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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Andrückeinrichtung zum
Andrücken von Schneidmittel zur spanenden Bearbeitung mit
geometrisch unbestimmter Schneide, insbesondere zur Finishbearbeitung, gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1, auf eine Trägerkassette für
eine solche Andrückeinrichtung gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 12 sowie auf eine Vorrichtung mit einer
solchen Andrückeinrichtung gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 14.
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Finishen
ist ein Feinbearbeitungsverfahren, bei dem die Umfangsflächen
von rotationssymmetrischen, meist im Wesentlichen zylindrischen
Werkstückabschnitten an Werkstücken wie Kurbelwellen, Nockenwellen,
Getriebewellen oder anderen Bauteilen für Kraft- und Arbeitsmaschinen
zur Erzeugung einer gewünschten Oberflächenfeinstruktur
bearbeitet werden. Dazu wird ein körniges Schneidmittel
mit geometrisch unbestimm ter Schneide mittels einer Andrückeinrichtung über
einen Eingriffswinkel mit einer Andrückkraft an die zu
bearbeitende Umfangsfläche angedrückt. Das Schneidmittel
wird dabei unter definiertem Druck auf die rotierende Werkstückoberfläche
gepresst und in Flächenkontakt mit dem Werkstück
gebracht.
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Zur
Erzeugung der für den Materialabtrag erforderlichen Schnittgeschwindigkeit
wird das Werkstück um seine Werkstücklängsachse
gedreht. Gleichzeitig wird eine parallel zur Werkstücklängsachse
oszillierende Relativbewegung zwischen dem Werkstück und
dem an der Umfangsfläche anliegenden Schneidmittel erzeugt.
Hierzu kann das Werkstück in eine axiale Oszillationsbewegung
versetzt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch
möglich, dass die Oszillationsbewegung durch das Schneidmittel
erzeugt wird. Durch die Kombination der Rotationsbewegung des Werkstückes
und der überlagerten Oszillationsbewegung kann ein sogenanntes
Kreuzschliffmuster erzeugt werden, wodurch die bearbeiteten Werkstückumfangsflächen
z. B. als Laufflächen für Gleitlager oder Wälzlager
oder dergleichen besonders geeignet sind. Bei dem zu bearbeitenden
Werkstückabschnitt kann es sich beispielsweise um ein Hauptlager
oder ein Hublager einer Kurbelwelle oder um ein Nockenwellenlager
handeln.
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Bei
herkömmlichen Vorrichtungen zur Finishbearbeitung werden
zum Andrücken des Schneidmittels an die zu bearbeitende
Werkstückoberfläche Andrückeinrichtungen
mit sogenannten Werkzeugschalen verwendet. Eine Werkzeugschale hat
einen im Wesentlichen C-förmigen Andrückabschnitt,
dessen Krümmungsradius unter Berücksichtigung
des verwendeten Schneidmittels so an den Solldurchmesser des zu
bearbeitenden Werkstückabschnittes angepasst ist, dass
das Schneidmittel mit Hilfe der Werkzeugschale während
der Bearbeitung im Wesentlichen flächig an die Umfangsfläche
des Werkstückabschnittes angedrückt wird.
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Als
Schneidmittel kommen Finish-Steine oder Finish-Bänder zum
Einsatz. Bei Finish-Steinen handelt es sich um im Wesentlichen starre
Schneidkörper, bei denen das körnige Schneidmittel
durch Kunstharz oder keramisch oder galvanisch (in Metallmatrix)
oder auf andere Weise gebunden ist. Die dem Werkstück zugewandte
Seite der Schleifkörper ist häufig entsprechend
der Geometrie der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche
profiliert, um einen großflächigen Bearbeitungseingriff
sicherzustellen. Die Finish-Steine sind üblicherweise als
Einsätze ausgebildet und in der Regel im Bereich des Andrückabschnitts
in Umfangsrichtung verteilt in der Werkzeugschale angeordnet.
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Mit
solchen im Wesentlichen starren Andrückeinrichtungen kann
die Kontur des Finishwerkzeuges dem zu bearbeitenden Werkstückabschnitt
aufgeprägt werden, so dass eine gezielte Einstellung der Makroform
des Werkstückabschnittes möglich ist. Die Verwendung
einer starren Andrückeinrichtung hat jedoch den Nachteil,
dass Oberflächenwelligkeiten und Abweichungen von einer
idealzylindrischen Form des Werkstückabschnittes in Umfangsrichtung zu
einer ungleichmäßigen Kraftverteilung in Umfangsrichtung
und damit zu Kraftspitzen und unregelmäßigen Kraftverläufen
während der Finishbearbeitung des Werkstücks führen
können, was sich unter anderem nachteilig auf die Oberflächenqualität
auswirken kann.
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Zur
Oberflächenbearbeitung werden daher zumindest teilweise
elastisch ausgebildete Andrückeinrichtungen eingesetzt,
die sich gegenüber einer starren Andrückeinrichtung
besser an die Werkstückgeometrie anpassen können.
Elastische Andrückeinrichtungen werden bevorzugt zusammen
mit einem Finish-Band verwendet.
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Beim
Bandfinishen wird, wie der Begriff bereits erläuternd beschreibt,
ein Finish-Band als Schneidmittel eingesetzt. Ein solches Finish-Band hat
einen bandförmigen flexiblen Träger, bei dem mit Hilfe
eines Bindemittels Schneidkörner auf der dem Werkstück
zugewandten Vorderseite aufgebracht sind. Häufig dient
ein reißfester, dehnungsarmer Polyesterfilm als Trägermaterial
für den Korn-Bindemittelaufbau. Manchmal werden auch Gewebebänder verwendet.
Mit Hilfe der Andrückeinrichtung wird das Finish-Band an
die Werkstückoberfläche angedrückt. Das
Finishband wird dabei zwischen dem Werkstück und der Werkzeugschale
geführt. Dabei ist die Werkzeugschale üblicherweise
ebenfalls, wie eine Werkzeugschale für Finish-Steine, zur
Aufnahme von Einsätzen ausgebildet. Allerdings handelt
es sich bei den zum Bandfinishen vorgesehen Einsätzen meistens
nicht um starre Einsätze, sondern um vergleichsweise weiche
und nachgiebige Einsätze. Diese Einsätze sind
in der Regel aus einem elastischen Material, und haben auch keine
Schneidkörner an ihrer dem Werkstück zugewandten
Oberfläche. Ihre Aufgabe ist es, dass Finish-Band flächig
und möglichst gleichmäßig an das Werkstück
zu drücken. Dabei sind sie in der Regel zumindest noch
so starr, dass sie eine für die Finishbearbeitung erforderliche Andrückkraft
auf das Schneidmittel übertragen können. Nach
Abschluss eines Bearbeitungszyklus kann das zur Bearbeitung verwendete
Finish-Band weitergefördert werden, so dass jeweils frische
Schneidkörner zum Materialabtrag zur Verfügung
stehen. Dadurch können gut reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden.
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Neben
den zuvor beschriebenen Formtoleranzen in Umfangsrichtung können
auch Abweichungen des Werkstückabschnitts in Längsrichtung
auftreten, zum Beispiel Abweichungen von der Zylindrizität
oder von der Geradheit, welche zu einer ungleichmäßigen
Kraftverteilung und Kraftspitzen in Längsrichtung führen
können.
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Es
hat sich sowohl zur Verringerung von Ungleichmäßigkeiten
auftretender Kräfte in Umfangsrichtung als auch in Werkstücklängsrichtung
als vorteilhaft erwiesen, auch Bandfinish-Andrückeinrichtungen
zur Form korrektur einzusetzen. Dazu werden dann jedoch starre Einsätze
statt der elastischen Einsätze verwendet. Durch die Elastizität
des Finish-Bandes können kleinere Abweichungen bzw. Toleranzen
ausgeglichen werden, allerdings nur bis zu einem gewissen Maß.
Für höhere Anforderungen diesbezüglich
sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, wie sie
aus der
EP 0 161 748
A2 oder der
EP
0 913 232 B1 bekannt sind.
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Die
EP 0 161 748 A2 offenbart
eine auch zur Formgebung einsetzbare Bandfinish-Vorrichtung mit einer
Andrückeinrichtung, welche eine Werkzeugschale mit darin
mit leichtem Spiel beweglich angeordneten starren Einsätzen
zum Andrücken des Finishbandes an einen Werkzeugabschnitt
aufweist. Bei den Einsätzen handelt es sich um Finish-Steine bzw.
Honsteine, die jeweils mit einem leichten Spiel rotatorisch um eine
in etwa senkrecht zu ihrer Andrückrichtung verlaufenden
Achse als auch jeweils translatorisch entlang dieser Achse gelagert
sind. Als Schneidmittel ist jedoch das Finish-Band vorgesehen, nicht
die Finish-Steine bzw. Honsteine.
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Als
alternative Ausgestaltung ist außerdem eine mehrteilige
Andrückeinrichtung beschrieben, die aus einer im Wesentlichen
U-förmigen Trägerkassette und einer darin angeordneten
Werkzeugschale aufgebaut ist, wobei die Werkzeugschale durch zwei entlang
einer Bolzenachse gegenüberliegend angeordneten Bolzen
mit der Trägerkassette verbunden ist und in der Trägerkassette
gelagert ist. Dabei ist die Werkzeugschale mit einem gewissen Spiel
um diese Bolzenachse drehbar bzw. schwenkbar. Zur Aufnahme der Bolzen
sind in der Trägerkassette zwei entlang der Bolzenachse
gegenüberliegende Bohrungen eingebracht. Durch das vorhandene
Spiel um die Bolzenachse entsteht eine Art kardanische Lagerung bzw.
Aufhängung der Werkzeugschale in der Trägerkassette,
so dass die vorgenannten Toleranzen in Längsrichtung zumindest
im Rahmen des vorhandenen Spiels der Lagerung ausgeglichen werden
können. In dieser Werkzeugschale sind Finish-Steine als festsitzende, starre
Einsätze vorgesehen, die dabei im Gegensatz zu der zuvor
beschriebenen Ausführungsform für das Bandfinishen
in diesem Fall auch das Schneidmittel bilden.
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Nachteilig
an den in der
EP 0
161 748 A2 offenbarten Andrückeinrichtungen ist
jedoch, dass die Werkzeugschale bzw. die Finish-Steine nur mit großem
Aufwand ausgewechselt werden können. Insbesondere zur Bearbeitung
von Werkstückabschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern,
oder bei Verschleißerscheinungen an den Finish-Steinen,
ist es erforderlich, die gesamte Werkzeugschale zu tauschen, bzw.
diese aus der Andrückeinrichtung auszubauen und entsprechend
zu zerlegen, um die erforderlichen Teile austauschen zu können.
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Andrückeinrichtungen
mit einer mit weniger Aufwand auswechselbaren Werkzeugschale sind zum
Beispiel aus der
EP
0 913 232 B1 bekannt. Die in diesem Dokument beschriebene
Andrückeinrichtung umfasst einen C-förmigen Träger
und eine C-förmige Bearbeitungsschale, wobei der Träger
einen Belag aus Kunststoff aufweist, welcher etwas über
die Seitenwände des Trägers übersteht
und zumindest geringfügig elastisch zusammendrückbar
ist. Durch das Überstehen des Belags ergibt sich ein leichte
T-Form des Trägers mit dem Belag im Querschnitt betrachtet.
Die Bearbeitungsschale ist im Querschnitt entsprechend U-förmig
ausgebildet und übergreift den Träger mit dem
Belag im zusammengebauten Zustand der Andrückeinrichtung.
Beim Aufstecken der Bearbeitungsschale wird der Belag von den schmalen
Stirnflächen her elastisch leicht zusammengedrückt,
so dass die Bearbeitungsschale durch die dabei entstehende Kompressions-
und Reibungskraft zwischen den seitlichen Stirnkanten des Belages
und der Innenfläche der Bearbeitungsschale auf dem Träger
kraftschlüssig festgehalten wird.
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Die
Werkzeugschale dieser Andrückeinrichtung kann zwar mit
weniger Aufwand als bei der aus der
EP 0 161 748 A2 bekannten Andrückein richtung ausgewechselt
werden, wegen des elastischen Belags auf dem Träger sind
die Einsatzmöglichkeiten dieser Andrückvorrichtung
hinsichtlich einer formkorrigierenden Bearbeitung eines Werkstücks
jedoch begrenzt. Des Weiteren ist nur durch die elastischen Eigenschaften
des Belags ein Toleranzausgleich möglich.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Der
Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Andrückeinrichtung,
sowie eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung mit geometrisch
unbestimmter Schneide, insbesondere zur Finishbearbeitung, zu schaffen,
mit denen eine formgebende Finishbearbeitung mit einem breiten Einsatzspektrum
möglich ist und die außerdem eine schnelle und
einfache Auswechselung der Werkzeugschale ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine zum Aufbau einer solchen
Andrückeinrichtung geeignete Trägerschale zur
Aufnahme einer auswechselbaren Werkzeugschale bereitzustellen.
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Diese
Aufgaben werden gelöst durch eine Andrückeinrichtung
mit den Merkmalen von Anspruch 1, eine Trägerkassette mit
den Merkmalen von Anspruch 12 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
von Anspruch 14. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher
Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung
gemacht.
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Erfindungsgemäß ist
eine Andrückeinrichtung zum Andrücken von Schneidmittel
an Umfangsflächen von im Wesentlichen zylindrischen Werkzeugabschnitten
zur spanenden Bearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide,
insbesondere zur Finishbearbeitung, vorgesehen. Die Andrückeinrichtung
umfasst eine Trägerkassette zur Aufnahme einer auswechselbaren
Werkzeugschale und eine Werkzeugschale, die in einer zusammengebauten Arbeitskonfiguration
der Andrückeinrichtung in der Trägerkassette aufgenommen
ist. Dabei sind an der Werkzeugsschale zwei entlang einer Bolzenachse gegenüberliegende
nach außen überstehende Bolzen angeordnet.
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Eine
erfindungsgemäße Andrückeinrichtung ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkassette zwei gegenüberliegende
Schenkel mit jeweils einer einseitig offenen Ausnehmung aufweist,
in denen die Werkzeugschale in der zusammengebauten Arbeitskonfiguration
mittels der Bolzen gelagert ist. Die Ausnehmungen sind dabei an
den beiden gegenüberliegenden Stegen bzw. Schenkeln der
U-förmigen Trägerkassette angeordnet bzw. ausgebildet
und ebenfalls in der zusammengebauten Arbeitskonfiguration entlang
der Bolzenachse angeordnet. Dabei sind die Ausnehmungen vorteilhaft
im Lagerbereich für den Bolzen wie eine Halbschale ausgebildet,
sie können aber auch Y-förmig oder in Form eines
eckigen U ausgebildet sein. Wichtig ist, dass sie so ausgebildet sind,
dass die beiden gegenüberliegenden Ausnehmungen für
die in der Arbeitskonfiguration darin gelagerte Werkzeugschale zusammen
mit den Bolzen und der Bolzenachse eine Drehachse bilden. Die Bolzenachse
verläuft dabei in etwa senkrecht zur Werkstücklängsachse.
In der zusammengebauten Arbeitskonfiguration ist die Werkzeugschale
mit ihren nach außen überstehenden Bolzen in diese
Ausnehmungen eingehängt und mit einem definierten Spiel schwenkbar
um diese Drehachse gelagert. Auf diese Weise ist es möglich,
mit wenig Aufwand eine Andrückeinrichtung auszubilden,
die zum einen eine auswechselbare Werkzeugschale aufweist, und zum
anderen eine kardanische Aufhängung der Werkzeugschale
in der Trägerkassette vorsieht, so dass eventuell vorhandene
Toleranzen bezüglich der Geradheit oder der Konzentrizität
in Längsrichtung zumindest im Rahmen des vorhandenen Spiels
der Lagerung ausgeglichen werden können.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Ausnehmungen zur Werkstückseite
hin einseitig offen. So kann eine während des Schneidpro zesses auf
die Werkzeugschale wirkende Kraft die Bolzen der Werkzeugschale
in die jeweils zugeordnete Ausnehmung im Schenkel der Trägerkassette
pressen, und es wird verhindert, dass die Werkzeugschale aus der
Trägerkassette während der Werkstückbearbeitung
herausgedrückt wird bzw. herausfallen kann. Die Ausnehmungen
sind dabei vorteilhaft in Richtung der Schenkel orientiert, sie
können aber auch entsprechend entgegengesetzt einer wirkenden
Andrückkraft orientiert sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Werkzeugschale
in einer zusammengebauten Arbeitskonfiguration formschlüssig
mit der Trägerkassette verbunden. Durch diese formschlüssige
Verbindung kann die Werkzeugschale generell in der Trägerkassette
gesichert bzw. in ihr gehalten werden, nicht nur während
des Bearbeitungsvorgangs aufgrund der wirkenden Kräfte,
und kann nicht mehr versehentlich herausfallen. Zur formschlüssigen
Verbindung der Werkzeugschale und der Trägerkassette in der
Arbeitskonfiguration ist eine entsprechende Einrichtung vorgesehen.
Dabei ist die Einrichtung vorzugsweise durch Einsetzen der Werkzeugschale
in die Trägerkassette betätigbar. Vorzugsweise
wird außerdem automatisch eine Sicherung mindestens eines
Bolzens in der jeweils zugeordneten Ausnehmung bewirkt, wenn die
Werkzeugschale die für die Arbeitskonfiguration vorgesehene
Position in der Trägerkassette erreicht. Die Einrichtung
zur formschlüssigen Verbindung ist also vorzugsweise so
ausgebildet, dass sie nicht manuell separat betätigt werden muss,
sondern bereits durch das Einbringen der Werkzeugschale in die Trägerkassette
betätigt wird.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist zur formschlüssigen
Verbindung der Werkzeugschale mit der Trägerkassette mindestens
eine Rasteinrichtung mit einem beweglichen Rastelement und einem Rastvorsprung
vorgesehen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das bewegliche Rastelement
an der Trägerkassette befestigt und erstreckt sich mit
einem freien Ende mindestens bis in den Bereich der Ausnehmung.
Das beweglich Rastelement kann ein länglicher, flexibler Rastarm
bzw. Rasthebel sein, der an seinem einen Ende entsprechend an der
Trägerkassette befestigt ist und dessen anderes Ende frei
ist und sich bis in den Bereich der Ausnehmung erstreckt. Dabei
bildet mindestens ein an der Werkzeugschale angeordneter und nach
außen überstehender Bolzen jeweils einen Rastvorsprung.
Der Rastvorsprung erstreckt sich auch nach außen über
die Trägerkassette hinaus, wenn das Rastelement außen
an der Trägerkassette befestigt ist. Die formschlüssige
Verbindung in der Arbeitskonfiguration entsteht durch eine Verrastung des
beweglichen Rastelements mit dem Rastvorsprung. Dabei ist es vorteilhaft,
wenn der Rastvorsprung, also der nach außen überstehende
Bolzen, das Rastelement vollständig durchdringt und im
verrasteten Zustand auch außerhalb vom Rastelement nach
außen übersteht.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung weist das bewegliche Rastelement
eine Ausnehmung auf, in die ein nach außen überstehender
Bolzen beim Einbringen der Werkzeugschale in die Trägerkassette
einrastet, wenn die Werkzeugschale in die Trägerkassette
eingebracht ist und entsprechend der Arbeitskonfiguration in dieser
positioniert ist. Dabei ist die Ausnehmung vorzugsweise kreisrund
und hat einen dem Außendurchmesser des Bolzens angepassten
Innendurchmesser. Der Innendurchmesser sollte derart bemessen sein,
dass der Bolzen zum einen in seiner Position in einer Ein- bzw.
Ausführrichtung der Werkzeugschale sicher gehalten wird
und zum anderen gleichzeitig um seine Achse bzw. um die Bolzenachse
in der Gabel drehbar gelagert ist, zumindest über einen
gewissen Winkelbereich entsprechend eines gewünschten Spiels
bzw. entsprechend einer erforderlichen kardanischen Aufhängung
der Werkzeugschale in der Trägerkassette.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung hat das Rastelement an seinem freien
Ende ein Handhabungselement für ein werkzeugfreies Lösen
der Verrastung, wobei die Verrastung bereits durch bloßes Anheben
des freien Endes des beweglichen Rastelementes weg vom Rastvorsprung
gelöst werden kann. Das Handhabungselement ist vorteilhaft ähnlich
eines Griffes oder dergleichen ausgebildet, so dass es mit der bloßen
Hand gut zu greifen bzw. zu betätigen ist und somit kein
Werkzeug zum Lösen der Verrastung erforderlich ist.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist das bewegliche Rastelement
an seinem freien Ende zur Führung eines bandförmigen
Schneidmittels ausgebildet, insbesondere als Umlenkelement. Ein
bandförmiges Schneidmittel, also beispielsweise ein Finish-Band,
wird üblicherweise nicht nur im Bereich seiner Bearbeitungsfläche
geführt bzw. in diesem Bereich entsprechend von der Andrückeinrichtung
an den Werkzeugabschnitt gepresst, sondern auch für eine
entsprechende erforderliche Bandspannung über Umlenkelemente,
z. B. Umlenkrollen, geführt. Um jedoch die Anzahl der erforderlichen
Bauteile und damit die Kosten für die Andrückeinrichtung
möglichst gering zu halten, ist es besonders vorteilhaft, die
Funktion eines Umlenkelementes in das bewegliche Rastelement zu
integrieren und das Rastelement an seinem freien Ende wie ein Umlenkelement
auszubilden. Beispielsweise kann das bewegliche Rastelement dazu
an seinem freien Ende eine Art feststehende Umlenkrolle aufweisen,
die in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung gleichzeitig das
Handhabungselement für ein werkzeugfreies Lösen
der Verrastung bildet. Das Umlenkelement und das Handhabungselement
können jedoch auch separat ausgebildet sein.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist das bewegliche Rastelement
als Einführhilfe ausgebildet, so dass die Werkzeugschale
beim Einbringen in die Trägerkassette durch das bewegliche
Rastelement geführt wird. Vorzugsweise wird die Werkzeugschale durch
die Einführhilfe auch in der Trägerkassette positioniert.
Dies kann beispielsweise durch eine entsprechend ausgestaltete Fase
am freien Ende des beweglichen Rastelements erfolgen, oder in Kombination
mit dem Umlenkelement zur Führung eines bandförmigen
Schneidmittels und/oder in Kombination mit dem vorgenannten Handhabungselement.
Dabei können das Umlenk- und/oder das Handhabungselement
auch als Fase wirken.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das bewegliche Rastelement
ein Federstahlblech auf. Dazu kann das Rastelement beispielsweise
als längliches Blech, das wie ein federnder Hebel wirkt, ausgebildet
sein. Vorteilhaft wird das Handhabungs- bzw. Umlenkelement durch
Fügen, z. B. durch Schweißen, mit dem beweglichen
Rastelement verbunden. Alternativ kann das Rastelement aber auch einstückig
ausgebildet sein, wobei vorzugsweise das Handhabungs- und/oder Umlenkelement
durch Umformen hergestellt wird. Dazu kann das Rastelement beispielsweise
an seinem freien Ende zu einem Griff aufgerollt oder gebogen sein.
Gleiches gilt für das Umlenkelement.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Andrückeinrichtung
eine Einrichtung zum Einstellen von Grenzen eines Drehwinkelbereiches
auf, in welchem die Werkzeugschale um die Bolzenachse drehbeweglich
ist. Dies ist besonders vorteilhaft für die Verwendung
der Andrückeinrichtung zur formgebenden Finishbearbeitung,
da auf diese Weise das Spiel der kardanischen Aufhängung
eingestellt werden kann, entsprechend der gewünschten auszugleichenden
Toleranzen bzw. entsprechend der für die Finishbearbeitung
erforderlichen Genauigkeiten.
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Eine
erfindungsgemäße Trägerkassette für eine
vorgenannte Andrückeinrichtung ist zur Aufnahme einer auswechselbaren
Werkzeugschale ausgebildet und weist zur Lagerung der Werkzeugschale zwei
gegenüberliegende Schenkel mit jeweils einer einseitig
offenen Ausnehmung auf.
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Für
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur spanenden
Bearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide von im Wesentlichen
zylindrischen Werkzeugabschnitten an Werkstücken, insbesondere
zur Finishbearbeitung von Umfangsflächen, ist eine Dreheinrichtung
zur Erzeugung einer Drehbewegung des Werkstücks um eine
Werkstückachse, eine Oszillationseinrichtung zur Erzeugung
einer parallel der Werkstückachse ausgerichteten oszillierenden
Relativbewegung zwischen dem Werkstück und mindestens eine
Andrückeinrichtung zum Andrücken von Schneidmittel
an die Umfangsfläche derart, dass das Schneidmittel an
die Umfangsfläche über einen Eingriffswinkel mit
einer Andrückkraft angedrückt wird, vorgesehen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens
eine zuvor oder nachfolgend beschriebene Andrückeinrichtung
auf.
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren
in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für sich schutzfähige Ausführungen
darstellen können. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne
Abschnitte und Zwischenüberschriften beschränken
die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer allgemeinen Gültigkeit.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel einer Finisheinheit mit zwei Andrückeinrichtungen
in Schnittdarstellung in einer Ebene senkrecht zur Drehachse eines
Werkstückabschnitts,
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2 eine
Draufsicht in Richtung A auf die rechte Andrückeinrichtung
aus 1,
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3 wie
in 2 eine Draufsicht in Richtung A auf die rechte
Andrückeinrichtung aus 1, jedoch
ohne das bewegliche Rastelement, und
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4 in
Einzelteildarstellung das bewegliche Rastelement aus 2.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
schematisch ein Ausschnitt einer als Bandfinishmaschine ausgelegten
Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Umfangsflächen rotationsymmetrischer,
im wesentlichen zylindrischer Werkstücke, wie Kurbel- oder
Nockenwellen, gezeigt. Die Vorrichtung ist zur Bearbeitung eines
Werkstückabschnittes 103, zum Beispiel in Form
eines Lagersitzes einer Kurbelwelle, eingerichtet. Das Werkstück wird
von einer hier nicht gezeigten Dreheinrichtung um seine Werkzeuglängsachse 120 gedreht
und gleichzeitig durch eine Oszillationseinrichtung in eine axial
kurzhubig schwingende Bewegung mit Hüben in der Größenordnung
einiger Millimeter versetzt. Die Dreheinrichtung kann beispielsweise
einen Elektro-Getriebemotor haben, die Oszillationseinrichtung kann
einen in Abhängigkeit von der Werkstückdrehung
betätigten Kurvenantrieb umfassen. Die Dreheinrichtung
und die Oszillationseinrichtung können beispielsweise am
Abtriebsende der Kurbelwelle angreifen. Die Oszillationseinrichtung
kann auch einen von der Werkstückdrehung unabhängigen
Antrieb, z. B. einen pneumatischen oder elektromechanischen Schwinger
enthalten.
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Die
Bandfinishvorrichtung hat mehrere nebeneinander angeordnete Finisheinheiten,
die an einem gemeinsamen Maschinengestell angeordnet sind. Die Einheiten
sind jeweils sehr schmal, um gleichzeitig nebeneinander liegende
Werkstückabschnitte 103 zu bearbeiten. Die gezeigte
Vorrichtung hat mehrere entlang der Werkstücklängsachse 120 angeordnete
Finisheinheiten, beispielsweise zur Bearbeitung von Hauptlagern
und dazwischen liegenden Pleuellagern einer Kurbelwelle.
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Die
in 1 ausschnittsweise gezeigte Finisheinheit 150 in
Form einer Bearbeitungszange ist dafür vorgesehen, die
im wesentlichen zylindrische Umfangsfläche eines Werkstückabschnittes 103 zu bearbeiten.
Bei entsprechender Aufnahme der Finisheinheiten können
auch die Pleuellager bearbeitet werden, wozu Finisheinheiten vorgesehen
sind, die der Exzenterbewegung der Pleuellager folgen. Die in 1 dargestellte
Finisheinheit hat zwei Finisharme 151a, 151b,
die um nicht gezeigte, parallele Schwenklager derart schwenkbar
gelagert sind, dass ihre freien Enden nach innen in Richtung auf
das zu bearbeitende Werkstück bzw. nach außen
vom Werkstück weg verschwenkbar sind. Die Finisharme 151a, 151b können
hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch aufeinander zu oder voneinander
weg bewegt werden und sind über einen hydraulischen oder pneumatischen
hier nicht gezeigten Krafterzeuger miteinander verbunden, der es
erlaubt, die Finisharme 151a, 151b mit einer vorbestimmten
Andrückkraft F (Pfeile) nach innen gegen das Werkstück
zu drücken.
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An
jedem der Finisharme 151a, 151b ist im Bereich
ihres freien Endes auf der zum Werkstück orientierten Seite
eine Andrückeinrichtung 100a, 100b befestigt,
die jeweils dafür ausgelegt ist, das mit Schneidmittel
besetzte Finishband 102 an die Umfangsfläche des
Werkstückabschnittes 103 so anzudrücken,
dass das Finishband 102 mit einer für den Bearbeitungsvorgang
vorgesehenen Andrückkraft an die Umfangsfläche
angedrückt wird.
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Die
beiden Andrückeinrichtungen 100a und 100b sind
spiegelsymmetrisch zueinander ausgerichtet, um diametral gegenüberliegende
Bereiche des sich drehenden Werkstückabschnittes 103 zu bearbeiten.
Dabei ruht das Finishband 102 während der Bearbeitung,
so dass die für den Materialabtrag erforderliche Schnittgeschwindigkeit
ausschließlich durch die Rotationsbewegung des Werkstücks
in Kombination mit der überlagerten axialen Oszillationsbewegung
erzeugt wird, um an der Werkstückoberfläche ein
für die Eignung als Gleitlagerfläche vorteilhaftes
Kreuzschliffmuster zu erzeugen. In dem hier gezeigten geschlossenen
Zustand der Finisheinheit 150 umklammern die beiden Andrückeinrichtungen 100a und 100b den
zu bearbeitenden Werkstückabschnitt 103 und drücken
jeweils mit einer Andrückkraft F das Finishband 102 an
das zu bearbeitende Werkstück an. Die Andrückkraft
F wird dabei über insgesamt drei Einsätze 118, 118' und 118'' auf das
Finishband aufgebracht, die jeweils geringfügig elastisch
sind und sich auf zwei einander gegenüberliegende Werkzeugschalen
verteilen, von denen eine Werkzeugschale 105 später
näher beschrieben wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind sie aus einem relativ harten, jedoch gummielastischem Kunststoff,
z. B. aus Vulkollan®. Sie können
aber auch als starre Einsätze ausgebildet sein, je nach den
erforderlichen bzw. gewünschten Andrückkräften F
bzw. einer gewünschten Werkstückkontur.
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Das
Finishband 102 umfasst einen reißfesten, dehnungsarmen
Polyesterfilm, der an seiner dem Werkstück zuzuwendenen
Vorderseite mit körnigem Schneidmittel besetzt ist. Es
sind jedoch auch andere Typen von Finishbändern verwendbar,
beispielsweise Finishbänder mit Schneidmittel auf Gewebeunterlage
oder Finishbänder mit Schneidmittel auf Papierunterlage.
Alle üblichen Schneidmittel können verwendet werden,
z. B. keramische Schneidkörner, Diamantschneidkörner
oder Schneidkörner aus CBN (kubisches Bornitrid). Es kann
außerdem vorteilhaft sein, wenn das Finishband 102 an
seiner Rückseite, also auf der vom Werkstückabschnitt 103 abgewandten
Seite, aufgerauht ist, um den Schlupf zu reduzieren. Dazu kann z.
B. ein spezieller Belag auf der Rückseite des Finishbandes 102 vorgesehen sein.
Alternativ kann die Schlupfreduzierung jedoch auch erreicht werden,
indem Einsätze 118 mit einer rauhen Oberfläche
verwendet werden, beispielsweise Finish-Steine.
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Die
beiden in 1 gezeigten Ausführungsbeispiele
einer erfindungsgemäßen Andrückeinrichtung 100a und 100b sind
im wesentlichen identisch bis auf wenige konstruktive Details. Für
ein erleichtertes Verständnis werden Aufbau und Funktionsweise einer
solchen Andrückeinrichtung im Folgenden anhand der rechten
Andrückeinrichtung 100a im Zusammenhang mit den 1 bis 4 näher
erläutert, gelten aber auch für die linke Andrückeinrichtung 100b.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden für sich
entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die
Andrückeinrichtung 100a hat eine im wesentlichen
C-förmige, auswechselbare Werkzeugschale 105,
die in einer in 1 dargestellten zusammengebauten
Arbeitskonfiguration in einer U-förmigen Trägerkassette 104 aufgenommen
und gelagert ist. Die Trägerkassette 104 ist nicht
nur zur Aufnahme der Werkzeugschale 105 ausgebildet, sondern
dient außerdem zur Befestigung der Andrückeinrichtung 100a in
der Finisheinheit 150. Die Trägerkassette 104 ist
mit ihrer der U-Öffnung abgewandten Rückseite
an den zugehörigen Finisharm 151a fest, aber austauschbar
angeschraubt, wobei diese Abbildung jedoch die Schraubverbindung
nicht zeigt.
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An
der Werkzeugschale 105 sind zwei entlang einer Bolzenachse 107 gegenüberliegende
zylindrische Bolzen 106a und 106b angeordnet,
mittels derer die Werkzeugschale 105 in der Trägerkassette 104 aufgenommen
und gelagert wird. Dabei ragen die Bolzen 106a und 106b,
im folgenden vereinfachend als 106 bezeichnet, jeweils
nach außen über die Werkzeugschale 105 und
auch entlang der Bolzenachse 107 nach außen über
die Trägerkassette 104 hinaus.
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Die
Trägerkassette 104, die zur Aufnahme der Werkzeugschale 105 vorgesehen
ist, weist zur Aufnahme und Lagerung der Bolzen 106 an
ihren gegenüberliegenden Schenkeln 121a, 121b jeweils eine
entsprechende einseitig offene Ausnehmung 108a, 108b auf,
so dass die freien Enden der Schenkel in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
jeweils wie eine Gabel ausgebildet sind. Dabei sind die Ausnehmungen 108a und 108b gegenüberliegend
angeordnet und bezogen auf die zusammengebaute Arbeitkonfiguration
ebenfalls entlang der Bolzenachse 107. Die Ausnehmungen 108a, 108b sind
so in den Schenkeln 121a, 121b angeordnet, dass
ihre Öffnung nach innen zum Werkstück orientiert
ist bzw. dass eine wirkende Andrückkraft F die Werkzeugschale
in die Ausnehmungen 108a und 108b hinein und nicht
aus diesen herausdrückt.
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Durch
diese Anordnung kann die Werkzeugschale 105 bei einem Werkzeugschalenwechsel
sehr einfach mit den nach außen überstehenden,
zylindrischen Bolzen 106 entgegen einer Andrückrichtung
in die Trägerkassette 104 bzw. die Ausnehmungen 108a, 108b eingeführt
werden bzw. in Andrückrichtung wieder aus der Werkzeugschale 104 entnommen
werden.
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Die
Ausnehmungen 108a und 108b haben in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel im Lagerbereich der Bolzen 106 eine
halbschalenförmige bzw. halbzylindrische Geometrie, deren
Abmessungen an die des zylindrischen Bolzens 106a angepasst
sind, insbesondere an den Bolzendurchmesser. Dies gilt analog für
die gegenüberliegende Seite mit der Ausnehmung 108b und
dem Bolzen 106b bzw. auch für das gezeigte Ausführungsbeispiel
der Andrückeinrichtung 100b.
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In 2,
die zum besseren Verständnis eine Draufsicht in Richtung
A auf die rechte Andrückeinrichtung 100a aus 1 zeigt,
ist die Geometrie der einseitig offenen Ausnehmung 108a im
Schenkel 121a und deren Anordnung in der Trägerkassette 104 mit
der nach innen orientierten Öffnung gut zu erkennen. Die
halbschalenförmige Geometrie im Grund der Ausnehmung 108a ist
entsprechend an den Durchmesser des Bolzen 106a angepasst.
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Die
Bolzen 106a, 106b sind in der zusammengebauten
Arbeitskonfiguration in der jeweils zugeordneten Ausnehmung 108a bzw. 108b so
gelagert, dass die Werkzeugschale 105 zumindest innerhalb
eines einstellbaren Bereichs beweglich um die Bolzenachse 107 in
der Trägerkassette 104 aufgenommen ist. Somit
können durch Toleranzen in Werkstücklängsrichtung
entstehende Kraftungleichmäßigkeiten, beispielsweise
durch Abweichungen in der Geradheit, bis zu einem gewissen Maße
ausgeglichen werden.
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In
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die
Werkzeugschale 105 mit der Trägerkassette 104 durch
eine formschlüssige Verbindung verbunden und wird somit
in der Trägerkassette 104 entsprechend gehalten
bzw. gegen ungewolltes Herausfallen nach innen gesichert. Die formschlüssige
Verbindung dabei wird jeweils durch einen Bolzen 106a, 106b mit
einem beweglichen Rastelement 110 gebildet. Dabei bildet
jeweils ein Bolzen 106a bzw. 106b im Zusammenwirken
mit seinem nach außen über die Werkzeugschale 105 und
in der zusammengebauten Arbeitskonfiguration auch über
die Trägerkassette 104 hinausragendem Abschnitt
einen Rastvorsprung 111, der mit einer kreisrunden Ausnehmung 114 des
beweglichen Rastelements 110, wie in den 1 und 2 dargestellt,
zusammenwirkt und eine Verrastung im zusammengebauten Zustand der Arbeitskonfiguration
bewirkt. Mindestens ein Bolzen 106a, 106b und
ein zugehöriges Rastelement 110 bilden somit eine
Einrichtung zur formschlüssigen Verbindung.
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Das
im Wesentlichen rechteckige Rastelement 110 ist, wie in 2 dargestellt,
an seinem einen Ende an der Trägerkassette 104 mittels
einer Schraube 113 befestigt. Das andere Ende 112 des Rastelements 110 ist
frei und entsprechend beweglich. Das rechteckige Teil des Rastelements 110 ist aus
Federstahl, so dass es wie ein federnder Rasthebel wirkt. Hinter
dem Rastelement 110 befindet sich die Ausnehmung 108a der
Trägerkassette 104, deren Außenkontur
hier fein gestrichelt dargestellt ist. Gut zu erkennen ist in dieser
Darstellung zum einen, dass sich das bewegliche Rastelement 110 mit
seinem freien Ende 112 bis in den Bereich dieser Ausnehmung 108a erstreckt
und zum anderen, dass die einseitig offene Ausnehmung 108a mit
ihrer Öffnung in Andrückrichtung angeordnet ist.
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In 3 ist
eine Draufsicht in Richtung A auf die rechte Andrückeinrichtung 100a aus 2 dargestellt,
jedoch ohne das bewegliche Rastelement 110. In dieser Darstellung
ist besonders gut die einseitig offene Ausnehmung 108a in
der Trägerkassette 104 zu erkennen sowie der darin
gelagerte Bolzen 106a und die dahinter liegende auswechselbare Werkzeugschale 105.
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Diese
Anordnung der Ausnehmung 108a hat sich als besonders praktikabel
erwiesen. Sie ermöglicht zum einen ein einfaches Einführen
der Werkzeugschale 105 in die Trägerkassette 104 beim
Zusammenbauen der Arbeitskonfiguration und zum anderen verhindert
sie, dass die Werkzeugschale 105 während des Bearbeitungsprozesses
aus der Trägerkassette 104 herausgedrückt
wird.
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Aufgrund
seiner federnden Eigenschaften wird das Rastelement 110 beim
Einführen der Werkzeugschale 105 durch die nach
außen überstehenden Bolzen 106 nach außen
gedrückt und vorgespannt. Ist die Werkzeugschale 105 entsprechend der
zusammengebauten Arbeitskon figuration in der Trägerkassette 104 positioniert,
federt das Rastelement 110 zurück, legt sich wieder
an der Trägerkassette 104 an und der Bolzen 106a bzw. 106b durchdringt
die Ausnehmung 114, wodurch automatisch bzw. selbsttätig
die Verrastung bewirkt wird. Es kann auch nur auf jeweils einer
Seite der Trägerkassette 104 ein Rastelement 110 zur
formschlüssigen Verbindung vorhanden sein, wobei es sich
jedoch als vorteilhaft herausgestellt hat, wenn jeder Bolzen 106a, 106b mit
einem eigenen Rastelement 110 gesichert wird.
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In
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ragt
jeweils ein Bolzen 106a bzw. 106b soweit nach
außen über die Werkzeugschale 105 hinaus, dass
er auch das Rastelement 110 im Bereich dessen Ausnehmung 114 vollständig
durchdringt und nach außen über das Rastelement 110 übersteht.
Auf diese Weise kann eine formschlüssige Verbindung 109 hergestellt
werden, welche nicht bereits durch ein kräftiges Abziehen
der Trägerkassette 104 von der Werkzeugschale 105 vom
Werkstück weg nach außen gelöst werden
kann.
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In 4 ist
in Einzelteildarstellung das Rastelement 110 aus 2 dargestellt.
Gut zu erkennen ist in dieser Darstellung die Ausnehmung 114,
durch die der Bolzen 106a dringt und als Rastvorsprung 111 mit
dem beweglichen Rastelement 110 eine entsprechende Verrastung
bewirkt.
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Um
bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Verrastung der
zusammengebauten Arbeitskonfiguration zu lösen, muss das
bewegliche Rastelement 110 an seinem freien Ende 112 vom
Rastvorsprung weg bewegt werden, und zwar so weit, bis der Rastvorsprung 111,
in diesem Falle der äußerste Teile des Bolzen 106a bzw. 106b,
sich nicht mehr innerhalb der Ausnehmung 114 des Rastelements 110 befindet. Erst
dann kann die Trägerkassette 104 nach außen abgezogen
bzw. von der Werkzeugschale 105 abgenommen werden bzw.
im geöffneten Zustand der Andrückeinrichtung die
Werkzeugschale 105 aus der Trägerkassette 104 entnommen
werden.
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Die
Verrastung bzw. das bewegliche Rastelement 110 ist dabei
bevorzugt so ausgebildet, dass ein werkzeugfreies Lösen
der Verrastung möglich ist. Dazu ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ein zylindrisches Handhabungselement 115 am freien Ende
des beweglichen Rastelements 110 vorgesehen, das wie eine
Art Griff ausgebildet ist. In den 2 und 4 ist
das Handhabungselement 115 am freien Ende 112 des
Rastelements 110 gut zu erkennen.
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Um
die Verrastung zu lösen, kann dieses Handhabungselement 115 gegriffen
werden oder einfach mit den Fingern nach außen gedrückt
werden. Das Rastelement 110 kann somit, ohne ein Werkzeug
zu verwenden, vom Rastvorsprung nach außen weggebogen werden
und die Verrastung kann gelöst werden. Ein Bediener kann
so schnell manuell und ohne Werkzeug die Werkzeugschale wechseln. Dadurch
kann die benötigte Zeit für den Wechsel einer
Werkzeugschale 105 deutlich verringert werden. Dies wirkt
sich vorteilhaft auf die Produktivität und damit auf die
Fertigungskosten bei der Verwendung einer solchen Andrückeinrichtung 100a, 100b aus.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
das freie Ende 112 auch als Umlenkelement 115 ausgebildet.
Dabei führt das Umlenkelement 115 das Finishband 102,
und lenkt dieses von außen nach innen in den Bereich des
zu bearbeitenden Werkstückabschnitts 103 um. Die
somit erzeugte Bandspannung sichert zusätzlich gegen ungewolltes Lösen
der Verrastung
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In
dem Ausführungsbeispiel aus 1 ist außerdem
eine Einrichtung 117 zur Einstellung des Spiels der kardanischen
Aufhängung vorgesehen, welche durch die Lagerung der Werkzeugschale 105 mittels
der Bolzen 106 in der Trägerkassette 104 in den
Ausnehmungen 108a und 108b gebildet wird. Die
Einstelleinrichtung 117 hat dazu einen Bolzen oder Stift,
der in einer Bohrung bzw. einer Ausnehmung 119 geführt
werden kann. Die Ausnehmung 119 kann in der Werkzeugschale 105 oder
in der Trägerkassette 104 vorgesehen sein. Über
die Abmessungen der Ausnehmung 119 bzw. über den
Durchmesser oder auch die Form des Stiftes der Einstelleinrichtung 117 kann
das Spiel, um den die Werkzeugschale um die Bolzenachse 107 drehbar
gelagert ist, eingestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0161748
A2 [0010, 0011, 0013, 0015]
- - EP 0913232 B1 [0010, 0014]