DE19735936C1 - Universal-Schleifkopf für stationäre oder mobile Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Universal-Schleifkopf für stationäre oder mobile Maschinen zum Schleifen von Dicht- oder Sitzflächen.

Schleifköpfe dieser Art weisen im Stand der Technik einen flächigen oder scheibenförmigen Träger auf, auf dem planetenartig verteilt mehrere (kleinere) Seitenschleifscheiben, das sind Schleifscheiben oder mit selbstklebenden Schleifringen belegte Schleifköpfe, einzeln drehbar gelagert sind. Während man bei einfacheren Ausführungsformen den Träger angetrieben und seinen Durchmesser in Bezug auf den Durchmesser der Ringfläche so ausgewählt hat, daß die (kleineren) Schleifscheiben sich allein durch die Reibung zwischen ihrer Schleiffläche und der Ringfläche in Drehung versetzt haben, hat man zunehmend die Schleifköpfe so ausgebildet, daß auch die einzelnen Schleifscheiben angetrieben werden. Damit möchte man eine hohe Drehzahl der Schleifflächen erreichen, um so das Schliffbild und die Schleifgenauigkeit zu verbessern. Während man bei vielen Universal-Schleifköpfen relativ kompliziert zu handhabende Mittel vorgesehen hat, um den Schleifkopf exakt auf die zu schleifende Fläche auszurichten und festzulegen, wird heute eher angestrebt, ohne Einricht- und Justieroperationen auszukommen, um ein rationelles Schleifen, insbesondere bei Parallel- und Keilschiebern zu ermöglichen.

Ein Universal-Schleifkopf dieser Art zeigt die EP 0 216 769 B1. Dort werden über ein Eingangs-Kegelradgetriebe sich radial erstreckende Zwischenwellen angetrieben, welche ihrerseits über Kegelräder den scheibenförmigen Träger für die Seitenschleifscheiben antreiben. In dem Träger sind mehrere sich radial erstreckende Antriebswellen gelagert, deren radial innere Kegelräder auf einem zur Eingangswelle konzentrischen gestellfesten Kegelrad abrollen und über Kegeltriebe an ihrem anderen Ende die Wellen der einzelnen Schleifscheiben antreiben. Bei diesem bekannten Universal-Schleifkopf soll sich der scheibenförmige Träger der Seitenschleifscheiben dadurch an die Ebene der zu schleifenden Fläche selbsttätig anpassen, daß die von dem Eingangs-Kegelgetriebe angetriebenen Nebenwellen senkrecht zur Eingangswelle und zueinander koaxial angeordnet sind und zugleich eine Schwenkachse bilden, um die der scheibenförmige Träger gegenüber der Eingangswelle frei schwenken kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Beweglichkeit des Trägers gegenüber dem Gestell des Schleifkopfes universeller auszugestalten, wobei dennoch höhere Drehgeschwindigkeiten der Stirn- oder Seitenschleifscheiben verwirklichbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.

Aufgrund dieser Lehre ergibt sich ein ineinanderliegendes Doppelgelenk, das es dem Träger erlaubt, allseitig (sphärisch) frei zu verschwenken und sich so ohne große Justierarbeiten und Einrichtungsarbeiten exakt und leicht räumlich zu verschwenken und sich an die Ebene der zu schleifenden Fläche anzupassen. Ferner ermöglicht es dieses Doppelgelenk aus sphärischem Lager und Universalgelenk mit nur einem einzigen Antrieb die zum Schleifen unterschiedlichen Drehzahlen einerseits des Trägers und andererseits des Antriebssystems für die (kleineren) Schleifscheiben zu erreichen. Dabei wird der Träger trotz seiner sphärisch freien Schwenkbarkeit mit ausreichend niedriger Drehzahl zwangsläufig angetrieben. Trotz dieser Ausbildung läßt sich der Träger - zum Schleifen von Flächen unterschiedlichen Durchmessers - leicht gegen einen oder mehrere Träger anderer Abmessungen oder Ausbildung auswechseln.

Eine höhere Drehzahl der Seitenschleifscheiben kann mit der Erfindung unproblematisch erzielt und über die Antriebswelle oder die feststehende Achse auf den scheibenförmigen Träger übertragen werden (Anspruch 3, Anspruch 8), mechanische Schwingungen oder Komplikationen sind aufgrund des robusten Aufbaus ohne mehrere Kegelradübersetzungen nicht zu befürchten. Spezifisch können über ein hoch-untersetzendes Getriebe, das koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist (Anspruch 4), Drehzahlunterschiede von 1 : 50 bis 1 : 100 zwischen Eingangswelle und dem langsam laufenden Träger erreicht werden, auf dem die drehbar angeordneten Seitenschleifscheiben mit einer gegenüber der Drehzahl der Antriebswelle erhöhten Drehzahl drehen (Anspruch 5).

Das denselben Mittelpunkt wie das sphärische Lager aufweisende Universalgelenk kann im Sinne auch seiner allseitigen sphärischen Verschwenkbarkeit als Kugelgelenk oder biegbarer Wellenabschnitt ausgebildet sein (Anspruch 7).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem die Achse der Eingangswelle 5 enthaltenden Schnitt eine erste Ausführungsform der Erfindung für besonders hochtourigen Antrieb von Seitenschleifscheiben 19.

Fig. 2 zeigt in Seitenansicht, teilweise geschnitten, ein Detail für eine abgewandelte Ausführungsform des Universalgelenks aus Fig. 1.

Fig. 3 veranschaulicht in gleicher Darstellung wie Fig. 1 die Anwendung des Details nach Fig. 2 in dem Universal- Schleifkopf.

Fig. 4 zeigt eine gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 abgewandelte Ausführung mit stehender Achse 51 und Hohlzylinder-Antriebswelle 53.

Fig. 5 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 1 mit abgenommenem scheibenförmigen Träger 16 zum Zwecke des Austausches gegen einen anderen Träger.

Fig. 6 zeigt in Schnittdarstellung und

Fig. 7 in Draufsicht eine weitere abgewandelte Ausführungsform, insbesondere zum Schleifen von Flächen von deutlich unterschiedlichem Durchmesser.

Der Universal-Schleifkopf 1, wie er in der Schnittdarstellung der Fig. 1 gezeigt ist, weist als Antriebswelle eine angetriebene Eingangswelle 7 mit Achse 8 auf, auf der eine Riemenscheibe 6, zum Beispiel für einen Zahnriemen 5 befestigt ist, der in einem senkrecht zur Achse der Welle 7 verlaufenden rohrförmigen Gestell 4 des Schleifkopfes läuft. Mit der Antriebswelle verkeilt ist ein hoch-untersetzendes Getriebe 9, 10, das handelsüblich ist (unter dem Namen "Harmonic Drive"). Die Eingangswelle 7 weist an ihrem in Fig. 1 linken Ende einen Kugelkopf 11 auf, der in einer Kalotte 13 sitzt und mit dieser über einen Mitnehmerstift 12 antriebsmäßig gekuppelt ist. Der Mitnehmerstift 12 geht durch die Kugelmitte und überträgt das Drehmoment auf die Kalotte 13. Dies ist ein sphärisches Gelenk zur Übertragung von Drehmoment. Mit der Kalotte 13 ist ein Abtriebszapfen 14 verbunden, auf dem ein Zahnrad 15 verkeilt ist, das über Lager 21 in dem scheibenförmigen Träger 16 drehbar gelagert ist. Mit der Außenverzahnung des Zahnrades 15 können drei oder mehr Getriebeglieder, wie Zahnräder 18, von denen ein jedes gleichachsig und antriebsmäßig mit einer Seitenschleifscheibe 19 verbunden ist, in Eingriff stehen. Die Einheit aus Schleifscheibe 19 und Getriebeglied 18 ist mittels Lager 17 in dem Träger 16 gelagert. Der Träger 16 ist als hohler Scheibenkörper im übrigen durch eine entsprechende Abdeckung 20 nach außen abgedeckt, die lediglich Öffnungen für die Schleifscheiben 19 aufweist.

Der scheibenförmige Träger 16 ist über mehrere Schraubenbolzen 23 mit dem Schalenteil 22 eines weiteren sphärischen Lagers fest verbunden, in dem der sphärische Kopf 25 eines plattenförmigen Teils 25a aufgenommen ist. Der Kopf 25 weist einen radial verlaufenden Mitnehmerstift oder Zapfen 24 auf, der in eine entsprechende Ausnehmung der Lagerschale 22 eingreift, wodurch eine drehmomentmäßige Antriebsverbindung zwischen den Teilen dieses Lagers 22, 25 gebildet wird.

Der plattenförmige Teil 25a ist in dem Gestell 2, 3, 4 mittels eines Lagers 27 gelagert und weist seinerseits ein Lager 26 für die Eingangswelle 7 auf. Der plattenförmige Teil 25a bildet zugleich den Ausgang des hoch-untersetzenden Getriebes 9, 10.

Eine hohe Eingangsdrehzahl n₁ wird über die Riemenscheibe 6 oder ein Antriebsrad auf die Eingangswelle 7 übertragen und wird von dieser direkt über das erste sphärische Bewegungen erlaubende Universalgelenk 11, 12, 13 auf das Zahnrad 15 im scheibenförmigen Träger 16 übertragen. Die Getriebeglieder 18 der Schleifscheiben 19 erreichen eine Abtriebsdrehzahl n₂, die um das Übersetzungsverhältnis zwischen den Getriebegliedern 15 und 18 größer ist als die Eingangsdrehzahl n₁. Dadurch werden Umfangsgeschwindigkeiten der Schleifscheiben 19 von 10 m/sec oder größer erreicht. Der Träger 16 für die Schleifscheiben 19 wird dagegen mit einer Drehzahl n₃ angetrieben, die gegenüber der Drehzahl der Getriebeglieder 18 und Scheiben 19 sehr klein ist, zum Beispiel um den Faktor 100 kleiner als die Eingangsdrehzahl n₁. Diese Drehzahl wird von der gleichen Eingangswelle 7 abgeleitet und über das hoch-untersetzende Getriebe 9, 10, in dessen Ausgangsglied, dem plattenförmigen Teil 25a, erhalten. Das plattenförmige Teil 25a hat auch Ringgestalt.

Die beschriebene Ausbildung ermöglicht mit Hilfe der ineinanderliegenden zwei sphärischen Übertragungselemente mit gleichem Kugelmittelpunkt die gleichzeitige Übertragung von zwei sehr stark voneinander abweichenden Drehzahlen mit unterschiedlichen Drehmomenten. Der Träger 16 mit dem hochtourig angetriebenen Schleifscheiben 19 ist während eines Schleifvorganges dennoch allseitig und sphärisch frei beweglich und paßt sich bei Parallelitätsabweichungen der nachzuschleifenden, ringförmigen Dichtfläche, insbesondere bei Schiebern, automatisch und ohne irgendeine zusätzliche Justierung leicht an.

Die zuvor beschriebene Anordnung läßt sich mit einem entsprechenden Antriebsmotor sowie Führungs- und Befestigungselementen zu einer Schieber- bzw. Ventilschleifmaschine komplettieren und kann auch für stationäre Schleifarbeiten eingesetzt werden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform, bei der das sphärische Lager, das die Eingangswelle mit dem zentralen Getriebeglied (dem Zahnrad 15) in dem Träger 16 verbindet, ersetzt ist durch eine Welle mit einem biegsamen Abschnitt 35. Wie Fig. 2 zeigt, besteht die Welle aus einem ersten, als Eingangswelle dienenden Wellenabschnitt 36, auf dem bei 37 ein Eingangszahnrad aufgekeilt werden kann. Dieser Wellenabschnitt 36 ist über einen sphärischen, d. h. allseitig ausbiegbaren Abschnitt 38 aus entsprechend elastisch verformbarem Material mit einem Wellenzapfen 39 verbunden, der mit dem zentralen Getriebeelement 15 verbunden ist. Die Mitte 40 des biegsamen Abschnittes 38 fällt mit dem Mittelpunkt der zweiten sphärischen Antriebsverbindung 25/22 zusammen. Im übrigen entspricht die Ausbildung dem Universal-Schleifkopf nach Fig. 1.

Während bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 3 die Antriebskraft und das Gestell 4 sich im rechten Winkel zu der Achse 8 der Eingangswelle 7 bzw. 36 erstrecken, zeigt Fig. 4 eine Ausführung, bei der die Antriebskraft axial zugeleitet wird und auch das Gestell sich in dieser Richtung erstreckt. Darüber hinaus weicht die Vorrichtung nach Fig. 4 von der nach Fig. 1 dadurch ab, daß das hoch-untersetzende Getriebe 9, 10 der Fig. 1 weggelassen ist. Die Vorrichtung weist einen undrehbaren zentralen Schaft als Achse 51 auf, dessen Mitte mit 52 bezeichnet ist. Auf diesem Schaft ist mittels Lager 54 eine drehbare Hohlwelle 53 gelagert, welche die Antriebsswelle darstellt und in ihrer Verlängerung dem Teil 25a der Vorrichtung nach Fig. 1 entspricht. Auch bei dieser Ausführung sind zwei ineinanderliegende sphärische Lager bzw. räumliche Auslenkungen zulassende Antriebsverbindungen vorgesehen. So weist der Schaft 51 an seinem Ende einen Kugelkopf 58 auf, der drehmomentmäßig mit einer Kugelschale 59 verbunden ist, auf deren koaxialem Zapfen 59a ein zentrales, undrehbares Getriebeelement 62 innerhalb des Trägers 60 für die Schleifscheiben 63 und deren Getriebeglieder 70 befestigt ist. Auf der Nabe des zentralen Getriebegliedes 62 ist mittels Lager 61 der Träger 60 drehbar gelagert, der drehfest mit einem Lagerschalenelement 66 bei 64 verschraubt ist. Die Hohlwelle 53 endet ebenfalls in einem Kugelkopf 65, der in einem Lagerschalenteil 66 aufgenommen ist. Der Kugelkopf 65 weist einen für die drehmomentmäßige Kupplung dienenden radial ausgerichteten Zapfen 67 auf. Die Welle 53 ist in dem Gehäuse oder Gestell 50 mittels Lager 55 gelagert.

Beim Rotieren des Trägers 60 rollen die Getriebeglieder 70 der Schleifscheiben 63 auf dem Umfang des zentralen Getriebegliedes 62 ab. Auch bei dieser Ausführung werden in dem Universal-Schleifkopf zwei deutlich unterschiedliche Drehzahlen realisiert, bei freier und allseitiger (sphärischer) Schwenkbarkeit des Trägers 60, wenn auch bei dieser Ausführungsform der Drehzahlunterschied zwischen n₁ und n₃ nicht so groß sind, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1.

Fig. 5 zeigt bei einer Ausbildung entsprechend der nach Fig. 1 die Auswechselbarkeit des Trägers 16. Diese Auswechselbarkeit ermöglicht das Schleifen von Flächen unterschiedlichen Durchmessers mit der grundsätzlich gleichen Vorrichtung. Es ist ersichtlich, daß die sphärische Lagerschale 13 nach Lösen einer Schraube 23 von dem Kugelkopf 11 abgezogen werden kann, so daß der Träger 16 von dem Schalenteil 22 freikommt und gegen einen anderen Träger ausgetauscht werden kann.

Dem gleichen Ziel, nämlich dem Schleifen von Flächen unterschiedlichen Durchmessers mit der gleichen Vorrichtung, dient die Ausführung nach Fig. 6 und 7, wobei nur der abnehmbare Träger 159 gezeigt ist, der mit seiner Lagerschale 13 direkt auf den Kugelkopf 11 zum Beispiel der Vorrichtung nach Fig. 1 und Fig. 5 aufgesetzt werden kann.

In diesem Fall besteht der Träger aus einem zentralen Trägerelement 159, welches die Lager für das zentrale Getriebeelement 150 aufweist. Das zentrale Trägerelement 159 ist mit dem Schalenteil 22 über die Schrauben 23 verbindbar. An dem zentralen Trägerelement 159 sind mehrere, im dargestellten Beispiel vier, Schwenkarme 156 schwenkbar gelagert, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Die Schwenkachse 158 bildet zugleich eine Welle, die in dem Schwenkarm 156 mittels Lager gelagert ist. Auf beiden Enden der Welle sind Rollen oder Räder 151 bzw. 153 befestigt, die jeweils einem (planetenradartigen) Umschlingungstrieb angehören. Hierbei kann es sich um einfache Riemen, um Zahnriemen oder Ketten handeln. Die Antriebsriemen 161, die um das Getriebeelement 153 laufen, sind um das Getriebeglied 154 geschlungen, welches gleichachsig und antriebsmäßig starr mit dem Schleifscheiben 19 über die Welle 155 verbunden ist. Der Riemen 160, der um das Getriebeglied 151 geschlungen ist, läuft über Spannrollen 162 und umschlingt zumindestens teilweise das zentrale Getriebeglied 150 in dem Trägerelement 159. Hier wird wiederum über die Lagerschale 13 die Eingangsdrehzahl direkt auf das zentrale Getriebeglied 150 übertragen und gelangt entsprechend übersetzt auf die Schleifscheiben, während die zweite, wesentlich niedrigere Drehzahl über die zweite sphärische Verbindung und den Schalenteil 22 (vgl. Fig. 5) direkt auf das zentrale Getriebeglied 150 des Trägers 159 übertragen wird. Die Funktionsweise der Vorrichtung nach Fig. 6 und 7 ist entsprechend der Funktionsweise der Vorrichtung nach Fig. 1. Die Stellung der Schwenkarme 156 gegenüber dem durch die Anlenkachse gehenden Radius läßt sich einstellbar und feststellbar verändern, wodurch sich der Durchmesser verändert, auf dem die Schleifscheiben 19 angeordnet sind. Damit ist eine leichte Anpassung auf zu schleifende Flächen von erheblich unterschiedlichem Durchmesser möglich.

Claims (8)

1. Universal-Schleifkopf für stationäre oder mobile Maschinen zum Schleifen von Dicht- oder Sitzflächen,

• a) mit einem Gestell (2, 4; 50) und einem demgegenüber schwenkbaren, scheibenförmigen und drehangetriebenen Träger (16; 60; 159);
• b) mit einer Mehrzahl von drehangetriebenen Seitenschleifscheiben (19; 63), die planetenartig in dem Träger (16; 60; 159) verteilt angeordnet und drehbar gelagert sind;
• c) mit einem sphärischen Lager (22, 25; 65, 66) zwischen dem Träger (16; 60; 159) und einem im Gestell (2, 4; 50) gelagerten Antriebsglied (25a; 53) für den Träger (16; 60; 159); und
• d) mit einem sphärisch frei schwenkbaren Universalgelenk (11, 13; 58, 59; 38), welches denselben Mittelpunkt wie das sphärische Lager (22, 25; 65, 66) hat und die Seitenschleifscheiben (19; 63) mit einer sich koaxial zu dem Antriebsglied (25a; 53) erstreckenden Antriebswelle (7) oder fest stehenden Achse (51) verbindet.

2. Universal-Schleifkopf nach Anspruch 1, bei dem von der Antriebswelle (7) der Antrieb für das Antriebsglied (25a) abgeleitet ist.

3. Universal-Schleifkopf nach Anspruch 2, bei dem ein hoch- untersetzendes Getriebe (9, 10) zwischen dem Antriebsglied (25a) und der dazu koaxialen Antriebswelle (7) angeordnet ist.

4. Universal-Schleifkopf nach Anspruch 3, bei dem das hoch- untersetzende Getriebe (9, 10) auf der Antriebswelle (7) koaxial angeordnet ist.

5. Universal-Schleifkopf nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem das Übersetzungsverhältnis des hoch-untersetzenden Getriebes (9, 10) so gewählt ist, daß die Übersetzung zwischen Antriebswelle (7) und dem Träger (16) der Seitenschleifscheiben (19) 50 : 1 bis 100 : 1 beträgt.

6. Universal-Schleifkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Antriebsglied (25a; 53) den Träger (16; 60; 159) über einen im sphärischen Lager (22, 25; 65, 66) angeordneten Zapfen (64, 67) antreibt.

7. Universal-Schleifkopf nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem das Universalgelenk als Kugelgelenk (11, 13) oder allseitig biegsamer Wellenabschnitt (38) ausgebildet ist.

8. Universal-Schleifkopf nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem das Übersetzungsverhältnis 2 : 1 bis 3 : 1 beträgt, zwischen den Seitenschleifscheiben (19; 63) und

• (a) der drehbaren Antriebswelle (7); oder
• (b) bei fest stehender zentraler Achse (51) dem als Hohlwelle ausgebildeten Antriebsglied (53).