DE2255322A1 - Vorrichtung zur bearbeitung von werkstuecken im laengs- und im querschnitt voneinander unabhaengig veraenderlichen profiles, insbesondere fuer kolben von verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

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SZERSZÄMGEPIPARI 'MDVEK ' ⁷· November 1972

Budapest X. Liget u. 22. - Str/Atf - . IQ; 855

Ungarn

Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken im Lings- und im Querschnitt voneinander unabhängig veränderlichen Profiles _t insbesondere für Kolben von VerbrennungsmotOren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken im Längs- und im Querschnitt voneinander unabhängig veränderlichen-Profiles, insbesondere für Kolben von Verbrennungsmotoren.

BekannterwejLse erfordern die im Betrieb auftretenden z.B, Wärmewirkungen und -beanspruchungen bei -zahlreichen Maschinenteilen, dass die Herstellung, d.h.* Bearbeitung dieser Teile als fertiger Werkstücke mit einer im Einb.auzustand gemäß bestimmten, berechneten oder empirisch er-* mittelten Gesetzmäßigkeiten ausgebildeten Gestaltung der Längsschnitt- und/oder Querschnittprofile derselben auf maschinellem ί,/ege mit hoher Genauigkeit und Produktivität durchgeführt werden kann. Ein eklatantes Beispiel hierfür

A-78-724 ' .

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stellt die Bearbeitung der Kolben von Verbrennungsmotoiren dar, da diese bekannterweise bestimmte Abweichungen von .. der regelmäßigen, symmetrischen Zylindergestalt aufweisen. Der Grund hierfür liegt darin, dass unter Berücksichtigung und Kompensierung der durch zahlreiche Versuche bestimmten Gesetzmäßigkeiten der infolge der im Kolbenkörper während des Betriebes entstehenden Temperaturverteilung hervorgerufenen temperaturabhängigen Verformung sog. an der gesamten Mantelfläche gleichmäßig aufliegende Kolben hergestellt und erhalten werden können· Zur Kompensierung der temperaturabhängigen Verformung sind zahlreiche konstruktive Lösungen, (so elastische, aufgeschlitzte, mit Durchbrüchen oder mit Stahleinlagen, usw. versehene Kolben) bekannt geworden, welche jedoch stets auch mit bestimmten Nachteilen behaftet sind* Im Zuge der obenangedeuteten Tendenz stellen den derzeit modernsten Entwicklungsstand insb. im Fahrzeug- und Motorenbau die sog. Zweifach-Ovalkblben dar, welche auch die im gegenüber dem Benzinbetrieb eine erhöhte Belastung darstellenden Dieselbetrieb auftretenden Beanspruchungen gut vertragen, ein optimales 'i'ragbild aufweisen, und somit die Anforderungen auf einem derzeit bekannten höchsten Niveau erfüllen. Das~Wesen der liZweifach-Ovalität¹¹ geht aus den beiliegenden Fig. 1 undPig, 2 eindeutig hervor, wobei die Abbildungsmaßstäbe, d.h. die Proportionen stark vergrößert bzw. verzerrt »ind. Die Mantelfläche der gegenständlichen Kolben ist aus vier, voneinander gut sichtbar getrennten und unterschiedlichen Flächenbereichen zusammengesetzt, von denen die einander gegenüberliegenden jeweils einander zugeordnet, d.h. entsprechend sind, und Flächenteile desselben ballistischen Ovalkegels bilden· Die beiden Ovalitäten können von voneinander unterschiedlicher Größe und auch veränderlich sein.

Die,Forderung nach einer Abweichung von der regelmäßigen Zylinderform gilt naturgemäß nicht nur für das Querschnittsprofil der Kolben, sondern auch das Längsprofil

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des Kolbens soll eine vom regelmäßig η Rechteck abweiche nde , durch, eine entlang der Längsachse nach einer vorbestimmten! Gesetzmäßigkeit kontinuierlich bzw. otetig verlaufende, allgemein als ballistisch genannte,Kurve als Erzeugende begrenzte Fläche darstellen«

Die vor dem Einbau"vorliegenden (sog, kalten) Abmessungen der Kolben werden allgemein durch-spanabhebende Bearbeitung, insbesondere,· ,durch Drehen eräugt. Hierbei kommt dem Drehen eine besondere Bedeutung zu, da die entsprechende Formgestaltung nach obigen Goaichtupunkten und gemäß vorbestimmter Profilausbildung dem Kolben im Laufe dieser technologischen Operation verliehen wird·

Infolge dessen, dass beispielsweise' die Kolben von Verbrennungsmotoren bereits auf verhältnismäßig frühen Entwicklungsstufen der Technik industrielle Massenprodukte darstellten, sind zu ihrer Herstellung und Bearbeitung, sowie zur Rationalisierung der letzteren zahlreiche Lösungen be- ' kannt geworden. - ,„

In der ,DT-PS 955.289 wird eine mit einer sog. Meisterschablone versehene Vorrichtung beschrieben, welche im Aufbau, zwar die einfachste Lösung verkörpert, jedoch den Nachteil zeigt, dass die Herstellung dieser. Meisterschablone mit einer .erforderlichen Genauigkeit eine äußerst schwierige Aufgabe darstellt, und sich die Verwendung der Vorrichtung in der Klein- und Mittelserienfertigung für nicht wirtschaftlich erweist.

Ein, anderes Verfahren zur Erzeugung eines Ovalquerschnittes verwendet, ein um eine mit der der Drehachse des Werkstückes einen bestimmten Winkel einschließende Achse rotierendes Werkzeug.-.Derartige Lösungen sind in den US-PS 2,720.806 und "US-PS 2.924.135 beschrieben. Diese Lösungen ergeben jedoch schwer einstellbare, spezielle Einzweckmaschinen. Durch die Fliehkraft wird hi^Tbei die erzielbare Drehzahl nach oben begrenzt, was vom tecuOlogisclien Gesichtspunkt zwangsläufig einen bedeutenden Wachteil dar-

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stellt.

Bei einer weiteren bekannten Lösung wird die erforderliche Ovalität durch gegenüber ihrer geometrischen. Achse geneigte Anordnung von äylinderförmigen Körpern erzielt. (DT-PS I.098.324) Dies wird unter der Verwendung von zusätzlichen Schablonen, Steuerhebeln, usw. bewerkstelligt, die Einrichtung ist demnach kompliziert, schwer einstellbar, und sie enthält zahlreiche StÖrungsquellen.

Es ist ferner eine Lösung bekannt, welche scheinbar sowohl die Bedürfnisse der Kleinserien- als auch diejenigen der Massenfertigung hinsichtlich der Erzeugung der Ovalität befriedigt. (DT-PS 1.219.769) Sie v/eist jedoch den Nachteil auf, dass die erzielbare Lüngsprofilgestalt durch die zur Erzeugung derselben verwendete Exzeriterscheibe eingeschränkt ist, und ferner eine an einer mit der Hauptwelle synchron angetriebenen Welle sitzende Ovalscheibe verwendet wird, was eine kostspielige konstruktive Lösung darstellt. Eine v/eitere bekannte Lösung ist in der DT-PS 969*040 beschrieben, welche jedoch eine hohe Anzahl von bewegten, schwingenden Elementen enthält, und die Herstellung der verwendeten konkaven und konvexen Steuerscheiben schwierig und auf-^ wendig ist. Die bewegten Massen beschränken hierbei ebenfalls die erzielbare Drehzahl nach oben hin.

V/eitere, nicht näher zu-beschreibende Lösungen sind ferner noch in den GB-PS 1.081.556 und GB-PS 1.145.615 enthalten, welche jedoch für eine gleichzeitig erfolgende Erzeugung von Zweifach-Ovalkolbeii teils wegen ihrer Kompliziertheit, teils jedoch infolge ihrer innewohnenden kinematischen Übertragungskette von vonherein nicht geeignet sind.

Dem Gegenstand der Erfindung am nächsten liegende bekannte Lösung ist in der HU-PS 152.I77 beschrieben. Hier wird jedoch ein Steuerelement von doppelter Aufgabe verwendet, dessen Anfertigung und Pflege V/orküuuijiaacher von hoher Qualifikation erfordert. Die Umstellzeit von einem Kolbeiityp' auf einen anderen bedingt hoho Stillstondfcoitcm zwischen den

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einzelnen Fertigungsserien, wodurch die Fertigung bei kleineren Losgrößen vom Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit nachteilig beeinflußt wird. Der bedeutendste Hachteil der letztgenannten Lösung liegt jedoch darin, dass das bereits erwähnte Steuerelement über die Steuerung der sich stets ändernden Ovalität des Querschnittes hinaus auch-die Steuerung der ballistischen Mantelerzeugenden, d.h. diejenige der Gestalt des Längsschnittprofiles mit bewirkt, und zwar derart, dass der Abbildungsmaßstab der letzteren in der Höhe von 1:1 liegt. Es ist leicht .einzusehen, dass die Verwirklichung einer-für den Mantel des Kolbens vorgeschriebenen Toleranz von z.B. 0,01 mm, für die Bearbeitung des Steuerelementes eine der letztgenannten höhere Genauigkeit erfördert wodurch dieselbe äußerst kostspielig und schwer durchführbar wird.

Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der Mängel der obenaufgezählten bekannten Lösungen und die Schaffung einer Vorrichtung, durch welche Werkstücke im Längs- und im Querschnitt voneinander unabhängig veränderlicheil Profiles, insbesondere mit ballistischer Mantelerzeugenden ausgebildete Zwoifach-Ovalkolben von Verbrennungsmotoren in einem' einzigen Arbeitszyklus bearbeitet werden können·

. Die.Erfindung·beruht auf der Erkenntnis, dass das obige Ziel erreicht werden kann, falls die Werkzeugsteuereinrichtung, zur-^Ausbildung des Längssclinittprofiles unter Beibehaltung einer Werkzeugsteuereinrichtung für' das. Querschnitt sprofilgemäß der HU-PS 1^2.177 erfindungsgemäß von der letzteren unabhängig ausgebildet wird, wobei für die Herstellung der ballistischen Mantelerzeugenden des Längsprofiles eine einfach herstellbare Kopierschablone von hohem Überset zunsvexhältnis, verwendet wird. . , Im Sinne der obigen besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Werkzeugsteuereinrichtung zur Ausbildung des Längsschnittprofiles, welche eine auf die Drehachse eines Werksbückos senkrecht angeordnete, an einem Ende mit einem '

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Steuerhebel versehene, durch eine als Endstück des letztgenannten Steuerhebels ausgebildete Tastspitze unter Wirkung einer Feder gegen eine Kopierschablone aufliegende, in ihrem mittleren Bereich in einem Werkzeugschlitten durch eine spielfreie Lagerung festgehaltene, an ihrem anderen Ende mit Gewinde versehene Verstellspindel aufweist, die an ihrem mit Gewinde versehenen Ende mit einer in einem mit dem Werkzeugschlitten durch spielfreie Rollenführungen verbundenen Unterschlitten unter Zwischenschaltung von Vorspannfedern gegen einen Nennmaß-Einstellkeil abgestützten Mitnehmermutter spielfrei im Eingriff steht. Die erfiiidungagemäße Vorrichtung weist ferner um die Drehachse des Werkstückes in bestimmten Umfangsbereichen gegeneinander beliebig phasenverschoben angeordnete, im einzelnen aus je einem mit einem gegen ein- und dieselbe Drehschablone durch ein Tastorgan unter der Wirkung einer Feder aufliegenden Schwinghebel über ein am selben Schwinghebel verstellbar befestigtes Übertragungselement verbundenen, durch Feder gegengestützten Drehstahlhalter bestehende zwei Werkzeugsteuereinrichtungen zur Bearbeitung des Querschnitt»- profiles auf.

Die obenbeschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Bearbeitung von sämtlichen, in der Praxis vorkommenden, vom Kreisquerschnitt abweichenden Querschnittsprofilen. So ist sie zur Herstellung von sich verjüngenden, vergrößernden, mit Stufen versehenen oder konstant bleibenden Ovalitäten, ja sogar zur gleichzeitigen Bearbeitung von Zweifach-Ovalitäterugeeignet. Zugleich kann mit ihrer Hilfe von der Ovalität, d.h. vom ^uerschnittprofil völlig unabhängig ein beliebiges d.h. beliebig ballistisches Längsschnittsprofil ausgebildet werden, wobei eine erhöhte Maßgenauigkeit, eine erforderliche Oberflächenbeschaffenheit sowie eine höhere Produktivität ohno übermäßige Anforderungen gegenüber den verwendeten Schablonen mib erzielb werden können.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der· beiliegenden Zeichnungen ausführlich be-

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schrieben.-Die Zeichnungen sind:

Fig. 1 und¹ Fig. 2 schematische Darstellungen eines „'■■■■- Zweifaclt-Qvalkolbens, '

3 ' eine schematische Seitenansicht

der Werkzeugsteu.ereinriclitung zur Ausbildung des Queruchnittprofiles einer bespielsweiseH erfindungsgemäßen Vorrichtung teilweise im Schnitt, und

4 die perspektivische Darstellung der Werkzeiigst euer einrichtung einer beispielsweisen erfindungsgemäßen Vor--

• richtung zur Ausbildung des Längs-

schnittprofiles.

Gegen eine mit einem auf die Hauptspindel aufgespannten Werkstück 1 synchron rotierende Drehschablone 2 liegt ein last organ 4 eines Schwinghebels ~$ auf, wobei für den ständigen Kontakt von einer Feder 5 Sorge getragen wird. Die Drehschablone 2 trägt eine mit der am Werkstück 1 auszubildenden Ovalität proportionale Gesetzmäßigkeit. An einer abgeflachten Fläche des Schwinghebels 5 ist ein zylindrisches Übertragungselement 6 befestigt, welches hierbei lediglieh, für die Übertragung der Bewegung dient, und gegen welches unter Wirkung einer entsprechend dimensionierten Feder ,9 eine Abtastleiste 8 eines drehbar gelagerten Drehstahlhalters 7 ständig aufliegt. Durch Veränderung der Befestigungsstelle des Übertragungselementes. 6 in etwa radialer Richtung kann der. jeweils erforderliche Abbildungsmaßstab der durch die · Drehschablone 2 getragenen Gesetzmäßigkeit eingestellt werden. Zur gleichzeitig erfolgende]· bearbeitung bzw. Herstellung einer Zweifach-Ovalität.sind um den Umfang des Werkstückes 1 zwei, mit der obenbeschriebenen Einrichtung im wesentlichen analog ausgebildete Werkzeugsteueroinriclituiigen- zur Ausbildung des Querschnittsprofiles (Fig. 3) -Leliebi .>■■,,. ϊ-.weekmäßi.g-jedoch gegeneinander um 180°'."phasenvej schoben -angeordnet. Durch diese, um 180° phasenver,schobone Anoi'dnuug de.t· Eim-ichtungen

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wird eine Symmetrie der Ovalitäten zueinander falls auch die Schneidkanten der Drehstahle IO ebenso angeordnet sind.

Die letzten Glieder der obenbeschriebenen Scnwiiigungssysteme stellen die Drehstähle 10 dar ^ welche mit cfen Drehötahlhaltern mitbewegt Werden. Durch die Amplitude dieser Schwingbewegung wird die jeweilige Ovalität,-und durch den Abstand Zwischen der Spitze des Drehs tallies 10 und der Drehachse des Werkstückes 1 der -jeweilige Durchmesser des letzteren. bestimmt. Die Aenderung des E enndurc Messers entlang und in Richtung der Längsachse, d.h. die ballistischeMähte!erzeugende , und somit das Profil des Längsschnittes werden durch Anwendung der erfindunüßü'°^mäßen tfeirkzeugsteuereinrlchtüng zur Ausbildung des LängssChnittprofiles erzeugtj welche im folgenden anhand der I'ig. 4 beschrieben wird:

Der Drehstahlhalter 7 ist in Lagerstellen 12 an einem Werkzeugschlitten 11 schwingend gelagert, wobei der Werkzeugschlitten 11 mit einem Unterschlitten IJ durch spielfreie Rollenführungen 14 verbunden ist, und somit seine in Bezug auf den Unterschlitten 13 in Querrichtung erfolgende Bewegung ermöglicht ist. Diese tiuerbewegung wird durch eine in ihrem mittleren Bereich mit dem Werkzeugschlitten 11 durch eine spielfreie Lagerung 16 verbundene j in ihrem Endbereich mit Gewinde versehene Verstellspindel 15 bewirkt, welche in diesem Endbereich mit einer Iüitnehmermutter 17 in Eingriff steht, während an ihrem anderen Ende ein Steuerhebel 18 drehfest befestigt ist. Die Mitnehmermutter 17 ist gegen Vorspannfeder 23 abgestützt durch einen Wennmaß-Einstel!keil 22 bezüglich ihrer Lage verstellbar, nach erfolgter Einstellung jedoch ortsfest im Unterschlitten 13 angeordnet. Diirch eine Drehung der Verstellspindel 15 wird somit eine Bewegung des V/erkzeugschlittens 11 in Richtung senkrecht auf die Drehachse des V/erkstückes 1 bewirkt, wobei diese Bewegung als Funktion der Steigung des Gewindes sov/ie des jeweilir;on Drehwinkels der Versteilsx^iudel 15 entstellt. Dor Drehwiiikel

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der Versbellspindel 15 wird durch eine durch .die in Richtung der Drehachse des v/erk Stückes i erfolgende Vorschubbewegung des Unterschlibtens 15 awangsgesteuerte Bewegung eLner als Endstück des.Steuerhebels 18'ausgebildeten, sich gegen eine Kopierschablone 20 unter v'/irkung einer tfeder 21 abstützenden» und dieser Kopierschablone 20 enbiangbewegenden '!astspitze 19 bewirkb« Dieser Drehwinkel, und somit die durch die Kopierschablone 20 /,etragone- Gesetzmäßigkeit werden auf die beschriebene !//eise in eine in Verrichtung erfolgende Drehst aiilbewegung überführt, wobei durch die obige, erfindungsge-iQäße tferkzeiigsteuereinrichtung die überbragung derrauf der Kopierschablone 20 vorhandenen Gesetzmäßigkeit auf das Längsprofil des WerkstückeB-l bei einem Verkleinerungsmaßstab von z.B. 1:150 möglich ist. Infolge dessen werden auch die Herste llung sungenauigkei te η del- Kopierschablone 20 auf die Mantelerzeugende des Werkstückes 1 mit einer Verkleinerung von l;150 übertragen, wodurch die Anfertigung der Kopierschablone 20 gegenüber denjenigen der bislang bekannten ■ '■ Lösungen billig und einfach durchführbar wird, und die Vor** richtung selbst einfach bedienbar und übersiciitlich bleibt.

. Über die Ermöglichung der Ausbildung des Längsschnittprofiles mit einer bislang nicht erreichbaren Genauigkeit und Einfachheit hinaus gewährleisteb die erfindungsgemäß© Vorrichtung die Juöglichkeit der gleichzeitig erfolgenden Ausbildung von ,zweijj voneinander unabhängigen und sich unabhängig änderndj%n% .Ovalitäten mit beIs zweier unabhängig ge- ■ steuerte!¹ Werkzeuge,, u.zw. unter !Sicherung der idealen Durchdringung-dieser Ova Ii tat en ohne .uisäbzliche Übergaririsradieii oder dgl. . . "" ·

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zugleich auch · für die Herstellung von Einfach-Ovalkolbenvorteilhaft verwendet v/erden, wobei eine gegenüber der der bekannten Vor- ⁵ richtungen wesentlich höhere Produktivität dadurch .erzielt' werden kann, dass der eine Drehst aiii z,h-, für eine Grobbearbeitung stets vor dem. feinbearbeitenden zweiten Drehstahl ~' arbeitend eingesetzt wird.

_Λ , . BAD OBIGiNAL

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Claims (1)

1. 225532?

   - ίο -

   Patentanspruch

   Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken im Längs- und im !Querschnitt voneinander unabhängig \^reränderlichen Profiles, insbesondere für Kolben von Verbrennungsmotoren, welche zur Bearbeitung des Längs- sowie des Querschnittsprofiles, sowie zur Aenderung derselben geeignete V/erkzeugsteuereinriehtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Werkzeugsteuereinrichtung zur Ausbildung des Längsschnitbprofiles eine auf die Drehachse eines Werkstückes (1) senkredht angeordnete, an einem Ende mit einem Steuerhebel (18) versehene, durch eine als Endstück des letztgenannten Steuerhebels (18) ausgebildete Tastspitze (19) unter Wirkung einer Feder (21) gegen eine Kopierschablone (20) aufliegende, in ihrem mittleren Bereich in einem Werkzeugschlitten (11) durch eine spielfreie Lagerung (16) festgehaltene, an ihrem anderen Ende mit Gewinde versehene Verstellcpindel (15) besitzt, welche an ihrem mit gewinde versehenen Ende mit einer in einem mit dem Werkzeugschlitten (11) durch spielfreie Hollenführungen (14) verbundenen Unterschlitten (13) unter Zwischenschaltung von Vorspannfedern (23) gegen einen Nennmaß- -Einstellkeil (22) abgestützten Mitnekmermutter (17) spielfrei in Eingriff steht; ferner dass sie um die Drehachse des Werkstückes (1) in bestimmten Umfangsbereichen gegeneinander beliebig phasenverschoben angeordnete, im einzelnen aus je einem mit einem gegen ein und dieselbe Drehschablone (2) durch ein Tastorgan (4) unter der 'Wirkung einer Feder (4) aufliegenden Schwinghebel (3) über ein am selben Schwinghebel (3) verstellbar befestigtes Übertragungselement (6) verbundenen, durch Feder (9) gegengestützten Drehstahlhalter (7) bostehendo zwei Werkzeugsteuereinrichbungen zur Bearbeitung des (juorschnittsprofiles aufweis br

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