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Vorrichtung zum selbsttätigen Steuern des Drehstahles von Unrunddrehbänken
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum selbsttätigen Steuern-des Drehsta'hls
von Unrunddr-ehbänken.
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In der Regel geht man bei solchen Drehbänken von einem festen Modell
aus. Soll die Drehbank aber zur Herstellung von Drehkörpern, die mehr oder weniger
leichte*Abweichungen von der ursprünglichen unrunden Form auf-weisen sollen, verwendet
werden, so ist für jede Änderung ein neues Modell erforderlich. Das erweist sich
beispiels-.weist bei der Herstellung von Kolbenringen als nachteilig. Aus Grauguß
hergestellte Kolbenringe sollen vielfach in einer nichtkreisrunden Form --edreht
werden, um dem fertigen Ringe eine vorher bestimmte Radialdruckverteilung zu sichern,
beispielsweise einen höheren Radialdruck am Stoß als an den übrigen Umfangsstellen
des Ringes. Än-' dert sich nun die gewünschte Radialdruckvert-eilung oder auch nur
der Elastizitätsmodul des Werkstoffes, so mußte bei den bekannten Schablonen, dr-ehbänken
jedesmal die Schablone ausgewechselt werden.
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Es ist zwar bekannt, das Übersetzungsverhältnis von Hebelarmen zur
Herstellung geornetrisch ähnlicher Drehkörper mit der gleichen Schablone zu verändern.
jedoch war die gleichzeitige Berücksichtigung
von geometrisch unähnlichen
Ab-
weichungen der Modellform mit der gleichen Schablone bisher nicht möglich.
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Bekannt ist es auch, zwei verschiedene Schablonen zu verwenden, jedoch
nicht zum Drehen von verschieden unrunden zylindrischen Flächen. So ist eine Schablonendrehbank
zum Abdrehen von Kolbenringen u. dgl. bekannt, bei der zur Sicherung eines präzisen
Abdrehens neben der Hauptschablone noch eine Gegenschablone vorgesehen ist, die
Abweichungen des Drehstahls von der Führung durch die Hauptschablone verhindert.
Die Aufgabe der Herstellung ungleich unrunder Ringe mit den gleichen Schablonen
lag hierbei jedoch nicht vor.
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Ferner ist auch die Überlagerung der von zwei Schablonen abgenommenen
Bewegung an sich schon bekannt. Hierbei wurden die beiden Nocken, kurven aber nur
linear summiert, so daß mit gegebenen Nocken nur eine einzige feste Kurvenbahn auf
dem Werkstück eingefräst werden konnte. Eine geometrische Addition zweier Kurven
ist bei Drehbänken bisher nur zur Regelung des Spanwinkels bekannt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es möglich sein muß,
die Abweichungen jedes ein-7e-Inen.-Punkt,es eines gedachten Modells von ein:-er
geschlossenen Grundkurve in eine radiale und eine tangent4ale Komponente zu zerlegen,
jede für sich proportional zu vergrößern und dann erst zusammenzufassen, um sie
das Werkzeug steuern zu lassen. Bei der Herstellung von unrund-en Kolbe-nringen
beispielsweise verläuft der Umfang des abzudichtenden Kolbenringrohlings ineiner
bestimmten,- rechnerisch zu erfassenden und je nach dem gewünschten Anpr#eßdruck
an den einzelnen Stellen verschiedenen Kurve; deren einzelne Punkte lassen sich
nach der Erkenntnis der Erfindung durch ihre radiale und tangentiale Abweichung
von einem Grundkreis bestimmen, welcher der Form des Kolbenringes im eingebauten,
gespannten Zustand mit zusammengedrückten Stoßenden entspricht, Dabei wird der Rohling
zu der Form vorgedreht, die der Kolbenring in ungespanntem Zustand einnehmen soll,
worauf das zwischen den beiden Stoßenden liegende Stück herausgeschnitten wird.
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Daß bei einander geometrisch unähnlichen Werkstücken neben den verschiedenen
radialen Ab-
weichungen von der Grundkurve auch verschiedene tangentiale Abweichungen
berücksichtigt werden müssen, zeigt sich, wenn man sich beispielsweise bei Kolbenringen
die verschiedenen Umfangskurven beim Übergang von dem Zustand nach dern Einbau im
Zylinder, wobei der Ring mit geschlossenem Stoß in der Regel Kreisumfang hat, so
daß die Grundkurve zum Abdrehen des Rohlings ebenfalls kreisförmig ist, bis zum
gespreizten Zustand des frei lie :nden fertigen Ringes, also gle der zu drehenden
Kurve des Kolbenringrohlings, vorstellt. jeder einzelne Punkt der Grundkurve wandert
hierbei auf einer Linie, deren Länge dem Radialdruck des Ringes an der betreff-enden
Stelle proportional ist, deren Richtung aber von Punkt zu Punkt verschieden ist.
Würde man nur die Größe der Verschiebung ändern unter Beibehaltung der Richtung
gegenüber dem zugeordneten Ra:dius, so würden sich für die einzelnen Punkte unzulässig
starke tangentiale Verschiebungen ergeben; es muß also eine tangentiale Verschiebung
eingeschaltet werden, welche den Punkt auf die richtige Stelle der gewünschten Endkurve
bringt.
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Erfindungsgemäß sollen die Abweichungen des herzustellenden, Drehkörperumfangs
von einer geschlossenen Grundkurve jeweils auf je einen Nocken aufgetragen
werden, der die Bewegung des Schlittens in radialer und tangentialer Richtung entweder
unmittelbar oder über ein Summierungsgetriebe steuert. Der Einfachheit halber sei
der die radiale Verschiebung ste4ernde Nocken als Radialnocken, der die tangentiale
Verschiebung steuernde Nocken als Tangentialnocken bezeichnet. Als geschlossene
Kurve läßt sich ein Kreis verwenden, aber auch eine Ellipse od. dgl" was z. B. für
den denkbaren Fall der Herstellung von Kolbenringen für Unrundzylinder von Wert
sein kann. Als Schlitten kann beispielsweise ein Kreuzschlitten dien-en, der dem
Drehstahl eine von den beiden Nocken abgetastete, aus der radialen und tangen7 tialen
Verschiebung zusammengesetzte Bewegung aufzwingt, die genau der Ausgangskurve und
damit dem gedachten Modell entspricht.
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Bei der Übertragung der Nockenkurve auf die Schlittenbewegung lassen
sich natürlich nicht nur Summierungsgetriebe, sondern auch lineare Verkleinerungen
oder Vergrößerungen in an sich bekannter Weise einschalten, um mit der Drehbank
gemäß der Erfindung auch geometrisch ähnliche Werkstücke, z. B. Kolbenringe gleicher
Radialdruckvtrteilung und -höhe, aber verschiedenen Durchmessers, herstellen zu
können.
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Es kann nun, z. B. bei den Stoßenden von Kolbenringen, auf dem nachgeformten
Werkstück zwei verschiedenen Punktenein gemeinsamer Ausgangspunkt zugeordnet sein.
Der Kolbenring soll im gespannten Zustand mit geschlossenem Stoß einen bestimmten
Radialdruck ausüben, der Rohling soll jedoch auf der Drehbank gemäß der Erfindung
in ungespanntem Zustand mit gespreizt,= Stoß vorgedreht werden, so daß den beiden
Stoßenden eine gemeinsame radiale Verschiebung, also der gleiche Ausgangspunkt von
dem Radialnocken, aber eine zwar in der Regel gleiche, aber verschieden gerichtete
tangentiale Verschiebung, also zwei verschiedene Punkte auf dem Tangentialnocken,
zugeordnet ist. Hierbei ergibt sich für die Vorrichtung gemäß der Erfindung die
Schwierigkeit, daß es notwendig wäre, den Schlitten -in der Zeit Null um den
Ab-
stand zwischen den beiden Punkten auf dem Tangentialnocken zu heben. In
der Praxis ist aber zu fordern, daß die Schnittgeschwindigkeit möglichst konstant
bleibt.
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Erfind#ungsgemäß wird zur Überbrückung dieses Abstandes auf dem Tangentialnocken
vorgeschlagen, daß Radial- undTangentialnocken mit gleicher Geschwindigkeit und
in gleichem Drehsinn umlaufen wie das Werkstück und daß die beiden Nocken durch
eine Schwinge verbunden sind, die
um den Drehpunkt des RadiaInockens
drehbar ist# In der an einer Abtastlinie anliegenden Umfangskurve des Tangentialnockens
ist ein Sperrteil eingeschaltet; die Abtastlinie kann dabei sowohl an einem festen
Anschlag als auch an einer Abtastrolle vorgesehen sein. Gemäß der Erfindung wird
nun durch den Sperrteil die Weiterdrehung des Tangentialnockens gegenüber der Schwinge
verhindert und infolge und während dieser Sperrung die Schwinge in der Drehrichtung
und mit der Drehgeschwindigkeit der Nocken selbsttätig be-
wegt. Am Ende des
Sperrteils hört die Drehung der Schwinge auf, der Tangentialnocken dreht sich gegenüber
der Schwinge weiter, und auch der Radialnocken nimmt die während dieses Zeitraumes
unterbrochene Steuerung des Drehstahls wieder auf. Das Stück, um das sich das Werkstück
während dieser Zeit mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiter gedreht hat, entspricht
bei Kolbenringen der Stoßentfernung und wird bei der Weiterbearbeitung des Rohlings
herausgeschnitten.
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Die Sperrung der Tangentialnockendrehung gegenüber der Schwinge braucht
dabei, keine absolute zu sein und ist es dann nicht, wenn zur Abtastung der tangentialen
Verschiebung eine Rolle verwendet wird. Kleine Verschiebungen des Tangentialnockens,
die durch das Abwälzen -der Abtastrolle über die Kante des Sperrteils entstehen,
können praktisch vernachlässigt werden, bei Kolbenringen insbesondere deswegen,
weil das'Stück zwischen den beiden Stoßenden später wegfällt. Voraussetzung ist
nur, daß am Ende des Sperrteils des Tangentialnockens der Drehpunkt desselben, .der
bei solchen Verschiebungen in der Richtung auf den Drehpunkt desRadialnockens mit
verschiedener Geschwindigkeit gewandert ist, wieder genau in seine Ausgangsstellung
zurückgekehrt ist.
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Vorteilhafterweise wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung so aufgebaut,
daß die von den Umfangskurven der Nocken abgetasteten radialen und tangentialen
Abweichungen von der Grundkurve auf einen Kulissenstein einer Doppelkulisse und
von diesem auf den Drehstahl übertragen werden. Dabei empfiehlt es sich, den stets
unveränderlichen Drehpunkt des Radialnockens, die Abtastvorrichtung für den Tangentialnocken
und mindestens eine Kulisse zur Übertragung der Steuerungen auf den Drehstahl auf
einem gemeinsamen Gestell zu lagern, weil hierdurch der Aufbau der gesamten Vorrichtung
am einfachsten wird.
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Wenn nun auch geometrisch unähnliche Ab-
weichungen des Drehkörpers
von der Grundkurve ohne Änderung der beiden Nocken herzustellen sind, muß das Verhältnis
der Sperrzeit für den Radialnocken zu seiner Umlaufzeit veränderlich sein; mit anderen
Worten muß die relative Winkeländerung zwischen der Schwinge und dem Gestell, das
den Radialnocken und die Nockenabtastvorrichtung für den Tangentialnocken trägt,
so beeinflußt werden, daß bestimmten radialen Verschiebungen, also bestimmten Punkten
des Radialnockens, andere tangentiale Verschiebungen zugeordnet werden als beider
ursprünglichen Kurve. Dieses läßt sich nun auf die verschiedenste Weise bewerkstelligen,
votteilhafterweise dadurch, daß der Abstand der beiden Nockenmitten in der Schwinge
voneinander veränderlich ist, oder auch dadurch, daß die Entfernung des Wirkungspunktes
der Abtastlinie für den Tangentialnocken von dem Drehpunkt des Radialnockens veränderlich
ist.
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In dem letzten Fall, also bei verschieden üBerg setzbarer Abtastvorrichtung
für den Tangentialnocken empfiehlt es sich, wenn die Lage der Abtastvorrichtung
sich stetig gegenüber dem Drehpunkt des Radialnockens in Abhängigkeit von der Drehung
des Tangentialnockens ändern läßt. Denn auf diese Weise kann jeder beliebigerr radialenVerschiebung,
soweit sie von dem Radialnocken erfaßt werden kann, jede beliebige von dem Tangentialnocken
erfaßbare tangentiale Verschiebung zugeordnet werden, und der Verlauf der herzustellenden
Werkstücke wird in den weitesten Grenzen innerhalb der vorgesehenen Abweichungen
willkürlich veränderlich.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von zur Herstellung unrunder
Kolbenringe bestimmten Vorrichtungen gemäß der Erfindung schematisch dargestellt,
und zwar in Abb. i eine Ausführung mit Kreuzschlitten ohne eine die beiden Nocken
verbindende Schwinge, Abb. 2 die Wirkungsweise einer Vorrichtung, bei der einem
Punkt des Radialnockens zwei verschiedene Punkte des Tangentialnockens zugeordnet
sind, und Abb. 3 eine Vorrichtung, die es gestattet, sowohl die radiale als
auch die tangentiale Verschiebung als auch den Übertragungsmaßstab der Endkurve
gegenüber der Ausgangskurve zu ändern, mit der also geometrisch ähnliche Ringe ebenso
wie Ringe mit verschiedenem Radialdruck bei sonst gleichen Ringabmessungen und gleichen
oder verschiedenen Materialkonstanten hergestellt,werden können.
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An einem im Raum festen Gestell i ist einerseits der Schlitten 2,
mit dem Drehstahl 3 zur Bearbeitung des Kolbenringrohlings 4 gelagert. An#
dererseits trägt das Gestell i den um den Zapfen 5
drehbaren Radialnocken
6.
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In Abb. i ist der Schlitten als Kreuzschlitten ausgebildet, der dem
Stahl durch den Stahlhalter 7
eine auf- und abwärts gerichtete Bewegung und
d,urch die Gabel 8 einen hin und her gehenden Schub aufzwingt. Die Auf- und
Abwärtsbewegung des Stahlhalters 7 ergibt sich durch die Abtastung des Tangentialnockens
9 mittels des Abtastanschlages io.
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In Abb. 2 und 3 sind die Nocken 6 und 9 durch
d,ie ebenfalls um den Zapfen 5 drehbare Schwinge ii verbunden, die den Nocken
9 unter dem Einfluß einer am Seilzug 12 und der Rolle 13 am Gestell i angreifenden
Kraft F gegen die Abtastkante io preßt. Der Nocken 6 ist hinsichtlic11
seiner Drehzahl fest mit dem Werkstück verbunden und läuft mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit
w wie dieses um. Der Nocken 9 ist mit einem Getriebe, hier als Kette 14 dargestellt,
ebenfalls so mit dem Nocken6 verbunden, daß seine Drehung
gegenüber
dem Gestell i der gleichen Winkelgeschwindigkeit entspricht.
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Der Nocken 9 weist in seiner Umfangskurve den durch die Punkte
a ... b begrenzten Sperrteil 15 auf.
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Durch die Abtastspitze 16 wird der Nocken 6 abgetastet. Die
Bewegungen der Abtastspitze werden über rdie Kulisse,ii7 und den Kulis,senstein
18 auf den Stahl 3 übertragen. Die Einwirkung des Nockens 9 auf die
Abtastvorrichtung io entfernt oder nähert die Schwinge i i dem Gestell i, und auch
diese Bewegung setzt sich über die Kulisse 17
und den Kulissenstein 18 zu
dem Stahl 3 fort, in-.dem der KuUssenstein iS in dem Langloch ig im Gestell
i entsprechend verschoben wird. Sowohl die radialen wie die tangentialen Verschiebungen
lassen sich also durch eine Verschiebung des Kulissensteines 18 in der Kulisse 17
und in dem Langloch ig wiedergeben.
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Während nun der Nocken 9 vom Punkt b aus bis zum Punkt
a an der Abtastvorrichtung i o, die in Abb. 3 als Abtastrolle dargestellt
ist, vorbeigleitet, hat sich die Schwinge i i bis zu einem größten Winkelabstand
dem Gestell i gegenüber bewegt. Bei Erreichen des Punktes a gibt Ader Nocken
9 zunächst die Abtastlinie io frei, und die Schwinge ii will sich unter dem
Einfluß der KraftP um den Punkt 5 drehen. Sie ist aber an der freien
Drehung gehindert, da sich dabei der Nocken 9 entgegen dem bisherigen Umlaufsinn
drehen müßte. Wenn sich der Nockeng nun in seinem bisherigen Umlaufsinn weiter dreht,
so rutscht die Abtastlinie an dem Sperrteil 15 von a nach b entlang, und
mit der gleichen Geschwindigkeit wird auch die Dr-ehung der Schwinge i i um den
Zapfen 5 ermöglicht. Im Ergebnis dreht sich also während des Anliegens des
Sperrteils 15 an der Abtastlinie -die Schwinge ii mit der Geschwindigkeit w und
im Drehsinn beider Nocken um den Zapfen 5, während der Nocken 9 im
Verhältnis zur Schwinge i i stillsteht. Da die Abtastspitze 16 während dieser Zeit
ständig auf dem gleichen Punkt des mit gleicher Geschwindigkeit sich weiter drehenden
'L\oclens 6
ruht, ist die Wirkung des Nockens 6 auf den Drehstahl ebensolange
gesperrt. Beim Erreichen des Punktes b hört die Sperrung auf, und beide Punkte
können von neuem bei der Beeinflussung des Drehstahls 3 zusammenwirken.
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Die Vorrichtung nach Abb. 3 ist in allen grundsätzlich wichtigen
Teilen die gleiche wie die nach Abb. ?- und unterscheidet sich von dieser
nur durch die Möglichkeit, den Abtastanschlag i o in dem Verhältnis seiner Einwirkung
auf die Schwinge ii zu verschieben und auch die Entfernung des Drehpunktes
5 des Nockens 6 von dem Drehpunkt 2,o des Nockens 9 zu ändern.
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Die erstgenannte Möglichkeit wird in dem in Abb. 3 dargestellten
Beispiel dadurch erreicht, daß durch die Stange 21 den im Langloch 22 im Gestell
i verstellbaren Bock 23 mit dem Zapfen:24, der in dem Bügel 25 gleitet,
und schließlich durch die Stange 26 eine veränderliche Übersetzung eingeschaltet
ist. je nach der Lage des als Drehpunkt wirkenden Zapfens 24 im BÜgel
25 wird sich die v om Nocken N 9 abgetastete Tangentialverschiebung
mehr oder minder stark. über die genannte Übersetzung auf die Bewegung der Schwinge
ii und damit auf den Kulissenstein, 18 und den Drehstahl 3
auswirken.
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Ebenso läßt sich die radiale Verschiebung beeinflussen, indem zwischen
Abtastspitze 16 und Kulisse 17 durch die beiden Gabeln:27 und 28 und den
in diesen Gabeln durch die Schraube 29 verstellbaren Balken 3o eine Übersetzung
eingeschaltet ist.
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Sollen mit der Vorrichtung gemäß Abb. 3 Ringe größeren oder
kleineren Durchmessers, aber mit geometrisch ähnlichem Umfang hergestellt werden,
so braucht nur das Hebelverhältnis zwischen Knlissenstein 18 und Schlitten 2 entsprechend-
geändert zu werden, wozu zw-eckmäßigerweise der Lag-erpu*nkt 31 des Hebels 3'2 verschoben
wird: Zur Herstellung geo-inetrisch unähnlicher Ringe mit konstanter Grundforin
der Belastungsverteilung, aber verschiedener Belastung, lassen sich beide Übersetzungen
zwischen den Nocken gleichmäßig verstellen, wofür zweckmäßigerweise Skalen an den
Verstellgliedern 23 und 29 vorgesehen sind. Wird nur eine der beiden Übersetzungen
oder werden beide Übersetzungen verschieden verstellt, so lassen sich mit der Vorrichtung
auch solche Ringe drehen, die eine andere Belastungsverteilung haben.