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Vorrichtung zum Schleifen der Haupt- und Pleuellagerzapfen von Kurbelwellen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. eine Werkzeugmaschine zum Schleifen
von Kurbelwellen, mit welcher sowohl die Hauptlagerzapfen als auch die Pleuellagerzapfen
in einer einzigen zentrischen Rufspannung des Arbeitsstückes geschliffen werden,
wobei durch Anordnung mehrerer Schleifscheiben die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer
bzw. aller Lagerstellen möglich ist.
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Das Schleifen einzelner Pleuellagerzapfen bei zentrischer Rufspannung
der Kurbelwelle mit Hilfe einer entsprechend der Exzenterbewegung des zu bearbeitenden
Zapfens mitschwingenden Schleifscheibe ist bereits bekannt. Doch wird die Schwingbewegung
der Schleifscheibe in diesem Falle unmittelbar von dem zu schleifenden Lagerzapfen
abgenommen, welcher Umstand mehrere Mängel bedingt. Der schwerste Mangel ist die
schwingende und damit ungleichförmige Bewegung der Schleifscheibe, die nicht ausgleichbare
Massenkräfte verursacht, welche Bearbeitungsdrehzahl und Genauigkeit beschränken.
Ein weiterer Mangel ist das Kopieren der Schwingbewegung der Schleifscheibe unmittelbar
von dem zu bearbeitenden Lagerzapfen, wodurch eine beträchtliche und vor allem wegen
der veränderlichen Massenkräfte veränderliche Deformation des Arbeitsstückes während
des Arbeitsvorganges auftritt.
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Ein dritter Mangel der bekannten Vorrichtung ist der, daB infolge
der Abnahme der Schwingbewegung des Werkzeuges von dem zu bearbeitenden Pleuelzapfen
im Kopierverfahren zwar durch entsprechende Anordnung der Kopiereinrichtung ein
anfänglich ovaler Zapfen rund wird, die Lage seines Mittels nach Beendigung des
Schleifvorganges jedoch ausschließlich von der Form des Zapfens vor der Anarbeit
abhängt und durch die Einstellung der Maschine nicht beeinfluBt werden kann. Somit
ist die Korrektur eines vor dem Schleifen unrichtigen Zapfenmittels nicht möglich.
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Die bekannte Vorrichtung befriedigt daher weder hinsichtlich der Anarbeitsdrehzahl
und damit der
Leistung noch hinsichtlich der Genauigkeit die Ansprüche
der Serienfertigung und ist daher ausschließlich als Reparaturmaschine in Verwendung.
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Es ist aber auch schon vorgeschlagen worden, die Pleuellagerzapfen
bei zentrischer Aufspannung der Kurbelwelle unter Zuhilfenahme von auf einer Meisterwelle
drehbar gelagerten Schleifscheiben zu bearbeiten, wobei diese Meisterwelle hinsichtlich
der Kurbelradien und der Mittelabstände sowie der Längen der Zapfen genau dem Arbeitsstück
entsprechen muß. Hier ergibt sich also der schwerwiegende Nachteil, daß die Anpaßbarkeit
an Arbeitsstücke verschiedener Abmessungen das Vorhandensein einer entsprechenden
Anzahl von Meisterwellen bedingt und daß außerdem die Arbeitsgenauigkeit in erster
Linie von der genauen Einhaltung der Durchmesser bzw. Durchmesserabstufungen der
Schleifscheiben abhängt.
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Diese Übelstände werden nun. durch die Erfindung vermieden, indem
diese eine Vorrichtung zum Schleifen der Haupt- und der Pleuellagerzapfen von Kurbelwellen
bei während des Schleifvorganges um das Hauptlagermittel umlaufendem Arbeitsstück
schafft, bei welcher gemäß dem Hauptkennzeichen das Mittel der Schleifscheibe kongruente
Bewegungen ausführt, indem das Mittel der Schleifscheibe im Schleifbock mit der
gleichen Exzentrizität wie der zu bearbeitende Zapfen gelagert ist und synchron
und phasengleich mit diesem umläuft, wobei die Exzentrizität des Schleifscheibenmittels
verstellt werden kann. Erfindungsgemäß sind dabei Mittel vorgesehen, die es ermöglichen,
diese Verstellung stufenlos durchzuführen. Weitere Merkmale der Erfindung beziehen
sich auf besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Einrichtung und Organe für die
vorgenannte Verstellung, einer Einrichtung zum Antrieb der Schleifscheibe sowie
einer Einrichtung für den anpaßbaren Gewichtsausgleich der Schleifscheibe.
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Abgesehen von den durch die Erfindung erzielten großen Vorteil hinsichtlich
der Steuerung der Schleifscheibe in Anpassung an die jeweiligen Arbeitsbedingungen
ergibt sich noch der weitere Vorzug, daß man es in der Hand hat, die erfindungsgemäße
Vorrichtung zu einer Schleifeinheit auszubilden und mehrere solcher Schleifeinheiten
an einer und derselben Maschine zum Einsatz zu bringen, so daß in einem Arbeitsgang
sämtliche Haupt- und Pleuellagerzapfen bearbeitet und dabei, unter Beibehaltung
der vollen Bearbeitungsgenauigkeit, alle innerhalb weiter Grenzen vorkommenden Bearbeitungsfälle
(verschiedene Abmessungen der Kurbelwellen) bewältigt werden können.
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Rüstet man überdies, wie im folgenden Ausführungsbeispiel dargestellt,
die Maschine mit zwei fluchtend angeordneten und wahlweise in Arbeitsstellung zu
bringenden Aufspanntischen aus, dann kann während der Bearbeitung eines Arbeitsstückes
das zweite bereits fertiggestellte Stück in der Aufspannstellung kontrolliert und
sodann gegen ein noch zu bearbeitendes ausgetauscht werden, wodurch eine wesentliche
Verminderung der Nebenzeiten eintritt. Damit ist es möglich, durch Verwendung beispielsweise
einer Maschine mit vier Schleifeinheiten, den Zeitaufwand für die Bearbeitung der
Hubzapfen einer vierfach gekröpften Kurbelwelle gegenüber den bekannten Maschinen
auf weniger als ein Viertel herabzudrücken.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Abb.
i eine prinzipielle Darstellung der Wirkungsweise veranschaulicht, während Abb.2
das Schema der Steuerung der Schleifscheibenbewegung zeigt; Abb.3 und 4 stellen
in einer Seitenansicht und einem teilweisen Längsschnitt eine Vereinfachung (vereinfachte
Ausbildung) des Antriebes und der Lagerung der Schleifscheibe dar, während Abb.
5 und 6 im Längsschnitt und Seitenansicht den Ausgleich des ausmittig umlaufenden
Schleifscheibengewichtes veranschaulichen; Abb. 7, 8 und 9 zeigen eine Einspindelmaschine
in Ansicht von vorn, Draufsicht und Seitenansicht, und Abb. io, ii und 12 eine Vierspindelanordnung
beim Schleifen der Kurbelzapfen einer vierfach gekröpften Welle.
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Gemäß Abb. i wird die zu bearbeitende Kurbelwelle mit gleichförmiger
Winkelgeschwindigkeit im Sinne des Pfeiles um ihre Mittelachse i gedreht. Die Kurbelwangen
sind mit 2 bezeichnet, während 3 den von der Schleifscheibe 4 zu bearbeitenden Kurbelzapfen
darstellt. Neben der voll eingezeichneten vordersten Stellung des Kurbelzapfens
3 und der Schleifscheibe 4 sind strichliniert zwei weitere Stellungen eingetragen,
die nach i2o bzw. 24o° Drehung des Arbeitsstückes erreicht werden.
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Die Schleifspindel 5 wird von einem in Abb. i nicht eingetragenen
Motor über Riemen angetrieben. Sie ist exzentrisch mit der Exzentrizität ei in einer
Exzenterhülse 6 gelagert, die ihrerseits exzentrisch mit der Exzentrizität e. in
der im Schleifbock drehbar gelagerten Trommel ? angeordnet ist. Die Gesamtexzentrizität
e der Schleifspindel ist somit die geometrische Summe der Teilexzentrizitäten ei
und e2. Werden diese genau gleich groß ausgebildet (ei = e,), dann läßt sich durch
Verdrehen der Exzenterhülse 6 in der Trommel 7 die Gesamtexzentrizität e stufenlos
von ei - e2 = o bis ei + e.= = 2 ei verstellen. Die
Gesamtexzentrizität wird in später zu beschreibender Weise so eingestellt, daß sie
gleich der Exzentrizität des zu schleifenden Kurbelwellenzapfens ist. Die Trommel
7 läuft synchron und phasengleich mit dem zu schleifenden Kurbelzapfen, der somit
mit der eingestellten Exzentrizität und Phasenlage bearbeitet wird. Der Bearbeitungsdurchmesser
wird durch Beistellung des Schleifbockes in der Verbindungslinie des Mittels der
Trommel 7 und des Arbeitsstückes i bestimmt.
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Die Abb. 2 zeigt den Antrieb der Steuerbewegung der Schleifscheibe.
Die Bezeichnungen i bis 7 sowie ei, e2 und e entsprechen der Abb.
i. Die Abb. 2 veranschaulicht ferner den im Schleifbock gelagerten Antriebsmotor
der Steuerbewegung, welcher elektrisch oder mechanisch mit dem genau synchron laufenden
Antrieb des Arbeitsstückes gekuppelt ist. Er treibt die im Schleifbock 13 drehbar
gelagerte Trommel 7 über Ritzel 9 und Stirnrad io. Aus der gleichen Figur ist die
Einrichtung zu ersehen, welche zur stufenlosen Verstellung der Exzentrizität der
Schleifspindel
dient. Diese Verstellung erfolgt durch relative Verdrehung der Exzenterhülse 6 und
der Trommel 7, die während des Schleifvorganges gegeneinander verriegelt sind. Um
zu erreichen, daß diese Verstellung ohne Änderung der Phasenlage der resultierenden
Exzentrizität e erfolgt, sind die Exzenterhülse 6 und die Trommel 7 durch ein Planetengetriebe
16, 17, 18 und i9 gekoppelt. Wird das innen verzahnte Rad 16 des Planetengetriebes
mittels des Arretier-Stiftes 12 und der außen angeordneten Sperrvorrichtung, der
Sperrverzahnung ii im Schleifbock 13 blockiert und die Trommel ? bei ausgekoppeltem
Steuerungsantrieb 8 und ausgeschalteter Verriegelung zwischen der Exzenterhülse
6 und der Trommel 7 über das Handrad 14 und das Ritzel 15 gedreht, dann wälzt sich
das Zahnrad 17 auf der feststehenden Innenverzahnung 16> ab und bewirkt über das
Zwischenrad 18 und die Verzahnung i9 eine Drehung der Exzenterhülse 6 in der entgegengesetzten
Richtung und um den doppelten Winkel. Da, wie bereits dargelegt, die Exzentrizitäten
e, und e., gleich sind, bleibt somit auf Grund der geometrischen Gesetzmäßigkeiten
die Richtung der resultierenden Exzentrizität unverändert.
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Ist die gewünschte Exzentrizität eingestellt, dann wird die nicht
dargestellte Blockiervorrichtung zwischen der Exzenterhülse 6 und der Trommel 7
eingerückt und der Arretierstift 12 ausgehoben. Durch Betätigung des Handrades 14
bei immer noch ausgeschaltetem Steuerungsantrieb 8 und 9 kann nun die Trommel ?
bei gleichbleibender Exzentrizität gegenüber dem Arbeitsstück verdreht und damit
die Phasenlage eingestellt werden. Ist auch diese Einstellung erfolgt, dann wird
mittels einer spielfrei arbeitenden Kupplung der Handantrieb 14 und 15 aus- und
der Steuermotorantrieb 8 und 9 eingeschaltet und die Vorrichtung ist betriebsbereit.
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Die Abb.3 zeigt einen Längsschnitt der Schleifspindellagerung, in
dem die Schleifspindel 5 die Exzenterhülse 6 und die Trommel 7 sowie ihre Lagerung
2o und 21 in dem Schleifbock i3 (Abb. 2) dargestellt sind. Außerdem sind in Abb.
3 die Antriebsriemenscheibe 26 für die Schleifscheibe 4 sowie der Antriebsriemen
24 dargestellt.
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Die Abb.4 zeigt eine Seitenansicht des Schleifscheibenantriebes, wobei
die Bezeichnungen i bis 7 den vorangegangenen Abbildungen entsprechen. Der Antriebsmotor
22 ist im Schleifbock 13 (Abb. 2) fest gelagert, nimmt also an der Steuerbewegung
der Schleifscheibe 4 nicht teil. Die Kraftübertragung vom ruhenden Motor auf die
synchron mit dem zu bearbeitenden Pleuelzapfen 3 umlaufende Schleifspindel 5 erfolgt
über 2 Riementriebe 23 und 24. Die Antriebsriemenscheibe 25 ist auf der Motorwelle,
die angetriebene Riemenscheibe 26 auf der Schleifspindel 5 angeordnet. Die beide
Riemen 23 und 24 aufnehmende Zwischenscheibe 27 ist durch zwei Schwingarme 28 und
29 ger führt, die auf der Welle des Motors 22 bzw. auf der Schleifspindel 5 drehbar
gelagert sind. Damit wird eine von der Steuerbewegung der Schleifspindel 5 unabhängige
Länge der beiden Riementriebe erreicht.
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Die Sc hleifspindellagerung ist so ausgebildet, daß die ausmittig
umlaufenden '.Massen mit Ausnahme der Schleifscheibe unabhängig von der Größe der
eingestellten Exzentrizitäten vollständig ausgeglichen sind.
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Der Ausgleich des Gewichtes der ausmittig umlaufenden Schleifscheibe,
das je nach Durchmesser und Breite derselben variiert, erfolgt durch die in Abb.
5 und 6 dargestellte Vorrichtung. Die Bezeichnungen 4 bis 7 sowie 21 und 22 entsprechen
den vorangegangenen Abbildungen. Auf der Schleifspindel 5 ist drehbar eine Schwinge
30 gelagert, deren oberes Ende am Doppelhebel 31 angelenkt ist. Der zweite
Arm des im Schleifbock 13 (Abb. 2) gelagerten Doppelhebels 31 ist so ausgebildet,
daß seine wirksame Hebellänge, d. h. der Abstand der Laufmutter 32, vom Hebelmittel
durch Drehen der Spindel 33 über Kegelräder 34 und 35 und das Handrad 36 verändert
werden kann. Auf die Laufmutter wirkt die mit ihrem anderen Ende im Schleifbock
13 (Abb. 2) abgestützte Druckfeder 37, deren Spannung so bemessen ist, daß dem an
der Schwinge 30 hängenden Gewicht der Schleifscheibe 4 das Gleichgewicht
gehalten wird. Die Anpassung an das veränderliche Gewicht der Schleifscheibe 4 erfolgt
durch Veränderung des wirksamen Hebelarmes der Druckfeder mit Hilfe des Handrades
36, wobei auf einer mit dem Handrad verbundenen, nicht dargestellten Skala das eingestellte
Gewicht abgelesen werden kann.
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In den Abb. 7, 8 und 9 ist eine Bearbeitungsmaschine im Aufriß, in
Draufsicht und in Seitenansicht dargestellt, welche mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
versehen ist. Auf dem Maschinenbett 38 ist der Aufspanntisch 39 mit dem Spindelstock
40 und dem Reitstock 41 längs verschiebbar angeordnet. Durch ein Handrad 42 und
ein zweites Handrad 43 kann die Längsverschiebung des zwischen dem Reitstock und
dem Spindelstock eingespannten Arbeitsstückes 44 sowie die Beistellung der Schleifscheibe
4 vorgenommen werden. Die Schleifscheibe 4 ist in dem Schleifbock 13 gelagert, der
feststeht, während sich die Schleifscheibe 4 im Sinne der vorstehenden Ausführungen
bewegt. Der Schleifbock 13 ist auf einem keilförmigen Unterteil 45 angeordnet, so
daß die Beistellung schräg nach abwärts erfolgt, um die Spitzenhöhe von Spindelstock
und Reitstock möglichst niedrig und damit die Maschine möglichst stabil zu erhalten.
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In den Abb. io, ii und 12 ist nun in Ansicht, Draufsicht und Seitenansicht
als Beispiel für eine Mehrfachkurbelwellenschleifmaschine für die Massenfertigung
von Kurbelwellen ein Gerät. für die Bearbeitung von vier Lagerstellen in einem Arbeitsgang
dargestellt. Es sind vor und hinter dem Maschinenbett je zwei Schleifböcke 13, 13a,
13' und 13# vorgesehen, wobei wieder die Maßnahme der schrägen Führungsbahnen angewendet
ist, um die Spitzenhöhe von Spindelstock und Reitstock möglichst niedrig und die
Bettbreite des Arbeitstisches möglichst klein zu halten. Die einzelnen Schleifeinheiten
sind unabhängig voneinander sowohl bezüglich der dem Radius der Kurbelwelle anzupassenden
Gesamtexzentrizität e als auch hinsichtlich der Phasenlage einstellbar angeordnet.
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In den Abb. io, ii und 12 sind nacheinander zwei Aufspanntische angeordnet,
so daß zwei Spindelstöcke 40 und 40° und Reitstöcke 41 und 41° und auch
zwei
Arbeitsstücke 44 und 44° Platz finden. Es ist daher möglich, während der Bearbeitung
einer Kurbelwelle die zweite bereits geschliffene Welle in der Aufspannlage zu prüfen
und gegen ein neues Arbeitsstück auszutauschen, ohne daß dabei ein Zeitverlust entsteht.
Ist der Schleifvorgang an der in Arbeit befindlichen Kurbelwelle beendet, dann wird
die inzwischen aufgespannte nächste Welle durch einfache Längsverschiebung der Tische
in Arbeitsstellung gebracht.