DE4225259C1

DE4225259C1 - Verfahren zum Feinschleifen der Nocken von Nockenwellen und Nockenwellenfeinschleifmaschinen für die Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4225259C1
Application number: DE19924225259
Authority: DE
Inventors: Ingo Dipl Ing Schunn; Peter Dipl Ing Weiss; Martin Dipl Ing Wolters
Original assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Current assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2012-08-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinschleifen der Nocken einer Nockenwelle, wobei die Nockenwelle um ihre Nockenwellenachse mit einer vorgegebenen Umdrehungsfrequenz rotierend angetrieben wird, wobei zumindest ein Schleifstein orthogonal zur Nockenwellenachse gegen den zu schleifenden Nocken angedrückt wird, der an dem Nocken über die Fein schleifsteinbreite eine Schleifkontaktlinie ausbildet, die parallel zur Nockenwellenachse verläuft, und wobei der Schleifstein nach Maßgabe der Nockenkontur unter dem Einfluß des Schleifdruckes eine nockenkonturfolgende Bewegung ausführt.

Schleifdruck meint den Druck, der aus der Andrück kraft des Schleifsteines resultiert. Nockenwelle bezeichnet im Rahmen der Erfindung insbesondere im Einsatz hochtourig rotierende Nockenwellen, z. B. Kraftfahrzeugnockenwellen. An die Genauigkeit der Nockenkontur und an die Oberflächen qualität der bearbeiteten Nocken werden sehr hohe Anfor derungen gestellt. Der Ausdruck Feinschleifen bezeichnet im Rahmen der Erfindung alle bei der Fertigbearbeitung der Nocken von Nockenwellen üblichen Feinschleifoperationen. Die Nocken der Nockenwellen sind vorbearbeitet, z. B. vorge schliffen. Feinschleifen wird in der Praxis auch als Finishen oder Honen bezeichnet (vgl. Lueger "Lexikon der Fertigungstechnik und Arbeitsmaschinen", Band 8, 1967, S. 442 und 443). Es wird zumeist in zwei Stufen, der Vorfinishstufe und der Fertigfinishstufe durchgeführt. Es versteht sich, daß beim Feinschleifvorgang regelmäßig eine Schleif- und/oder Kühlflüssigkeit der Schleifstelle zuge führt wird. An die Oberflächenqualität der bearbeiteten Nocken werden, insbes. bei schnellaufenden Nockenwellen, extrem hohe Anforderungen gestellt. Die Nockenwelle wird bei der Feinschleifbearbeitung quer zur Umdrehungsrichtung der Nockenwelle zusätzlich hinundhergehend bewegt.

Wird bei dem beschriebenen Feinschleifen der Nocken einer Nockenwelle mit einem Schleifstein bearbeitet, der eine längliche Form aufweist, in einer Werkzeugaufnahme festge halten ist und im übrigen die beschriebenen Bewegungen ausführt, so wird die Schleiffläche des Schleifsteins, im Querschnitt betrachtet, bogenförmig eingerichtet oder rich tet sich beim Schleifvorgang autogen bogenförmig nach. Der Schleifstein besteht aus einem geeigneten Feinschleif werkstoff. Bei den bekannten Verfahren, von denen die Erfindung ausgeht und die mit wie vorstehend beschrieben eingerichteten Schleifsteinen arbeiten, führen die Schleif steine bei der rotierenden Bewegung der Nockenwelle ledig lich die beschriebene Bewegung bzw. die beschriebenen Bewe gungen aus.

Typische und bewährte Maschinen, die zum Fein schleifen nach diesem Verfahren arbeiten, sind z. B. in den Patentpublikationen DE 30 11 454 C2, DE 30 11 455 C2, DE 38 41 976 C1 beschrieben.

Arbeitet man in der beschriebenen Art und Weise, so wird häufig ein Nachlassen der Schleifleistung, d. h. des Werk stoffabtrages, beobachtet. Der Werkstoffabtrag wird un gleichmäßig. Die bearbeitete Oberfläche der Nocken zeigt störende Rauhigkeitsunterschiede. Schleifsteine, bei deren Arbeiten die beschriebenen Phänomene auftreten, werden im Rahmen der Erfindung kurz als stumpf bezeichnet. Das be schriebene Stumpfwerden der Schleifsteine ist ein für das Schleifen der Nocken an einer Nockenwelle typisches Phänomen, welches man mit seinen Nachteilen bisher in Kauf genommen hat. Die stumpfgewordenen Schleifsteine müssen häufiger ausgewechselt werden, woraus störende Totzeiten resultieren, was die Verfügbarkeit einer ganzen Fertigungs straße beeinträchtigt, in die als eine Bearbeitungsstufe das Feinschleifen der Nocken von Nockenwellen integriert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so zu führen, daß ein störendes Stumpfwerden der Schleifsteine und die daraus resultierenden Nachteile nicht mehr in Kauf genommen werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Schleifstein bei der rotierenden Bewegung der Nockenwelle zusätzlich zu der konturfolgenden Bewegung um eine durch den Schleifstein laufende oder schleifsteinnahe Achse rotierend bewegt und dadurch die Schleifkontaktlinie an dem Schleif stein in der Umdrehungsrichtung der Nockenwelle oder ent gegen der Umdrehungsrichtung der Nockenwelle verlagert wird. Das kann auf verschiedene Weise geschehen. Insbes. kann die zusätzliche rotierende Bewegung des Schleifsteines gleich sinnig erfolgen. Es versteht sich, daß in diesem Falle mit einem als Kreisscheibe oder als Kreisring ausgebildetem Schleifstein gearbeitet wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit, so zu verfahren, daß die zusätzliche rotierende Bewegung des Schleifsteins hinundherdrehend erfolgt. Dann kann der Schleifstein auch eine längliche Form aufweisen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren soll die zusätzliche rotierende Bewegung, mit der in der beschriebenen Weise die Schleifkontaktlinie an dem Schleifstein in der Umdrehungs richtung der Nockenwelle bzw. entgegen der Umdrehungsrich tung der Nockenwelle verlagert wird, nicht zu schnell erfolgen. Dazu lehrt die Erfindung, daß die zusätzliche rotierende Bewegung des Schleifsteins mit einer Rotationsge schwindigkeit erfolgt, die klein ist im Verhältnis zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Nockenwelle bei der Fein schleifbearbeitung der Nocken, z. B. um einen Faktor von zumindest 0,2-0,6 kleiner ist. Es empfiehlt sich, bei der Ausführungsform, bei der die zusätzliche rotierende Bewegung des Schleifsteines hinundherdrehend erfolgt, diese Frequenz in bezug auf die Rotationsfrequenz der Nockenwelle resonanz fremd auszuwählen, so daß störende Resonanzerscheinungen nicht auftreten.

Die Erfindung geht von der zur Erfindung gehörenden Er kenntnis aus, daß das vorstehend beschriebene Stumpfwerden der Schleifsteine beim Schleifen der Nocken einer Nocken welle durch die Nockenkontur bedingt ist: Wenn der Schleif stein den Bereich des Grundkreisbogens passiert, liegt er wegen der Kreisbogenform mit einer Schleifkontaktlinie an, die am Schleifstein, genauer an der Schleiffläche oder Arbeitsfläche des Schleifsteins, ihre Position nicht verän dert. In diesem Schleifkontaktlinienbereich tritt, wie die Erfindung erkannt hat, das Stumpfwerden ein. Erfindungsgemäß wird erreicht, daß die Schleifkontaktlinie ihre Position auf der Schleiffläche nicht nur nach Maßgabe der Rotation des Nockens, sondern außerdem nach Maßgabe der zusätzlichen Rotationsbewegung des Schleifsteines verlagert, und zwar insbes. auch dann, wenn der Schleifstein den Grundkreisbogen passiert. Überraschenderweise tritt bei Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein vorzeitiges und störendes Stumpfwerden der Schleifsteine nicht mehr ein. Folglich werden auch die weiteren, im Rahmen der bekannten Maßnahmen aus dem Stumpfwerden der Schleifsteine resultierenden Nach teile vermieden.

Im Rahmen der Erfindung muß darauf geachtet werden, daß beim Umlauf der Nockenwelle der Schleifstein von der Nockenkontur nicht abhebt oder auch nur in störendem Maße der Schleif druck nachläßt. Das ist im Rahmen der Erfindung ohne Schwierigkeiten möglich, obgleich erfindungsgemäß der Schleifstein bei der rotierenden Bewegung der Nockenwelle die beschriebene, zusätzliche rotierende Bewegung, mit der die beschriebene Verlagerung der Schleifkontaktlinie er reicht wird, ausführt. Die zusätzliche rotierende Bewegung sollte mit einer resonanzfremden Frequenz zur Rotation der Nockenwelle durchgeführt werden, um am Profilumfang ein gleichmäßiges Bild der sich kreuzenden Bearbeitungsspuren zu erzeugen. Zu vermeiden sind also Frequenzen der hinundher gehenden rotierenden Bewegung, die der Umdrehungsfrequenz der Nockenwellen oder einem harmonischen Vielfachen davon entsprechen. Das gilt auch für die gleichsinnig rotierende Bewegung des Schleifsteines. Es versteht sich, daß auch der Schleifdruck entsprechend einzurichten ist, und daß Trägheitskräfte berücksichtigt werden müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl beim Vorfinishen der Nocken von Nockenwellen als auch beim Fertigfinishen eingesetzt werden. Insbes. ist es vorteilhaft, sowohl beim Vorfinishen als auch beim Fertigfinishen nach Maßgabe der Lehre der Erfindung zu arbeiten.

Im übrigen kann die Lehre der Erfindung auch mit Schleif werkzeugen verwirklicht werden, bei denen die Schleifsteine nicht aus einem Schleifwerkstoff bestehen, sondern vielmehr ein Widerlager für ein entsprechendes Schleifband bilden.

Im folgenden werden die beschriebenen Maßnahmen der Erfin dung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstel lenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 das Prinzip einer Nockenwellenfeinschleifmaschine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Schnitt quer zur Nockenwellenaufnahme,

Fig. 2 eine entsprechende graphische Darstellung mit den Teilfiguren a bis e, die besondere Schleifvorgänge erläutert,

Fig. 3 perspektivisch einen Schleifstein mit Schleifkontakt linie,

Fig. 4 entsprechend der Fig. 1 eine andere Ausführungsform einer Nockenwellenfeinschleifmaschine für die Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die in der Fig. 1 dargestellte Maschine entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau einer klassischen Maschine zum Fein schleifen der Nocken 1 einer Nockenwelle 2. Zum grundsätz lichen Aufbau gehören eine rotierend antreibbare Nockenwel lenaufnahme, die nicht gezeichnet wurde, längs der Nocken wellenaufnahme angeordnete, den zu bearbeitenden Nocken zugeordnete Werkzeughalter 3 und darin eingesetzte Schleif steine 4. Die Werkzeughalter 3 sind an Werkzeughalterarme 5 angeschlossen, die um zur Achse der Nockenwellenaufnahme parallele Achsen 6 schwenkbar sind. Das wurde durch bogen förmige Doppelpfeile 7 angedeutet. Die Schleifsteine 4 sind gegen die zu schleifenden Nocken 1 andrückbar. Im Aus führungsbeispiel erfolgt das Andrücken über Zylinderkolben anordnungen 8 und eine Ausbildung der Werkzeughalterarme 5 als zweiarmige Hebel. Man erkennt in der Fig. 1 und in ihrem vergrößerten Ausschnitt A, daß die Schleifsteine 4 als Kreisscheiben oder Kreisringscheiben ausgeführt sind. Sie rotieren nach Maßgabe der Bogenpfeile, die in Fig. 1 einge zeichnet sind, gleichsinnig mit im Vergleich zur Rotations geschwindigkeit der zu schleifenden Nockenwelle 2 geringer Geschwindigkeit. Sie könnten entsprechend auch hinundher gehend rotierend angetrieben sein, wie es der Doppelbogen pfeil im vergrößerten Ausschnitt A der Fig. 1 andeutet. Die Antriebe wurden nicht gezeichnet.

Die Fig. 2 mit den Teilfiguren a) bis e) erläutert, wie bei den bekannten Verfahren zum Schleifen und insbes. Fein schleifen der Nocken 1 einer Nockenwelle 2 sich die Schleif kontaktlinie auf der Schleiffläche 10 des zugeordneten Schleifsteines 4 bewegt. Man erkennt, daß in den Teilfiguren a) bis d) die Kontaktlinie aus dem mittleren Bereich der Schleiffläche 10 des Schleifsteines 4 zunächst zum Punkt 11, dann wieder zurück zum mittleren Bereich 12 und dann zum Punkt 13 sich bewegt. Im Anschluß daran passiert die Schleiffläche 10 des Schleifsteins 4 den Nockenbereich, der dem Grundkreisbogen 14 entspricht und der sich im Aus führungsbeispiel über 180° erstreckt. Hier bewegt sich die Kontaktlinie 15 auf der Schleiffläche 10 des Schleifsteines 4 nicht mehr, bis wieder die Position erreicht ist, die der Teilfigur a) entspricht. Die Fig. 3 zeigt die Kontaktlinie 15, die gleichsam in der Mittelebene des Schleifsteines 4 bei dieser Bewegung längs des Grundkreisbogens 14 entsteht. Wie die Erfindung erkannt hat, tritt hier ein Stumpfwerden auf.

Die Fig. 4 ist grundsätzlich mit der Erläuterung zu Fig. 1 und den eingezeichneten Bezugszeichen verständlich. Die Schleifsteine 4 sind längliche Schleifsteine. Sie machen eine hinundhergehende Rotationsbewegung um die schleifstein nahe Achse 16. Der vergrößerte Ausschnitt B der Fig. 1 verdeutlicht dieses durch einen Doppelbogenpfeil. Die An triebe wurden nicht gezeichnet.

Claims

1. Verfahren zum Feinschleifen der Nocken einer Nockenwelle,
wobei die Nockenwelle um ihre Nockenwellenachse mit einer vorgegebenen Umdrehungsfrequenz ro tierend und axial oszillierend angetrieben wird,
wobei zumindest ein Schleifstein orthogonal zur Nockenwel lenachse gegen den zu schleifenden Nocken angedrückt wird, der an dem Nocken über die Schleifsteinbreite eine Schleif kontaktlinie ausbildet, die parallel zur Nockenwellenachse verläuft, und wobei der Schleifstein nach Maßgabe der Nockenkontur unter dem Einfluß des Schleifdruckes eine nockenkonturfolgende Bewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifstein bei der rotierenden Bewegung der Nockenwelle zusätzlich zu der nockenkonturfolgenden Bewegung um eine durch den Schleif stein laufende oder schleifsteinnahe Achse rotierend bewegt und dadurch die Schleifkontaktlinie an dem Schleifstein in der Umdrehungsrichtung der Nockenwelle oder entgegen der Umdrehungsrichtung der Nockenwelle verlagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche rotierende Bewegung des Schleifsteins gleichsinnig erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche rotierende Bewegung des Schleifsteins hin undherdrehend erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche rotierende Bewegung des Schleifsteines mit einer Rotationsgeschwindigkeit erfolgt, die klein ist im Verhältnis zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Nockenwelle bei der Feinschleifbearbeitung der Nocken, z. B. um einen Faktor von zumindest 0,2-0,6 kleiner ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Schleifsteines mit einem Schleifbandträger gearbeitet wird, über den ein Schleifband geführt ist.