DE4410387A1 - Vorrichtung zum Unterstützen von exzentrisch umlaufenden Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterstützen von exzentrisch umlaufenden Werkstücken, insbesondere exzentrisch umlaufenden Lagerzapfen von schweren Kurbelwellen.

In der deutschen Patentschrift 31 21 609 ist eine Schleifmaschine für Hublager von schweren Kurbelwellen beschrieben, bei der die Kurbelwelle beidseitig in drehbaren Aufnahmen exzentrisch auf nehmbar, der zu schleifende Hublagerzapfen in der Drehmitte der Aufnahme liegt und mit einem Schleifspindelstock einer Rundschleifeinrichtung schleifbar ist, mit wenigstens einer Entlastungseinrichtung für die Kurbelwelle, mit der ein exzentrisch umlaufender Lagersitz mit einer gleichbleibend senkrecht gerichteten, dem Eigengewicht der Kurbelwelle entgegengerichteten Kraft beaufschlagbar ist, wobei die wenigstens eine Entlastungseinrichtung wenigstens einen Entlastungsbügel für die Aufnahme des abzustützenden Lagersitzes aufweist, dessen als Gelenk ausgebildeter Aufhängepunkt im wesentlichen senkrecht über dem Lagersitz mit gleicher Exzentrizität wie der Lagersitz umläuft und der Entlastungsbügel über den als Gelenk ausgebildeten Aufhängepunkt mit einem horizontal und vertikal beweglich gelagerten Tragarm verbunden ist, der von wenigstens einem im wesentlichen synchron mit der Kurbelwelle umlaufenden Exzenter geführt ist. Der senkrecht über dem abgestützten Lagersitz laufende Aufhängepunkt wird auf diese Weise zwangsläufig und synchron geführt. Hierzu ist zum Antrieb des wenigstens einen, den Tragarm führenden Exzenters ein mit der Kurbelwelle synchron gesteuerter Motor z. B. Gleichstromservomotor vorgesehen.

Bei dieser Schleifmaschine liegt der Tragarm oberhalb der waagerechten Ebene der Drehachse der Kurbelwelle entsprechend dem Abstand zwischen dem als Gelenk ausgebildeten Aufhängepunkt des Entlastungsbügels zum geometrischen Mittelpunkt des unterfangenen, exzentrisch umlaufenden Lagersitzes. In der Praxis ist der Tragarm durch zwei parallele Exzenter synchron mit der Kurbelwelle geführt, deren Hub dem Hub des exzentrisch umlaufenden Lagersitzes entspricht. Dementsprechend müssen die Exzenter einstellbar sein, wenn Kurbelwellen mit unterschiedlichen Hüben bearbeitet werden sollen. Dies und der erforderliche Antrieb für die Exzenter sind aufwendig und kostspielig.

Etwas einfacher aufgebaut ist eine in der deutschen Auslegeschrift 10 79 496 beschriebene Vorrichtung zur Abstützung von Kurbelwellen, bei der die Stützkraft durch einen mit einer am Kurbelzapfen angreifenden Stütze verbundenen, druckmittelbeaufschlagten Kolben erzeugt wird, dessen Druckmittelzylinder mit einem Druckgefäß in Verbindung steht, dessen Raum im Verhältnis zum Zylinderraum so bemessen ist, daß die Größe der Änderungen der aufwärts gerichteten Kraft infolge der kreisenden Bewegung des Kurbelwellenzapfens und der für eine genaue kreiszylindrische Bearbeitung noch zulässigen Größe bleibt. Um eine stets genau senkrecht gerichtete Stützkraft zu erreichen, wird der Aufhängepunkt des Druckmittelzylinders quer zur Drehachse der Kurbelwelle gesteuert und synchron mit der Umdrehung der Kurbelwelle hin- und hergeführt. Hierzu wird ein Druckmittelzylinder eingesetzt, der durch eine kraftgetriebene Vorrichtung beaufschlagt wird, die synchron mit der Drehung der Kurbelwelle betätigbar ist.

Auch bei dieser Vorrichtung ist somit eine Bewegungssteuerung synchron mit der Kurbelwelle erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Unterstützen von exzentrisch umlaufenden Werkstücken, insbesondere exzentrisch umlaufenden Lagerzapfen von schweren Kurbelwellen zu schaffen, die eine stets senkrecht gerichtete Stützkraft erzeugt und der Bewegung des exzentrisch umlaufenden Werkstücks folgt, ohne eines besonderen Antriebs zu bedürfen.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die erfindungsgemäß einen in einer senkrechten Ebene schwingenden Stützarm, der mit seinem einen Ende das exzentrisch umlaufende Werkstück untergreift, mit seinem anderen Ende an einer waagerechten, in einer Ebene mit der Drehachse des Werkstücks liegenden Führung anliegt und eine am Stützarm angreifende, das exzentrisch umlaufende Werkstück mit einer gleichbleibend senkrecht gerichteten Kraft unterstützende Entlastungsvorrichtung aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung folgt somit das das exzentrisch umlaufende Werkstück untergreifende Ende des Stützarms der Bewegung dieses Werkstücks, während das andere Ende waagerecht und möglichst reibungsfrei geführt ist. Durch diese Anordnung wirkt auf das exzentrisch umlaufende Werkstück stets eine senkrechte Kraft, die nur eine vernachlässigbare, sich aus der Schwingbewegung des Stützarms in der senkrechten Ebene ergebende waagerechte Komponente aufweist. Die Vorrichtung ist einfach aufgebaut, da keinerlei Antriebe für die Hin- und Herbewegung des Stützarms entsprechend dem Ausschlag des Lagerzapfens erforderlich ist und benötigt nur im Bereich des das exzentrisch umlaufende Werkstück untergreifenden Endes ein an den Lagerzapfendurchmesser anpaßbares Tragelement, während eine Anpassung an unterschiedliche Hübe der zu bearbeitenden, exzentrisch umlaufenden Werkstücke nicht erforderlich ist.

Vorzugsweise kann die Entlastungsvorrichtung eine in derselben Ebene waagerecht geführte Hydraulik- oder Pneumatik-Kolben-Zylinder-Einheit aufweisen, die bevorzugterweise kippfrei in derselben Führung wie das eine Ende des Stützarms geführt ist. Auf diese Weise folgt die Hydraulik- oder Pneumatik-Kolben-Zylinder-Einheit nahezu reibungsfrei und ohne Querkräfte zu erzeugen, der Bewegung des Stützarms.

Als reibungsfreie bzw. reibungsarme Führungen für das Ende des Stützarms und die Hydraulik- oder Pneumatik-Kolben-Zylinder-Einheit sind spielfreie Rollenschienenführungen bzw. hydrostatische Führungen geeignet.

Vorzugsweise kann die Entlastungsvorrichtung am Stützarm etwa mittig zwischen den Enden des Stützarms angreifen, wobei der Angriffspunkt der Entlastungsvorrichtung am Stützarm, der geometrische Mittelpunkt des exzentrisch umlaufenden Werkstücks und der Führungspunkt des Endes des Stützarms in der waagerechten Führung auf einer Geraden liegen sollen.

Zur Anpassung an unterschiedliche Durchmesser des exzentrisch umlaufenden Werkstücks, insbesondere der Lagerzapfen von schweren Kurbelwellen, können am das exzentrisch umlaufende Werkstück untergreifenden Ende des Stützarms einstellbare und auswechselbare Stützsegmente vorzugsweise Rollenstützsegmente oder Gleitschuhe angeordnet sein. Die Anpassung an den Durchmesser des exzentrisch umlaufenden Werkstücks ist erforderlich, um zu erreichen, daß der geometrische Mittelpunkt des exzentrisch umlaufenden Werkstücks, der Angriffspunkt der Entlastungsvorrichtung am Stützarm und der Führungspunkt in der waagerechten Führung unabhängig vom Durchmesser des exzentrisch umlaufenden Werkstücks stets auf einer Geraden liegen.

Da die axial versetzten Lagerzapfen bei der Bearbeitung von Kurbelwellen nacheinander, teilweise auch gleichzeitig zu bearbeiten sind, ist es erforderlich, daß die Vorrichtung zum Unterstützen der Lagerzapfen achsparallel zur Kurbelwelle verfahrbar ist. Aus diesem Grunde können die Führungen vorteilhafterweise auf einem achsparallel zum exzentrisch umlaufenden Werkstück verfahrbaren Schlitten angeordnet sein.

Die Entlastungsvorrichtung kann vorzugsweise aus einer Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheit mit geringer Reibung, einer diese beaufschlagenden Pumpe und einem elektrisch regelbaren Druckbegrenzungsventil bestehen, wodurch erreicht wird, daß der Stützarm eine konstante, senkrecht gerichtete Kraft auf das untergriffene, exzentrisch umlaufende Werkstück ausübt, unabhängig von der jeweiligen Stellung des Werkstücks.

Vorzugsweise kann die Entlastungsvorrichtung mitfahrend am Schlitten angeordnet sein, so daß keine langen, beweglichen Leitungen erforderlich sind.

Zum Einstellen und Überwachen der auf das exzentrisch umlaufende Werkstück ausgeübten Kraft kann am Stützarm eine Kraftmeßeinrichtung mit z. B. einem Kraftmeßdübel, einer Druckmeßdose oder mit Dehnungsmeßstreifen angeordnet sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einer zu unterstützenden, schweren Kurbelwelle, deren Lagerzapfen einer Bearbeitung unterzogen werden sollen. Die Werkzeugmaschine und das Bearbeitungswerkzeug sind nicht dargestellt. Von einer Kurbelwelle 1 sind Hauptlagerzapfen 2 und Hublagerzapfen 3 bzw. Hauptlagerzapfen 2′ und Hublagerzapfen 3′ dargestellt. Die Kurbelwelle mit den Hauptlagerzapfen 2 und den Hublagerzapfen 3 ist in der nichtdargestellten Werkzeugmaschine so eingespannt, daß sie sich um den geometrischen Mittelpunkt der Hauptlagerzapfen 2 dreht.

In dieser Einspannung lassen sich die Hauptlagerzapfen bearbeiten. Dabei dreht sich die Kurbelwelle 1 um die Achse des Hauptlagerzapfens 2 und die Hublagerzapfen 3 bewegen sich auf einer Kreisbahn entsprechend dem Hub der Hublagerzapfen 3.

Sollen die Hublagerzapfen der Kurbelwelle 1 bearbeitet werden, insbesondere einem Schleifvorgang unterzogen werden, ist es erforderlich, die Kurbelwelle 1 so in der Drehmaschine einzuspannen, daß sich der zu bearbeitende Hublagerzapfen 3′ um seinen geometrischen Mittelpunkt dreht, während die übrigen Hauptlagerzapfen 2′ und Hublagerzapfen 3′ dazu eine exzentrische Kreisbewegung vollführen. Dies bedeutet, daß die Kraft zum Unterstützen der Kurbelwelle, um die Durchbiegung durch ihr Eigengewicht auszugleichen, an Hauptlager- bzw. Hublagerzapfen 2, 2′, 3, 3′ angreifen muß, die sich auf einer Kreisbahn bewegen.

Im dargestellten Beispiel greift die erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Hublagerzapfen 3 an, der sich um die Achse der Hauptlagerzapfen 2 exzentrisch bewegt.

An dem im einzelnen nicht dargestellten Bett, mit einer Drehmaschine ist ein Schlitten 4 angeordnet, der sich in Achsrichtung der Kurbelwelle 1 verschieben läßt, um in den Bereich ausgewählter, zu unterstützender Hauptlagerzapfen bzw. Hublagerzapfen gefahren zu werden. Der Schlitten 4 dient als Träger für waagerechte Führungsschienen 5 in denen ein Ende 8 eines Stützarms 6 mittels Führungsrollen 16 möglichst spiel- und reibungsfrei geführt ist. Das andere Ende 7 des Stützarms 6 untergreift den zu unterstützenden Hublagerzapfen 3 und ist zu diesem Zweck mit auswechselbaren bzw. einstellbaren Pendelstützrollensegmenten 11 versehen. Diese Pendelstützrollensegmente 11 lassen sich dem Durchmesser des Hublagerzapfens 3 so anpassen, daß der geometrische Mittelpunkt 20 des Hublagerzapfens 3, der Führungspunkt 21 des Endes 8 des Stützarmes 6 und ein Angriffspunkt 14 einer Kolbenstange 13 einer Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheit 12 auf einer Geraden liegen.

Die Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheit 12 ist reibungsarm ausgebildet und mittels eines Stützgestells 15 und Führungsrollen 16 in den waagerechten Führungsschienen 5 kippfrei geführt. Die Drehachsen der Führungsrollen 16 und die Drehachse 10 der Kurbelwelle 1 liegen in einer waagerechten Ebene 9, so daß sich der Führungspunkt 21 des einen Endes 8 des Stützarms 6 stets waagerecht in dieser Ebene 9 bewegt. Am Schlitten 4 ist ein Vorratsbehälter 17 mit einer Pumpe 18 angeordnet. Diese Pumpe 18 beaufschlagt die Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheit 12 mit einem mittels eines elektrisch regelbaren Druckbegrenzungsventils 19 einstellbaren Drucks, so daß über die Kolbenstange 13 und den Angriffspunkt 14 eine stets gleichbleibende, einstellbare Kraft auf den Stützarm 6 ausgeübt wird, die nahezu senkrecht nach oben auf den Hublagerzapfen 3 wirkt, unabhängig davon, ob der Hublagerzapfen 3 stillsteht oder sich mit der Kurbelwelle 1 auf einer exzentrischen Bahn um die Drehachse 10 bewegt. Der Stützarm 6 folgt der Bewegung des Hublagerzapfens 3 nahezu reibungsfrei sowohl in senkrechter als auch in waagerechter Richtung, so daß sich mittels der Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheit 12 das eine Durchbiegung der Kurbelwelle 1 verursachenden Gewicht in jeder Stellung der Kurbelwelle 1 vollständig ausgleichen läßt. Die auf den Hublagerzapfen 3 wirkende Stützkraft des Stützarms 6 läßt sich mittels des elektrisch regelbaren Druckbegrenzungsventils 19 einstellen, während eine Messung und Prüfung der Stützkraft mittels am Stützarm angebrachter Dehnungsmeßstreifen 23 und einer Meß- und Anzeigevorrichtung 22 möglich sind. Anstelle von Dehnungsmeßstreifen 23 lassen sich auch Kraftmeßdübel, Druckmeßdosen oder dergleichen verwenden.

Wenn der Angriffspunkt 14 der Kolbenstange 13 mittig zwischen dem geometrischen Mittelpunkt 20 des Hublagerzapfens 3 und dem Führungspunkt 21 liegt, greift am Führungspunkt 21 eine Kraft an, die gleich der Stützkraft am Hublagerzapfen 3 ist, kann es bei sehr schweren Kurbelwellen erforderlich sein, statt Führungsrollen 16 hydrostatische Führungen vorzusehen, die eine nahezu spiel- und reibungsfreie Flächenberührung anstelle einer Linienberührung bei Führungsrollen aufweisen.

Der Angriffspunkt 14 der Entlastungsvorrichtung 12, 17, 18, 19 am Stützarm 6 kann sich auch an einer über den Führungspunkt 21 hinausgeführten Verlängerung des Stützarms befinden, so daß dieser Führungspunkt 21 zwischen dem geometrischen Mittelpunkt 20 des Hublagerzapfens 3 und der Entlastungsvorrichtung 12, 17, 18, 19 angeordnet ist. Ebenso ist es möglich, den Stützarm 6 als Winkelhebel mit einem senkrechten Schenkel am Führungspunkt auszubilden. In diesem Fall greift die Entlastungsvorrichtung 12, 17, 18, 19 waagerecht am senkrechten Schenkel an. Zwar muß sich der Kolben mit der Kolbenstange in der Kolben-Zylinder-Einheit dann zwar stets mit dem vollen Hub des Schenkels bewegen, jedoch führt die Kolben-Zylinder-Einheit nur kleine Bewegungen aus, die durch eine schwenkbare Lagerung zu beherrschen sind.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Unterstützen von exzentrisch umlaufenden Werkstücken, insbesondere exzentrisch umlaufenden Lagerzapfen (2, 3) von schweren Kurbelwellen (1) mit

• - einem in einer senkrechten Ebene schwingenden Stützarm (6), der
• - mit seinem einen Ende (7) das exzentrisch umlaufende Werkstück (3) untergreift,
• - mit seinem anderen Ende (8) an einer waagerechten, in einer Ebene (9) mit der Drehachse (10) des Werkstücks (3) liegenden Führung (5) anliegt und
• - einer am Stützarm (6) angreifenden, das exzentrisch umlaufende Werkstück (3) mit einer gleichbleibend senkrecht gerichteten Kraft unterstützenden Entlastungsvorrichtung (12, 17, 18, 19).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsvorrichtung (12, 17, 18, 19) eine in derselben Ebene waagerecht geführte Hydraulik- oder Pneumatik-Kolben-Zylinder-Einheit (12) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulik- oder Pneumatik-Kolben-Zylinder-Einheit (12) kippfrei geführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine spielfreie Rollen-Schienen-Führung (5, 16).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine hydrostatische Führung.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsvorrichtung (12, 17, 18, 19) am Stützarm etwa mittig zwischen den Enden (7, 8) des Stützarms (6) angreift.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der geometrische Mittelpunkt (20) des exzentrisch umlaufenden Werkstücks (3), der Angriffspunkt (14) der Entlastungsvorrichtung (12, 17, 18, 19) am Stützarm (6) und der Führungspunkt (21) in der waagerechten Führung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am das exzentrisch umlaufende Werkstück (3) untergreifenden Ende (7) des Stützarms (6) einstellbare oder auswechselbare, an den Durchmesser des exzentrischen umlaufenden Werkstücks (3) anpaßbare Stützsegmente (11) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (5) auf einem achsparallel zum exzentrisch umlaufenden Werkstück (3) verfahrbaren Schlitten (4) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsvorrichtung (12, 17, 18, 19) mitfahrend am Schlitten (4) angeordnet ist.