei 10 und 11 an einer Zwischenplatte 12 drehbar gelagert, während das Parallelgestänge 7 bis 13 und 14 an der Zwischenplatte 12 und bei 15 und 16 an dem

■He Zapfen gleiches Lagerspiel gefordert wird, was bis- 20 Geräteträger 17 schwenkbar gelagert ist.

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her bei der Nachbearbeitung von Hand nicht durchführbar war. Dadurch ergibt sich sogleich eine wirtschaftliche Einsparung. Das Lager braucht nicht mehr dem Lagerspiel speziell angepaßt zu werden, sondern man kann vorrätig gehaltene Austauschlager verwenden. Die Reparatur kann auch bei im Motor eingebaut gebliebener Kurbelwelle durchgeführt werden, wobei der Ausbau der Kurbelwelle an Bord und das Nacharbeiten in der Werkstatt entfällt. Dadurch kann die Reparatur- und Liegezeit des Schiffes weitgehend verkürzt werden.

Die zusätzliche Schleifvorrichtung für den Kurbellapfen ist zweckmäßig als angetriebene Schleifwalze • usgebildet und ist um eine zur Walzenachse querverlaufende Drehachse schwenkbar, wobei die Schwenkbarkeit durch die Libelle geregelt wird. Vorteilhaft ist die Libelle in der durch die Schleifwalzenachse geführten Senkrechtebene oberhalb der querverlaufenden Schwenkachse angeordnet, was die Genauigkeit verbessert.

Zur Verstellung der Schleifwalze kann mit dem die Schleifwalze tragenden Schwenkgestell eine Stange verbunden sein, die mittels einer von einem Schrittmotor angetriebenen und am freien Stangenende angreifenden Spindel bewegbar ist. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit einer außerodentlich großen Feinstregulierung.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können Schleifwalze, Libelle und Schwenkvorrichtung eine Baueinheit bilden, die zu dem Geräteträger mit den Feinstbearbeitungsgeräten in Höhenrichtung verstellbar ist. Hierbei kann die Baueinheit mittels eines Schrittmotors und einer Gewindespindelmutter zu dem Kurbelzapfen zugestellt werden. Ferner kann die Baueinheit am Geräteträger zwischen den Transportschlitten für die Feinstbearbeitungsgeräte angeordnet werden. Sie nimmt deshalb keinen zusätzlichen Raum außerhalb des Geräteträgers ein, so daß die erfindungsgemäße Einrichune sowohl in der Werkstatt als auch bei der eingebauten Kurbelwelle benutzt werden kann.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfühiungsbeispiels erläutert.

F i g. 1 zeigt die gesamte Einrichtung zur Feinstbearbeitung von umlaufenden Kurbelzapfen von Kurbelwellen mit der erfindunsgemäßen Vorrichtung für die Wasserlagenkorrektur in Ansicht schematisch;

F i g. 2 stellt den Geräteträger für sich mit der einge-Der Geräteträger 17 setzt sich aus den Seitenplatte 18 und 19 zusammen, die mittels der Distanzbolzen 20 fest miteinander verbunden sind. Der Geräteträger 17 dient zur Aufnahme der beiden Superfinish-Geräte 21 und 22, die über ein Zwischenstück 23 bzw. 24 an einer Transportvorrichtung 25 und 26 angebracht sind. Diese Transportvorrichtungen 25 und 26 sind als Schlitten ausgebildet, die längs einer querverlaufenden Spindel 27 bzw. 28 quer, d. h. in Achsrichtung des Kurbelzapfens 2 verschiebbar sind. Der Geräteträger 17 stützt sich auf dem zu bearbeitenden Kurbelzapfen 2 mittels der beiden in Kugellager geführten Führungsrollen 29 und 30 ab, die mit ihren Achsen in den Seitenplatten 18 und 19 gelagert sind.

Zur Durchführung der Wasserlagenkorrektur d. h. der Parallelität der Achse des Kurbelzapfens mit der Achse der Mittelzapfen der Kurbelwelle, dient eine zusätzliche Schleifvorrichtung 31, die als angetriebene Schleifwalze 32 ausgebildet ist. Die Schleifwalze 32 ist mit ihrer Achse 33 in der bügeiförmigen Halterung 34 gelagert, welche mit einer querlaufenden Platte 35 verbunden ist. Die Teile 34 und 35 mit der Schleifwalze 32 bilden eine starre Einheit, die um die Achse 36 schwenkbar gelagert ist. Auf der Platte 35 ist mitten über der Schleifwalze 32 eine Libelle 37 b/w. ein Libsllensatz angeordnet, von der eine elektronische Steuerung abgeleitet wird. Die Platte 35 mit den Ansätzen 35a ist mittels Kegelrollenlager 38 zu der Schleifträgerplatte 39 drehbar gelagert, mit der die Platte 40 fest verbunden ist, welche das Gehäuse 41 für das Kegelrollenlager 38 trägt. Mit der Querplatte 35 ist eine Stange 42 fest verbunden. Am oberen Ende der Stange 42 befindet sich der Gelenkstangenkopf 42a, der mittels eines Kugelgelenkes 43 mit einer Gewindespindel zusammenarbeitet. Zum Antrieb der Gewindespindel 44 dient ein Schrittmotor 45, der über Zahnränder und 47 die Welle 48 und damit die Spindel 44 dreht. Dadurch kann die Schleifwalze 32 und die Achse 36 in Abhängigkeit von der Stellung der Libelle 37 in eine

Parallellage zu der Achse des Mittelzapfens der Kurbelwelle gebracht werden. Die Winkelstellung der Schleifwalze wird durch den Schrittmotor gehalten und gesichert.

Schleifwalze 32, Libelle 37, die Schwenkvorrichung

42 bis 48 zusammen mit der Schleifträgerplatte 39 und der Zwischenplatte 40 stellen eine Baueinheit dar, die sich innerhalb des Geräteträgers 17, d. h. zwischen den Seitenplatlen 18 und 19, befindet. Diese Baueinheit

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kann innerhalb des Geräteträgers 17 in Höhenrichtung verstellt werden, und zwar mittels einer Hubvorrichtung 49. An der Seitenplatte 18 ist eine Mutter 50 mittels Halter 51 befestigt. In diese Mutter 50 greift eine Gewindespindel 52, die über die Zahnräder 53 und 54 mittels eines Schrittmotors 55 angetrieben wird. Die Halterung 56 für den Schrittmotor ist an der Schleifträgerplatte 39 fest angebracht. Die Schleifwalze 32 kann mittels des Schrittmotors 55 an den zu bearbeitenden Kurbelzapfen 2 herangeführt werden. Die in der Höhe verstellbare Baueinheit ist an den vertikalen Gleitführungen 61 und 62 geführt, die als Rolltische ausgebildet sein können.

Zum Abrichten des Schmirgelbezuges der Schleifwalze 32 dient eine Abrichtvorrichtung 57. Für die Einstellung der Superfinish-Geräte 21 und 22 und der Schleifwalze 32 sind in der horizontalen Mittelebene des Kurbelzapfens 2 diametral angeordnete Taster 58 vorgesehen, welche mit einer elektronischen Meßeinrichtung verbunden sind. Die Steuerschränke 59 und 60 der gesamten Vorrichtung sind zweckmäßig auf einer Konsole, z. B. an dem Untersupport einer Drehbank, montiert.

Für die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Gerätes wird die Kurbelwelle auf z. B. einer Spitzendrehbank mit den Mittellagerzapfen in die Wasserlage Null gebracht. Jeder Mittelzapfen erhält eine Lünettenlagerung, so daß praktisch für die Bearbeitung eine betriebsmäßige Kurbelwellenlagerung vorliegt. Der Geräteträger 17 wird mittels der Führungsrollen 29,30 auf den zu bearbeitenden Kurbelzapfen 2 aufgesetzt. Die Kurbelwelle wird hierbei beispielsweise mit zwei Umdrehungen/min gedreht. Durch die parallele Gelenkführung 4 ist es möglich, den Geräteträger 17 mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit zwischen dem Kurbelzapfen 2 und der Schlcifwalzc 32 bzw. den Superfinish-Geräten 21 und 22 zu führen. Jede ungleichförmige Bewegung durch eine andere ortsfeste Lagerung wird die Rundheit des Zapfens durch ungleichmäßige Abtragung nur verschlechtern. Die Schleifwalze 32 wird mittels des Schrittmotors 55 an den zu bearbeitenden Kurbelzapfen 2 über die Gewindespindelmutter 50 herangeführt. Die Libelle 37 ermöglicht über eine elektronische Steuerung, daß die Schleifwalze 32 bei umlaufender Kurbelwelle ständig in Wasserlage Null gehalten wird. Der weitere Schrittmotor 45 betätigt miuels der Übersetzung 46, 47 die Genauigkeitsspindel 44, mittels der und der Verbindungsstange 42 die Schleifwalze 32 über die Drehlagerung 38 in die gewünschte Null-Lage gebracht wird. Die Schleifwalze 32 wird mittels eines eingebauten Drehstrom-Außenläufermotors angetrieben. Durch den Schleifvorgang mittels der Schleifwalzc 32 wird die Wasserlage des Kurbclzapfens 2 korrigiert. Mittels der Superfinish-Geräte 21 und 22 wird die Oberflächengüte des Kurbelzapfens bis auf etwa ²/iooo und der Traganteil des Kurbcl/.apfens auf über 90% verbessert. Mittels der Schleifwalzen 32 wird die Schräglage des Kurbelzapfens, die im Bereich von etwa 0,24 mm/m bis 0.08 mm/m liegen kann, abgetragen. Die Einrichtung kann auch bei eingebauten Kurbelwellen im Reparalurbetrieb eingesetzt werden. Zu diesem Zweck wird die Kurbelwelle mit der am Motor vorgesehenen Drehvorrichtung mit etwa '/3 Umdrehung/min gedreht. Die Wasserlage Null wird dabei mit einer elektronischen Differential-Wasserwaage, welche die Schräglage des Schiffskörpers im Wasser berücksichtigt, korrigiert bzw. gehalten.

Zur Ausführung einer optimalen Rundheitsvcrbesscrung an dem Kurbelzapfen sind die Feinstbearbeitungsgeräte 21 und 22 in bezug auf die Führungsrollcn 29 und 30 so an den Kurbelzapfen anzusetzen, daß die Kurbelzapfenmitte 2a — im Querschnitt gesehen — außerhalb der Verbindungslinie 63 zwischen der Anlagestelle einer Führungsrolle 29,30 und der Schnittstelle 21a bzw. 22a der Feinstbearbeitungsgeräte 21 bzw. 22 zu liegen kommt. Der Winkel 64 zwischen der Radialen 65 und der durch die Kurbelzapfenmitte geführten Waagerechten 66 liegt vorteilhaft in dem Bereich von etwa 35 bis 10°. Bei einer solchen Anordnung der Feinstbearbeitungsgeräte im Verhältnis zu den Führungsrollcn 29. 30 erhält man eine runde Werkstücksform mit den geringsten Toleranzen bei dem zu bearbeitenden Kurbelzapfen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von umlaufenden Kurbelzapfen von Kurbelwellen durch mindestens ein Feinstbearbeitungsgerät, dessen Träger an einer Halterung hängend und planparallel verschiebbar angeordnet und mittels Rollen an dem Kurbeizapfen abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Feinstbearbeitungsgerät (21, 22) eine Schleifvorrichtung (31) für den Kurbelzapfen (2) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit von einer an der Schleifvorrichtung angebrachten elektronischen Wasserwaage (37) in Parallellage zu der Achse der Kurbelwellen-Mittelzapfen steuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifvorrichtung (31) eine angetriebene Schleifwalze (32) aufweist und um eine zur Walzenachse (33) querverlaufende Drehachse (36) schwenkbar gelagert ist, und daß diese Schwenkbarkeit durch die Libelle (37) regelbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Libelle (37) in der durch die Schleifwalzenachse (33) geführten Senkrechtebene oberhalb der querverlaufenden Schwenkachse (36) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem die Schleifwalze (32) tragenden Schwenkgestell (34, 35) eine Stange (42) verbunden ist, die mittels einer von einem Schrittmotor (4S) angetriebenen und am freien Stangenende (42) angreifenden Gewindespindel (44) bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schleifwalze (32), Libelle (37) und Schwenkvorrichtung (35, 42, 45) und die diese Teile haltende Schleifträgerplatte (39) eine Baueinheit bilden, die zu dem Geräteträger (17) in Höhenrichtung verstellbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (32 bis 45) mittels eines Schrittmotors (55) und einer Gewindespindelmutter (50) zu dem Kurbelzapfen (2) zustellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit längs dem Kurbelzapfen verschiebbaren, die Feinstbearbeitungsgeräte tragenden Transportschlitten, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (32 bis 45) am, Geräteträger (17) zwischen den Transportschlitten (25, 26) für die Feinstbearbeitungsgeräte (21, 22) angeordnet ist.