DE4030375A1

DE4030375A1 - Verfahren und vorrichtung zum feinschleifen der exzentrischen nockenoberflaeche an den nocken einer nockenwelle

Info

Publication number: DE4030375A1
Application number: DE19904030375
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Current assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1992-04-09
Also published as: GB9114722D0; FR2667008A1; GB2248202A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinschleifen der exzentrischen Nockenoberfläche an den Nocken einer Nockenwelle, insbes. einer Kraftfahrzeugnocken welle, wobei die Nockenwelle um ihre Achse mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit angetrieben und gegebenenfalls zusätzlich in Achsrichtung oszillierend bewegt wird und wobei der Feinschleifvorgang mit Hilfe von zumindest einem Feinschleifstein durchgeführt wird, der mit einer vorgegebenen Andrückkraft gegen die Nockenober fläche gedrückt wird. Die Erfindung betrifft fernerhin eine an einer Feinschleifmaschine angeordnete Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens. - Es versteht sich, daß der Werkzeugträger nach Maßgabe der Exzentri zität der Nockenoberfläche hinundher bewegt wird.

Im Rahmen der aus der Praxis bekannten Maßnahmen, von denen die Erfindung ausgeht, ist die Andrückkraft vorgabegemäß über die gesamte Nockenfläche konstant. Eine Steuerung der Andrückkraft nach Maßgabe der Winkelstellung des Nockens bei der Rotation der Nocken welle findet nicht statt. Die vorgegebene Andrückkraft ist jedoch beeinflußt von Massekräften, die aus der hin- und hergehenden Bewegung des Werkzeugträgers resultieren. Die Beeinflussung ist besonders ausgeprägt in dem Bereich, in dem der Feinschleifstein die Nocken spitze bearbeitet. Dort zeigt sich auch ein störend großer Werkstoffabtrag. Im einzelnen ist zu den aus der Praxis bekannten Maßnahmen folgendes vorzutragen: Beim Feinschleifen der Nockenoberfläche an den Nocken von Nockenwellen werden die Feinschleifsteine mechanisch oder pneumatisch mit der vorgegebenen Andrückkraft an die zu bearbeitende Nockenoberfläche gedrückt. Die Andrückkraft ist in einem bestimmten Größenbereich einstellbar, um das Schneidverhalten der Feinschleif steine zu beeinflussen. Rotationsabhängig findet eine Steuerung der Andrückkraft nicht statt. Bei der Rotation der Nockenwelle während der Bearbeitung ergibt sich eine Erhöhung oder Reduzierung der Andrück kraft, die aus der Dynamik der Zusammenhänge resultiert. Die Andrückkraft ändert sich zusätzlich bei der Bearbei tung von Nockenoberflächen durch wechselnde Berührungs winkel und Krümmungsradien. Die Praxis zeigt, daß der Werkstoffabtrag bei einer derartigen Bearbeitung ungleichmäßig ist. Insbesondere im Bereich der Nocken spitze ist der Werkstoffabtrag deutlich größer als am sogenannten Grundkreis. Das Abtragsverhältnis Nockenspitze/Grundkreis liegt zwischen 4 : 1 und 2 : 1, je nach Vorbearbeitung, Geometrie des Nockens, Ausbil dung des Feinschleifsteines, Schleifgeschwindigkeit und sonstigen Einflußparametern. Nicht auszuschließen ist häufig, daß aus diesen Einflüssen eine Formver schlechterung des bearbeiteten Nockens gegenüber der Ausgangsgeometrie erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Feinschleifen der exzentrischen Oberfläche an den Nocken einer Nockenwelle, insbesondere einer Kraftfahrzeugnockenwelle, anzugeben, bei dem sicherge stellt ist, daß der Werkstoffabtrag über den gesamten Nockenumfang annähernd und ausreichend konstant ist.

Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die, in einer Feinschleif maschine angeordnet, für die Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens besonders geeignet ist.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren besteht die Lösung der vorstehenden Aufgabe darin, daß die Andrückkraft bei jeder Umdrehung des Nockens im Bereich der Nockenspitze um ein Minderungsmaß reduziert wird und daß das Minderungsmaß so gewählt wird, daß der Werkstoffabtrag über den gesamten Nocken umfang annähernd konstant ist. - Die Erfindung beruht auf der überraschenden Tatsache, daß der störende Werkstoffabtrag im Bereich der Nockenspitze praktisch vollständig vermieden werden kann, wenn beim Fein schleifsteinvorgang im Bereich der Nockenspitze der Andruck eine ausreichende, aber nicht zu große Minderung erfährt. Das Minderungsmaß im einzelnen hängt von der Geometrie des Nockens, dem Feinschleifstein, der Umdrehungsgeschwindigkeit und gegebenenfalls anderen Einflußgrößen ab, kann jedoch stets durch Versuche ohne Schwierigkeiten ermittelt werden. Das gilt auch für den Bereich, in dem die Minderung erfolgt, bzw. beginnt und endet. Überraschenderweise werden bei Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur Formverschlechterungen im Bereich der Nocken spitze, sondern auch in anderen Bereichen der Nocken oberfläche vermieden oder reduziert.

Die Steuerung muß im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens so erfolgen, daß die Minderung an der richtigen Stelle im Bereich der Nockenspitze wirksam ist. Die Minderung kann schon beginnen, bevor der Feinschleifstein die Nockenspitze erreicht. Mit den Hilfsmitteln der modernen Elektronik kann diese Steuerung ohne Schwierigkeiten nach Maßgabe des Umdrehungs winkels erfolgen, den der zu bearbeitende Nocken mit der Rotation der Nockenwelle aufweist. Es versteht sich, daß dazu eine entsprechende Steuereinrichtung eingesetzt werden muß, die z. B. rechnergestützt arbeitet. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Steuerung der Andrückkraft bei jeder Umdrehung des Nockens jedoch autogen, und zwar dadurch, daß die Andrückkraft nach Maßgabe der Exzentrizität der Nockenoberfläche von dieser gesteuert wird. Die Andrückkraft kann dabei mechanisch, hydraulisch oder auch pneumatisch gesteuert werden. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird sie magnetisch gesteuert.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine an einer Fein schleifmaschine angeordnete Vorrichtung für die Durch führung des beschriebenen Verfahrens mit zumindest einem Werkzeugträger, Betätigungs- und Andrückeinrich tung für den Werkzeugträger und Feinschleifstein, wobei der Feinschleifstein mit der Hilfe der Betätigungs- und Andrückeinrichtung mit einer vorgegebenen Andrück kraft gegen die Nockenoberfläche des zu bearbeitenden Nockens der rotierenden Nockenwelle andrückbar ist. In vorrichtungsmäßiger Hinsicht lehrt die Erfindung, daß an den Werkzeugträger zusätzlich eine Andrückkraft reduziereinrichtung angeschlossen ist, die von dem zu bearbeitenden Nocken selbst steuerbar ist. Bei der Ausführungsform mit einem als Schwenkhebel ausge führten Werkzeugträger sind einerseits zur Schwenkachse hin die Betätigungs- und Andrückeinrichtung sowie andererseits zum Schleifstein hin die Andrückkraftredu ziereinrichtung angeschlossen. Nach bevorzugter Ausfüh rungsform der Erfindung besteht die Andrückkraftre duziereinrichtung aus einer Magnetanordnung, welche mit ihrer Magnetkraft unter Zwischenschaltung eines einstellbaren Luftspaltes auf den nach Maßgabe der Exzentrizität der Nockenoberfläche hinundher bewegten Werkzeugträger einwirkt. Die Andrückkraftreduzierein richtung kann aber auch aus einer Federanordnung bestehen, welche mit einer einstellbaren Feder charakteristik auf den nach Maßgabe der Exzentrizität der Nockenoberfläche hinundher bewegten Werkzeugträger einwirkt. Die Feder kann gedämpft sein. Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung besteht die Andrück kraftreduziereinrichtung aus einem Druckmittelaggregat, welches auf den nach Maßgabe der Exzentrizität der Nockenoberfläche hinundher bewegten Werkzeugträger im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens einwirkt, zum Beispiel mit einem Druckimpuls, der so erfolgt, daß die beschriebene Minderung erreicht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung aus führlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch die Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 in gegenüber der Natur wesentlich vergrößertem Maßstab einen nach der Lehre der Erfindung bearbeiteten Nocken im Querschnitt.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist an einer Feinschleifmaschine angeordnet. Die Nocken welle 1 erstreckt sich orthogonal zur Zeichenebene in den Hintergrund und nach vorn. Sie trägt eine Vielzahl von Nocken 2 und rotiert um ihre Achse. Sie kann zugleich in Richtung der Achse auch eine oszillierende Bewegung durchführen. Für jeden Nocken 2 ist zumindest ein Werkzeugträger 3 vorgesehen, so daß die Werkzeugträger 3 längs der zu bearbeitenden Nockenwelle 1 gereiht sind. Im allgemeinen arbeiten auf jeden Nocken 2 zwei Werkzeugträger 3, um auf diese Weise Verformungen der Nockenwelle durch die Andrückkraft zu vermeiden. Zum Aufbau der Vorrichtung gehören außerdem eine Betätigungs- und Andrückeinrich tung 4 für den Werkzeugträger 3 und ein Feinschleif stein 5. Im Ausführungsbeispiel sind diese Einrichtungen zweifach dargestellt. Der Feinschleifstein 5 ist mit Hilfe der Betätigungs- und Andrückeinrichtung 4 mit einer vorgegebenen Andrückkraft gegen die Nocken oberfläche des zu bearbeitenden Nockens 2 der rotierenden Nockenwelle 1 andrückbar. An den Werkzeugträger 3 ist jeweils zusätzlich eine Andrückkraftreduzierein richtung 6 angeschlossen. Diese ist im Ausführungsbei spiel von dem zu bearbeitenden Nocken 2 selbst steuerbar. Gezeigt ist die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem als Schwenkhebel ausgeführten Werkzeugträger 3 an dem einerseits zur Schwenkachse 7 hin die Betätigungs- und Andrückeinrichtung 4, andererseits zum Feinschleifstein 5 hin die Andrückkraftreduzierein richtung 6 angeschlossen sind. Die Andrückkraftreduzier einrichtung 6 besteht aus einer Magnetanordnung 8, 9. Diese Magnetanordnung 8, 9 wirkt unter Zwischenschaltung eines einstellbaren Luftspaltes 10 auf den nach Maßgabe der Exzentrizität der Nockenoberfläche hinundher bewegten Werkzeugträger 3. Insoweit wird auf die eingezeichneten Doppelpfeile und auf eine vergleichende Betrachtung der Fig. 1 mit Werkzeugträgern 3 links und rechts verwiesen. Der Luftspalt 10 ist dadurch einstellbar, daß der Magnet 8 an einem Magnetträger befestigt ist, der seinerseits in Richtung des einge zeichneten Pfeiles zur Einstellung der Breite des Luftspaltes 10 verstellbar ist. Am Werkzeugträger 3 findet sich eine ferromagnetische Platte 9, die mit den Magneten 8 wechselwirkt.

Beim Bearbeitungsvorgang wird die Nockenwelle 1 um ihre Achse mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit angetrieben und, wie bereits erwähnt, gegebenenfalls zusätzlich in Achsrichtung oszillierend bewegt. Der Feinschleifvorgang wird mit Hilfe von zumindest einem Feinschleifstein 5 durchgeführt, der mit der über die Betätigungs- und Andrückeinrichtung 4 erzeugten und vorgegebenen Andrückkraft gegen die Nockenoberfläche gedrückt wird. Die Andrückkraft wird bei jeder Umdrehung des Nockens 2 im Bereich der Nockenspitze um ein Minderungsmaß reduziert. Dieses Minderungsmaß kann durch Verstellung der Magnetanordnung 8, 9 und Verstellung der Breite des Luftspaltes 10 verändert werden. Sie wird so gewählt, daß der Werkstoffabtrag über den gesamten Nockenumfang annähernd konstant ist.

Zur weiteren Erläuterung der Zusammenhänge wird auf die Fig. 2 verwiesen. Die Fig. 2 zeigt den Umriß eines Nockens 2. Durch eine unregelmäßig zickzackförmig geführte Linie 11 ist die Oberflächenrauhigkeit von 6 µm angedeutet. Diese Oberflächenrauhigkeit soll bei dem Feinschleifvorgang abgetragen werden. Die Kontur des Nockens 2 soll dabei jedoch nicht störend beeinträchtigt werden. Arbeitet man nach dem erfindungs gemäßen Verfahren, so erhält man eine Kontur, wie sie ausgezogen gezeichnet worden ist. Nach dem Stand der Technik würde im Bereich der Nockenspitze ein störender zusätzlicher Werkstoffabtrag auftreten, was durch eine strichpunktierte Linie 12 und eine leichte Schraffur angedeutet worden ist.

Claims

1. Verfahren zum Feinschleifen der exzentrischen Nockenoberfläche an den Nocken einer Nockenwelle, insbes. einer Kraftfahrzeugnockenwelle, wobei die Nockenwelle um ihre Achse mit konstanter Rotationsge schwindigkeit angetrieben und gegebenenfalls zusätzlich in Achsrichtung oszillierend bewegt wird und wobei der Feinschleifvorgang mit Hilfe von zumindest einem Feinschleifstein durchgeführt wird, der mit einer vorgegebenen Andrückkraft gegen die Nockenoberfläche gedrückt wird, dadurch gekennzeich net, daß die Andrückkraft bei jeder Umdrehung des Nockens im Bereich der Nockenspitze um ein Minderungsmaß reduziert wird und daß das Minderungsmaß so gewählt wird, daß der Werkstoffabtrag über den gesamten Nocken umfang annähernd konstant ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückkraft nach Maßgabe der Exzentrizität der Nockenoberfläche von dieser gesteuert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückkraft mechanisch gesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückkraft hydraulisch oder pneumatisch gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückkraft magnetisch ge steuert wird.

6. An einer Feinschleifmaschine angeordnete Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, - mit
zumindest einem Werkzeugträger,
Betätigungs- und Andrückeinrichtung für den Werkzeugträger und
Feinschleifstein,
wobei der Feinschleifstein mit Hilfe der Betätigungs- und Andrückeinrichtung mit einer vorgegebenen Andrück kraft gegen die Nockenoberfläche des zu bearbeitenden Nockens der rotierenden Nockenwelle andrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Werkzeugträger (3) zusätzlich eine Andrückkraftreduziereinrichtung (6) angeschlossen ist, die von dem zu bearbeitenden Nocken (2) selbst steuerbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausführungsform mit einem als Schwenkhebel ausgeführten Werkzeugträger (3) einerseits zur Schwenk achse (7) hin die Betätigungs- und Andrückeinrich tung (4), andererseits zum Feinschleifstein (5) hin die Andrückkraftreduziereinrichtung (6) angeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückkraftreduzierein richtung (6) aus einer Magnetanordnung (8, 9) besteht, welche mit ihrer Magnetkraft unter Zwischenschaltung eines einstellbaren Luftspaltes (10) auf den nach Maßgabe der Exzentrizität der Nockenoberfläche hinundher bewegten Werkzeugträger (3) einwirkt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückkraftreduzierein richtung (6) aus einer Federanordnung besteht, welche mit einer einstellbaren Federcharakteristik auf den nach Maßgabe der Exzentrizität der Nockenoberfläche hinundher bewegten Werkzeugträger (3) einwirkt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückkraftreduzierein richtung (6) aus einem Druckmittelaggregat besteht, welches auf den nach Maßgabe der Exzentrizität der Nockenoberfläche hinundher bewegten Werkzeugträger (3) einwirkt.