DE2253783A1

DE2253783A1 - Verfahren und vorrichtung zum schleifen der stirnflaechen zylindrischer koerper

Info

Publication number: DE2253783A1
Application number: DE2253783A
Authority: DE
Inventors: Giorgio Dipl Ing Zerbola
Original assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Current assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Priority date: 1971-11-03
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1973-06-14
Also published as: IT942788B; JPS4853394A; GB1411552A; FR2159899A5; US3859756A

Description

Patentanwälte ο ο c ο 7 ο ο

Dipl. Ing. F.lVeickmann,:- .-·-·. έέΟΟ /ο J

Dipl. !ng. H. Weickmann, Dipl. Phys. Dr. K. Fincfce

Dipl. Ing. F. A. Weiclcmann, Dip». Gheni. B. Huber

8 H'ör.Dhen 27, Möhfstr. 22

SKP Industrial Trading and Development Company B.V., Amsterdam, Niederlande

Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen der Stirnflächen zylindrischer Körper

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen der Stirnflächen zylindrischer Körper, wobei sich die Körper zwischen zwei vorzugsweise koaxialen Schleifscheiben auf eindr im wesentlichen kreisförmigen Bahn vorwärts be-

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wegen und sich gleichzeitig um ihre eigene Achse drehen. Außerdem hat die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens zum Gegenstand.

Zylindrische Körper finden auf vielen Gebieten der Technik Verwendung, so z.B. auch als Wälzkörper für Rollen- oder Nadellager. Pur einen fehlerfreien Einbau der Rollen zwischen die Lagerringe und für einen einwandfreien Betrieb dieser Lager ist es erforderlich, daß jede Rolle eine ausgezeichnete Oberflächenbeschaffenheit aufweist und daß die Stirnflächen jeder Rolle genau rechtwinklig zur Rollenachse verlaufen. Diese beiden Eigenschaften, die nur durch genaues Schleifen der Rollen erzielt werden können, tragen dazu bei, die Laufgenauigkeit, die Leistung und die Lebensdauer der Wälzlager zu erhöhen, indem die Reibung vermindert und die axiale PUhrung der Rollen verbessert wird.

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Zum Schleifen der Stirnflächen zylindrischer Körper ist eine Planschleifmaschine mit zwei koaxialen Schleifscheiben bekanntgeworden, zwischen die eine rotierende PUhrungsscheibe eingreift, auf deren Umfangsflache die Körper während des Schleifens abrollen. Die Außenlaufbahn für die Rollen während des Schleifvorgangs bildet ein Ringsegment. Diese Schleifmaschine, die in der CH-PS ^27 547 beschrieben und dargestellt ist, hat den Nachteil, daß die Drehgeschwindigkeit der Rollen um ihre eigene Achse von der Drehgeschwindigkeit der Führungsscheibe abhängig ist. Damit kann während des Schleifvorgangs kein geeignetes Verhältnis zwischen diesen beiden Drehgeschwindigkeiten gewählt werden, um einen maximalen Wirkungsgrad und größte Bearbeitungsgenauigkeit zu erzielen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt darin, daß die Rollen trotz eines an der Innenfläche des Ringsegmentes angebrachten Druckelementes nicht immer so genau achsparallel geführt werden, daß die Gefahr des Verkantens der Rollen sicher ausgeschlossen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schleifen der Stirnflächen zylindrischer Körper zu schaffen, bei denen die Bewegungsverhältnisse der Körper variabel sind, so daß es möglich ist, die Durchlaufzeit beim Schleifen einerseits und die Bearbeitungsgenauigkeit andererseits unabhängig voneinander und den Jeweils geforderten Bedingungen entsprechend zu wählen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Drehgeschwindigkeit, mit der sich die Körper um ihre eigene Achse drehen, unabhängig von der Drehgeschwindigkeit zur Vorwärtsbewegung der Körper wählbar ist.

Weiter wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Schleifen der Stirnflächen zylindrischer Körper mit zwei vorzugsweise koaxialen Schleifscheiben, einer zwischen diese greifenden PUhrungsscheibe, auf deren Umfangsfläche die Körper abrollen, sowie Mitteln zum Vorwärtsbewegen und Drehen der Körper dadurch

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gelöst, daß die Mittel zum Vorwärtsbewegen der Körper unabhängig von den Mitteln zum Drehen der Körper um deren eigene Achse antreibbar sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist es möglich, den zylindrischen Körpern während des Schleifvorganges eine Drehbewegung aufzuprägen* die von der Vorwärtsbewegung zwischen den beiden Schleifscheiben völlig unabhängig gewählt werden kann. _v

Damit kann die Schleifleistung sowie die Oberflächenbeschaffenheit der zu schleifenden Stirnflächen den jeweiligen Erfordernissen angepaßt Tverden.

Zur genauen Führung der zylindrischen Körper während des Schleifvorganges enthalten die Mittel zum Vorwärtsbewegen der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen die Führungsscheibe umfassenden, ringförmigen Käfig mit in Richtung auf die Umfangsfläche der Führungsscheibe offenen Taschen zur Aufnahme der Körper. In Weiterbildung dieser Vorrichtung kann dieser Käfig auf einem Teil seines ümfangs von einem Treibriemen umschlungen werden.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist eine antreibbare Außenlaufbahn vorgesehen, auf der sich die Körper abwälzen, wobei diese Außenlaufbahn aus einem Riemen bestehen kann, der unabhängig vom Treibriemen antreibbar ist. Dabei ist es vorteilhaft, daß der Käfig am Außenumfang eine bis in die Taschen hineinreichende Ringnut aufweist, in die der Riemen zum Drehen der Körper um deren eigene Achse eingreift. Mit diesen Maßnahmen ist es möglich, den zylindrischen Körper während des Schleifvorgangs eine Drehbewegung um ihre eigene Achse zu erteilen, die^unabhängig von der Geschwindigkeit zur Vorwärtsbewegung der Körper ist.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die am Außenumfang des Käfigs vorgesehene Ringnut nach außen hin Schultern für die Aufnahme des Treibriemens auf.

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Zur seitlichen Führung des Käfigs auf der PUhrungsscheibe sind am Innenumfang des Käfigs Führungsplättchen befestigt, die in eine am Außenumfang der Führungsscheibe eingearbeitete, umlaufende Nut eingreifen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines AusfUhrungsbeispieles, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Diese zeigen in:

Figur 1 die Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, teilweise in Explosionsdarstellung,

Figur 2 eine scheraatische Seitenansicht der Vorrichtung nach Figur 1,

Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Seitenansicht gemäß Figur 2,

Figur 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV der Figur 3,

Figur 5 einen Schnitt gemäß der Linie V/V der Figur 5,

Figur 6 eine achematische Wiedergabe des in Figur 4 Dargestellten,

Figur 7 zur Veranschaulichung der Epizykloiden-Bewegung die kinematisch äquvivalente Wiedergabe der Figur 6 in symbolhafter Darstellung und

Figur 8 eine schematische Seitenansicht der Figur 7·

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine mit 1 bezeichnete Einrichtung zum Bewegen der zu schleifenden Rollen sowie ein Paar koaxialer Schleifscheiben 2, in dessen Zwischenraum 3 die bereits erwähnte Einrichtung 1 eingreift, sowie Mittel 4 zum Antreiben der Einrichtung 1 (Figur 1). Anstatt die beiden Schleifscheiben 2 koaxial zueinander anzuordnen, ist es auch möglich, daß deren Achsen einen stumpfen Winkel miteinander bilden. Die beiden Schleifscheiben

3 0 i! 8 2 U I 0 3 0 5

drehen sich, wie aus Figur 2 hervorgeht, in derselben Richtung und werden· von je einem nicht weiter dargestellten Motor angetrieben.

Die Einrichtung 1 zum Bewegen der zu schleifenden Körper besteht im wesentlichen aus einer Führungsscheibe 5, die auf ihrer Umfangsflache eine Laufbahn 6 für eine Reihe von Rollen 7 aufweist, deren Stirnflächen 7' geschliffen werden sollen. Die Führungsscheibe 5 wird von einem nicht weiter dargestellten Antrieb um ihre eigene Achse in Drehung versetzt, dessen Drehzahl in einem bestimmten Bereich variabel ist.

Die FUhrungsscheibe 5 wird von einem ringförmigen Käfig 8 umfaßt, der koaxial zur Führungsscheibe 5 angeordnet ist und im wesentlichen in der Ebene der Führungsscheibe 5 liegt. Mit seiner zylindrischen Innenfläche 11 ist der Käfig 8 relativ zur FUhrungsscheibe 5 drehbeweglich. Zur Vermeidung von Gleitreibung ist es möglich, den Käfig 8 nicht unmittelbar auf der Führungsseheibe 5 zu lagern, wie das der Einfachheit halber in den Zeichnungen dargestellt ist, sondern unabhängig von der Führungsscheibe 5 durch an sich bekannte Lager, die ein Gleiten zwischen der zylindrischen Innenfläche 11 und der Laufbahn 6 verhindern.

Der Käfig 8 ist an seiner Innenseite mit in Richtung auf die Laufbahn 6 der Führungsscheibe 5 hin offenen Taschen 12 versehen, die zur Aufnahme Je einer Rolle 7 dienen. Jede Tasche 12 wird durch eine halbzylindrische Fläche Γ5 und zwei gegenüberliegende, gerade Seitenwände l4 begrenzt. Der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 14 ist geringfügig größer als der Durchmesser einer Rolle 7* so daß diese sich in der Tasche 12 drehen kann und durch die Seitenwände 14 lediglich geführt wird. Wie aus Figur J5 weiter hervorgeht, ist zwischen jeder Rolle 7 und der halbzylindrischen Fläche 15 einer Tasche 12 ein gewisses Spiel vorhanden, wenn die Rollen 7 in Berührung mit der Laufbahn 6 der Führungsscheibe 5 sind.

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Der Käfig 8 weist in der Mitte des Außenumfangs eine Ringnut 15 auf, deren Tiefe a (Figuren 4 und 5) so groß bemessen ist, daß diese bis in die Taschen 12 hineinreicht. Nach außen hin hat die Ringnut 15 ein Paar konischer Schultern l6, die für die Aufnahme eines keilförmigen Treibriemens 17 dienen. Der Treibriemen 17 ist ein Teil der Mittel 4 zum Antreiben der Bewegungseinrichtung 1 und wird von einer Riemenscheibe 18 angetrieben.

Auch die Umfangsfläche der Führungsscheibe 5 ist mit einer umlaufenden Nut 19 versehen (Figuren 4 und 5)» die im wesentlichen in der Ebene der Ringnut 15 liegt und in die FUhrungsplättchen 2o eingreifen. Jedes dieser FUhrungsplättchen 2o ist U-förmig gestaltet (Figuren 1 und 3)* wobei die Schenkel 21 in Aussparungen 22 (Figur 5) eingreifen, die in der zylindrischen Innenfläche 11 des Käfigs 8 zwischen den Taschen 12 vorgesehen sind. Die FUhrungsplättchen 2o, die mit dem Käfig 8 durch Stifte 23 verbunden sind, dienen zur seitlichen Führung des Käfigs 8 auf der FUhrungsscheibe 5# wenn diese sich relativ zum Käfig 8 dreht.

Innerhalb der Ringnut 15 des Käfigs 8 befindet sich ein Riemen 24 (Figuren 1, 2 und 4), der einen Teil der Rollen 7 umschlingt und von einer Riemenscheibe angetrieben wird, die zu den Mitteln 4 zum Antreiben der Einrichtung 1 gehört. Beide Riemenscheiben 18 und 25 (Figur 2) werden durch voneinander unabhängige Motoren angetrieben, deren Drehzahlen in einem bestimmten Bereich den jeweiligen Bedingungen entsprechend gewählt werden können.

Die soeben beschriebene, erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise:

Die Einrichtung 1 zum Bewegen der zu schleifenden Körper wird mit Rollen 7 manuell oder automatisch gefüllt, wobei jeweils eine Rolle 7 in eine Tasche des Käfigs 8 eingeführt wird. Die Rollen 7 werden in dem Bereich des Käfigs

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eingefüllt, der gerade nicht vom Riemen 24 umschlungen wird; wie aus Figur 2 hervorgeht ,liegt dieser Bereich zwischen den beiden Geraden a und b. Die bereits eingefüllten Rollen 7> die sich im Umschlingungsbereich des Riemens 24 befinden, werden durch diesen mit ihrer zylindrischen Mantelfläche radial gegen die Laufbahn 6 der Führungsseheibe 5 gedrückt.

Während des Schleifens bewegt sich die Einrichtung 1 in der folgenden Weise:

Die Führungsscheibe 5 (Figur 2) wird durch geeignete Mittel in Drehung versetzt, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, während der Käfig 8 durch den Keilriemen 17 und die Riemenscheibe 18 im entgegengesetzten Sinn (Uhrzeigersinn) gedreht wird. Gleichzeitig werden die Rollen 7 auf der Laufbahn 6 der Führungsscheibe 5 mittels des Riemens 24 und der Riemenscheibe 25 in Rotation versetzt. Auf diese Weise werden die Rollen 7 auf einer im wesentlichen kreisförmigen Bahn zwischen den beiden Schleifscheiben 2 vorwärts bewegt; dabei werden die Stirnflächen 7¹ der Rollen 7, die sich zwischen den Schleifscheiben 2 befinden, spanabhebend bearbeitet.

Die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Rollen 7 entlang der kreisförmigen Bahn entspricht der Bahngeschwindigkeit der Achsen dieser Rollen 7, welche von der Winkelgeschwindigkeit des Käfigs 8 abhängig ist. Während dieser Bewegung rotieren die Rollen 7 auch um ihre eigene Achse und walzen sich dabei sowohl auf der Laufbahn 6 der Führungsscheibe 5 als auch auf dem Riemen 24 ab, der diese umschlingt. Bei einer gegebenen Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung kann die Rotationsgeschwindigkeit der Rollen 7 um ihre eigenen Achsen beliebig gewählt werden. Zum besseren Verständnis der Bewegungsvorgänge der Einrichtung 1 dienen die folgenden Überlegungen.

Unter der Voraussetzung, daß zwischen dem Riemen 24 und den Rollen 7 sowie zwischen diesen und der Laufbahn 6 kein Gleiten stattfindet, kann die Ein-

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richtung 1 zum Bewegen der Rollen 7 als Umlaufgetriebe betrachtet werden, in dem Bewegungen auf der Bahn einer Epizykloide festgestellt werden können. In dem Umlaufgetriebe bilden, wie aus den Figuren 6 bis 8 zu entnehmen ist, die FUhrungsseheibe 5 das Sonnenrad, die Rollen 7 die Planetenräder, der Riemen 2k das Außenrad und der Käfig 8 den Steg.

Bekanntlich sind In einem Umlaufgetriebe die Winkelgeschwindigkeiten des Sonnenrades 5# des Außenrades 2k und des Steges 8 nicht unabhängig voneinander; wenn zwei der genannten Geschwindigkeiten vorgegeben sind, hängt die dritte von diesen ab. Im folgenden ist die Winkelgeschwindigkeit des Sonnenrades 5 mit CJ bezeichnet, die Winkelgeschwindigkeit des Außenrades 2k mit ω' und die Winkelgeschwindigkeit des Steges 8 mit 12. (vgl. Figur 8); r ist der Radius des Sonnenrades 5 (Radius der Laufbahn 6 der Führungsscheibe 5) und r¹ ist der Radius des Außenrades 2k (Radius der die Rollen 7 Einhüllenden). Unter Anwendung der bekannten Formel von Willis ergibt sich mit diesen Größen die folgende Beziehung:

¹ - il « ( JT- ω);? (ι)

Diese Beziehung zeigt, daß die Winkelgeschwindigkeit Jedes der drei Elemente von der Winkelgeschwindigkeit der anderen beiden Elemente abhängig ist.

Aus Gründen, die weiter unten erläutert werden, ist auch die Kenntnis der Winkelgeschwindigkeit GJ der Planetenräder 7 (Rollen 7) um ihre eigenen Achsen von Bedeutung. Diese Winkelgeschwindigkeit kann, wie bekannt, dadurch ermittelt werden, daß der Epizykloiden-Bewegung eine fiktive Rotation mit der Winkelgeschwindigkeit - Jl um die Achse des Sonnenrades 5 überlagert wird; in diesem Fall liegt ein Grundgetriebe vor, das heißt, ein Getriebe mit feststehendem Steg. Mit dieser Überlegung erhält man folgende Gleichung für die Winkelgeschwindigkeit (O_g eines Planetenrades 7» dessen Radius mit r_s bezeichnet ist:

₅ - ( ω- Si) ~

(2)

Blatt - 9 -

3 O 9 8 2 A / O 3 O 5

Diese Gleichung zeigt, daß die Winkelgeschwindigkeit oo_s jedes Planetenrades

7 von der Winkelgeschwindigkeit der anderen beiden Elemente (Sonnenrad oder Außenrad) abhängig ist.

Die soeben durchgeführten, theoretischen Überlegungen zeigen deutlich, daß beim Schleifen der Stirnflächen 7' der Rollen 7j im Gegensatz zu bekannten Verfahren und Vorrichtungen, sowohl die Drehgeschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Rollen 7 zwischen den Schleifscheiben 2 als auch die Drehgeschwindigkeit der Rollen 7 selbst um ihre eigenen Achsen beliebig gewählt werden können. In der Praxis wird zunächst die Winkelgeschwindigkeit Π des Steges

8 und dann die Winkelgeschwindigkeit O₃ der Planetenräder 7 gewählt werden; wie die Gleichung (2) zeigt, ist das Verhältnis dieser beiden Winkelgeschwindigkeiten beliebig und hängt nur von der Wahl der Winkelgeschwindigkeit cj des Sonnenrades 5 ab.

Mit der Erfindung ist es somit möglich, zunächst eine geeignete Drehgeschwindigkeit zur Vorwärtsbewegung der Rollen 7 zwischen den Schleifscheiben 2 zu wählen (Winkelgeschwindigkeit XI ), von der die Anzahl der je Zeiteinheit geschliffenen Rollen 7 abhängt, und dann eine geeignete Drehgeschwindigkeit, (cjg) der Rollen 7 um ihre eigenen Achsen, mit der die Bearbeitungsqualität für die zu schleifenden Stirnflächen 7' beeinflußt werden kann.

Die Erfindung hebt sich außerdem von bekannten Verfahren und Vorrichtungen in vorteilhafter Weise dadurch ab, daß alle Teile unmittelbar angetrieben werden; dies trifft sowohl für alle rotierenden Teile der Einrichtung 1 zum Bewegen der Rollen 7 als auch für die Rollen 7 selbst zu. Diese Tatsache hat den Vorteil, daß alle genannten Geschwindigkeiten der anzutreibenden Teile den vorausberechneten entsprechen und daß schlagartige Beschleunigungen oder Verzögerungen der rotierenden Teile vermieden werden.

Wie bereits erwähnt, sind die Winkelgeschwindigkeiten co, Co' und Π entsprechend der Formel (l) untereinander abhängig. Daher ist das System auch ohne den Treibriemen 17 und die dazugehörige Riemenscheibe l8 kinematisch bestimmt, wenn die Pührungsscheibe 5 mit der Winkelgeschwindigkeit ω und der Riemen

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mit der Winkelgeschwindigkeit ω' durch zwei voneinander unabhängige Motoren angetrieben werden. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß es trotzdem von Vorteil ist, den Riementrieb mit dem Keilriemen 17 und der Riemenscheibe l8 vorzusehen, um zu vermeiden, daß sprunghafte Änderungen der, von den Schleifscheiben 2 ausgeübten Kräfte ein Gleiten des Riemens 24 auf den Rollen 7 mit Präzeasion des Käfigs 8 verursachen. Selbstverständlich ist es dabei erforderlich, daß die Riemenscheibe 18 durch mechanische oder elektrische Mittel sehr genau synchron angetrieben wird, damit die Bedingung der Gleichung (l) erfüllt ist.

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Claims

Patentansprüche

1. !Verfahren zum Schleifen der Stirnflächen zylindrischer Körper, wobei sieh

die Körper zwischen zwei vorzugsweise koaxialen Schleifscheiben auf einer im wesentlichen kreisförmigen Bahn vorwärts bewegen und sich gleichzeitig um ihre eigene Achse drehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit, mit der sich die Körper (7) um ihre eigene Achse drehen, unabhängig von der Drehgeschwindigkeit zur Vorwärtsbewegung der Körper (7) wählbar ist.

2. Vorrichtung zum Schleifen der Stirnflächen zylindrischer Körper mit zwei vorzugsweise koaxialen Schleifscheiben, einer zwischen diese greifenden Führungsscheibe, auf deren ümfangsflache die Körper abrollen, sowie Mitteln zum Vorwärtsbewegen und Drehen der Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Vorwärtsbewegen der Körper (7) unabhängig von den Mitteln zum Drehen der Körper (7) um deren eigene Achse antreibbar sind.

5· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Vorwärtsbewegen einen die PUhrungsscheibe (5) umfassenden, ringförmigen Käfig (8) mit in Richtung auf die Umfangsfläche der PUhrungsseheibe (5) offenen Taschen (12) zur Aufnahme der Körper (7) enthalten.

k. Vorrichtung nach Anspruch 3* gekennzeichnet durch einen den Käfig (8) auf einem Teil seines Umfangs umschlingenden Treibriemen (17).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine antreibbare Außenlaufbahn, auf der sich die Körper (7) abwälzen und die koaxial zur Umfangsfläche der PUhrungsseheibe (5) angeordnet ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Außenlaufbahn aus einem Riemen (24) besteht, der unabhängig vom Treibriemen (17) antreibbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (8) am Außenumfang eine bis in die Taschen (12) hineinreichende Ringnut (15) aufweist, in die der Riemen (24) zum Drehen der Körper (7) um deren eigene Achse eingreift.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (15) nach außen hin Schultern (16) für die Aufnahme des Treibriemens (17) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch am Innenumfang des Käfigs (8) befestigte Führungsplättchen (2o), die in eine am Außenumfang der Pührungsseheibe (5) eingearbeitete, umlaufende Nut (19) eingreifen.

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