EP1181132B1 - Vor- und fertigschleifen einer kurbelwelle in einer aufspannung - Google Patents

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EP1181132B1
EP1181132B1 EP00927018A EP00927018A EP1181132B1 EP 1181132 B1 EP1181132 B1 EP 1181132B1 EP 00927018 A EP00927018 A EP 00927018A EP 00927018 A EP00927018 A EP 00927018A EP 1181132 B1 EP1181132 B1 EP 1181132B1
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EP
European Patent Office
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grinding
crankshaft
bearings
sec
finish
Prior art date
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EP00927018A
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EP1181132A1 (de
Inventor
Erwin Junker
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Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
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Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/36—Single-purpose machines or devices
    • B24B5/42—Single-purpose machines or devices for grinding crankshafts or crankpins

Definitions

  • the present invention relates to a method for grinding a centric clamped crankshaft.
  • crankshafts takes place in known methods in several Stages on different machines in several operations on special equipped grinding machines. Another method as well as a corresponding device are known from DE 43 27 807 A. There will be one Crankshaft with axial tension between receiving tips of a Clamped workpiece spindle and tailstock of a grinding machine. In this All bearings, stroke bearings, flanges, pins and end faces are clamped Finished crankshaft. At least two are used correspondingly contoured grinding wheels.
  • crankshaft in several processing stages manufactured on several grinding machines or in one set is finished.
  • the object of the invention is to provide a method for grinding To develop crankshafts, with which dimensional, shape and Machining tolerances of the crankshaft are improved and the Processing time is reduced.
  • This task comes with a method for grinding a centric clamped crankshaft with the features of claim 1.
  • the inventive method for grinding a centric clamped Crankshaft provides that their stroke bearings and main bearings in one setting be ground so that initially sanded at least the main bearing and then the stroke bearings finished and then the main bearings finished become.
  • crankshaft for several processing stages in one Clamping from pre-grinding to subsequent finish grinding Leave finished measure.
  • this saves time, the otherwise for retooling the machine or for loading and unloading the Crankshaft would be needed.
  • it succeeds through the claimed procedure of grinding that during grinding of the Warehouse liberated stresses in the material are compensated so far that After processing, a delay of the crankshaft is eliminated.
  • crankshafts first undergo soft machining such as turning, drilling and milling are subjected to, and then cured by heat treatment are in the crankshafts tensions that are released during grinding.
  • This free Expected stresses cause the workpiece to drag during grinding deforms or warps
  • the inventive order of processing steps the roughing and finishing of initially at least the main bearing and then the finish grinding of the rod bearings and then the finish grinding of the main bearings achieved One Controlled Influencing the Freeing of More Workpiece-Inherent Tensions.
  • the distortion of the crankshaft occurring during pre-grinding of the main bearings is lifted by the finish grinding so far that the required lower Tolerances of the dimensional accuracy of the main bearings can be achieved.
  • a further development provides that in addition to the main bearings and the lift bearings be pre-ground.
  • the pre-grinding of the stroke bearing takes place after pre-grinding the main bearings. Because bearings of different Crankshafts usually have different shapes, such as with lateral radii or punctures, it succeeds by pre-grinding the Crankshaft, as shown above, from the released voltages in the Crankshaft resulting distortion on the finished product to avoid. When vorwie Finished grinding while the plan pages can be mitgeschliffen without after finish grinding the desired tolerance values are exceeded.
  • crankshaft grinding machine As a particularly preferred application of the method and the crankshaft grinding machine has become the manufacture of crankshafts made of tempered steel proved. In a previous heat treatment, this one especially high risk that due to during the grinding process released stresses in the workpiece, the crankshaft warps. By the claimed approach is this distortion in finish grinding again eliminated.
  • An embodiment of the method provides that the pre-grinding and the Finish grinding with a single grinding wheel. Another procedure provides that the pre-grinding and finish grinding with one each Grinding wheel takes place. It allows the use of a grinding wheel for pre-grinding and a grinding wheel for finish grinding, different Grinding wheel specifications and dimensions for each to be able to exploit different processing. Another embodiment of the method provides that the main bearing and the lift bearings with one Grinding wheel pre-sanded and finished. Lift bearings like main bearing can have different machining tolerances. By a corresponding assignment of a grinding wheel to a type to be processed From bearings of the crankshaft it is possible to have an appropriate vote of used to make grinding wheel specification.
  • CBN grinding wheel with a Cutting speed between 40 m / sec and 140 m / sec, preferably between 80 m / sec to 120 m / sec and with galvanic CBN disks between 80 m / sec and 200 m / sec, preferably between 100 m / sec to 140 m / sec.
  • corundum grinding wheels in a range of preferably 35 m / sec to 100 m / sec, in particular 45 m / sec to 70 m / sec deploy. These values may vary slightly upwards as well as downwards, For example, depending on the dimensions of the crankshaft and the on these geometries to be machined, on the exact composition of the Grinding wheel, of the required surface quality etc.
  • crankshafts are in one piece with high Accuracy requirements produced by the above method, as they For example, for car and truck engines with a length of over 300 Millimeters are needed.
  • the above method is also suitable for the manufacture of crankshafts for example small engines, the one Length of 100 millimeters and more.
  • crankshafts made of cast iron or high-alloy steel achievable. This is especially true at a length of at least 100 millimeters, in particular at least 300 Millimeter of the crankshaft due to the achieved tolerance grades detectable.
  • Fig. 1 shows an illustration of a clamped crankshaft 1. This is in a chuck 2 clamped, which on a workpiece spindle 3 of a not shown workpiece flange is flanged. Downtown of the chuck 2 is a first tip 4, on which the crankshaft. 1 is centered. Radial entrainment of the crankshaft 1 takes place by Clamping jaws 5 of the chuck 2, which on an outer circumference of a Tighten flange 6 of crankshaft 1. Another shaft end of the crankshaft 1 is supported by a second tip 7 of a tailstock 9. The second tip 7 of the tailstock 9 is placed on an axially displaceable sleeve 8.
  • Tailstock 9 can also, as shown here, but not with a second tip 7 with another chuck as on the workpiece headstock be equipped.
  • the jaws of this chuck then clamp on one Spigot end 21 of the crankshaft 1.
  • the crankshaft 1 can under slight pressure, be depressurized or clamped under axial tension.
  • a drive of Crankshaft 1 takes place according to the embodiment shown in Fig. 1 in the way that the crankshaft 1 about a main bearing 11 centrically revolving through the Workpiece spindle 3 is driven with the chuck 2.
  • the drive is as CNC axis executed, cf. Arrow C1.
  • the tailstock 9 instead of only with a second tip 7 with a driven Tailstock quill (CNC axis C2) be equipped.
  • the grinding spindle 30 is shown with a grinding wheel 31.
  • the grinding spindle 30 is from a grinding spindle housing, not shown taken in the direction of the axis X by means of a CNC axis movable is.
  • the workpiece headstock with the chuck 2 and the tailstock 9 are mounted on a grinding table, not shown, in the direction of a Z-axis is movable.
  • the crankshaft 1 is clamped in such a way that their Central axis 13 exactly with the center axes of the workpiece spindle 3 and the Tailstock quill 8 is aligned.
  • a support of the crankshaft 1 takes place for example, by means of a steady rest 10, which is constructed on the grinding table.
  • the bezel 10 can in the axial direction of a predetermined main bearing 11th be set.
  • the grinding of the crankshaft 1 is different Variants of grinding spindle assemblies executable so that different Crankshaft grinding machine construction variants are possible. Some variants will be apparent from the following Fig. 6 to 8.
  • the grinding wheel 31 engages the crankshaft 1.
  • high-alloyed steel for example, with a corresponding proportion of Chromium, molybdenum and vanadium or a corresponding casting quality, For example, GGG 60/70/80, there is a risk that due to the processing a delay occurs on the crankshaft 1 over its length. There are Deviations of up to 0.4 mm have been measured. Accordingly, it is have not been possible with high quality materials used in machining are extremely susceptible to delay, the required high quality terms to comply with predetermined tolerances.
  • the fact that now at least the Main bearing before and then ground the rod bearings and the main bearings are, when working through the released voltages are so eliminable that eliminates the distortion occurring in the subsequent operation is and, for example, even runout tolerances of 0.01 mm and less the main lagem can be met.
  • the concentricity tolerance is included measured between the first and last main bearings. Provided Only two main bearings are present, the concentricity tolerance determined by measuring between the two peaks. Compliance with a maximum concentricity tolerance is therefore particularly important because of the Storage in the engine there are only small tolerances allowed. Tolerances on However, lift bearings may be larger in terms of lift height fail because these in the engine only the top dead center and the determine bottom dead center.
  • crankshaft when selecting the material of the crankshaft is further noted that among other things, as well as from the hardening process of the crankshaft depends on whether the roughing and finishing of the lift bearings in a single Work step done. It should be noted that, especially in casting lower voltages and resulting distortion occur.
  • Fig. 2 shows a main bearing 11 with lateral grooves according to a section Y from Fig. 1. It is shown with reference to the main bearing 11 of the crankshaft 1, such as with the procedure or the crankshaft grinding machine so far already known contours can be achieved. The lateral punctures stir from the cutting pre-processing ago. A Rohhdies the crankshaft 1 is replaced by a dotted line 203 shown.
  • pre-grinding with a grinding wheel 104, which has an abrasive coating 205 is on a Vonn beau 202 pre-sanded.
  • the pre-dimension 202 is larger in diameter than the one to be achieved Finished size. This is drawn with a contour 201 for the main bearing 11.
  • the two planets 206 of the main bearing 11 of the crankshaft 1 are at this application example not mitgeschliffen.
  • Fig. 3 shows a stroke bearing 12 with lateral radii and ground flanks according to section W of Fig. 1.
  • the stroke bearing 12 has lateral radii, the as well as a low plan shoulder be pre-ground.
  • the radius is no longer mitgeschliffen completely, because he is not in the bearing shell of the motor housing with built-crankshaft 1 is applied.
  • the bearings shown in FIGS. 2 and 3 can also be reversed for the same Lifting bearing or main bearing are executed.
  • Fig. 4 shows a cross section of a bearing point of the crankshaft 1. This is preferably a stroke bearing, the bearing complete with the lateral Radien and the associated Planfact is sanded.
  • Fig. 5 shows a further cross section of a bearing.
  • a dot-dash Centerline represents a generatrix of a cylinder dar. To few Shifted micrometer, the bearing surface has a spherical shape, indicated by the dashed line. The solid line shows a opposite shape of the bearing surface. This points in their maximum Distance to the center line of the generatrix also only a few microns on. Such a convex or concave shape is via a corresponding Execution of the used according to the above method Grinding wheel can be produced.
  • Fig. 6 shows a simplified plan view of a first crankshaft grinding machine 43.
  • a workpiece headstock 40 and the tailstock 9 mounted on a machine bed.
  • a grinding headstock 42 serves to receive a grinding spindle 30, which receives a grinding wheel.
  • the wheelhead 42 is on a Guide, which is movable in the direction of the x-axis arranged.
  • the CNC axis directions X and Z are arranged at right angles to each other.
  • the illustrated machining center allows a once clamped Crankshaft 1 according to the method described above and is finished, without a re-tightening is necessary. This succeeds compliance with even low tolerance fields.
  • Fig. 7 shows a wheel spindle 36, the a first grinding spindle I and a second Grinding spindle II has. These are accommodated in a wheelhead housing and can thereby be pivoted in a horizontal direction. To the this allows either the first grinding spindle I or the second Grinding spindle II is used. On the other hand, this also allows a first Spindle 32 with respect to a second spindle 34 may be designed differently can. For example, they are therefore different speed ranges structurally specifiable. Furthermore, the wheelhead 36 allows that different grinding wheels can be used. For example, can a first grinding wheel 33 to be a corundum, while a second Grinding wheel 35 is a CBN disc.
  • the construction of the Wheelhead 36 that different diameter of grinding wheels be used on a wheel spindle. With appropriate spatial Division of the construction allows the wheel spindle 36 also that a Grinding wheel is engaged on the crankshaft, while the other Grinding wheel is free.
  • the wheelhead 36 is horizontal pivotable.
  • the grinding wheels can also provide materials with respect to their materials differentiate between achieving quality. So the one can be a roughing disc, while the other is a sizing disk.
  • Fig. 8 shows a second crankshaft grinding machine 44.
  • Each wheelhead has independent CNC X axes and Z.
  • This means the respective grinding wheel of a wheelhead can be independent of the other at a different depository of the Crankshaft according to a CNC program can be used. Even with a grinding machine of this type is the invention Procedure to perform well.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen einer zentrisch eingespannten Kurbelwelle (1), eine Kurbelwellen-Schleifmaschine (43) zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Kurbelwelle (1) aus hochlegiertem Stahl oder Guss. Das Verfahren sieht vor, dass Hublager (12) und Hauptlager (11) der Kurbelwelle (1) in einer Aufspannung derart geschliffen werden, dass zunächst zumindest die Hauptlager (11) vorgeschliffen und anschliessend die Hublager (12) und danach die Hauptlager (11) fertiggeschliffen werden. Die Kurbelwellen-Schleifmaschine (43) bildet ein Bearbeitungszentrum, mittels welchem in einer einzigen Aufspannung ein entsprechendes Vorschleifen und Fertigschleifen möglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen einer zentrisch eingespannten Kurbelwelle.
Das Schleifen von Kurbelwellen erfolgt in bekannten Verfahren in mehreren Stufen auf unterschiedlichen Maschinen in mehreren Arbeitsgängen auf speziell dafür ausgerüsteten Schleifmaschinen. Ein anderes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung sind aus der DE 43 27 807 A bekannt. Dort wird eine Kurbelwelle mit axialem Zug zwischen Aufnahmespitzen eines Werkstückspindel- und Reitstockes einer Schleifmaschine eingespannt. In dieser Aufspannung werden alle Lager, Hublager, Flansche, Zapfen und Stirnflächen der Kurbelwelle fertiggeschliffen. Eingesetzt werden dabei mindestens zwei entsprechend konturierte Schleifscheiben.
Damit ist aus dem Stand der Technik bekannt, daß zum einen die Kurbelwelle in mehreren Bearbeitungsstufen auf mehreren Schleifmaschinen hergestellt oder in einer Aufspannung fertiggeschliffen wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Schleifen von Kurbelwellen zu entwickeln, mit welchen Maß-, Form- und Bearbeitungstoleranzen der Kurbelwelle verbessert werden sowie die Bearbeitungszeit reduziert wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Schleifen einer zentrisch eingespannten Kurbelwelle mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schleifen einer zentrisch eingespannten Kurbelwelle sieht vor, daß deren Hublager und Hauptlager in einer Aufspannung derart geschliffen werden, daß zunächst zumindest die Hauptlager vorgeschliffen und anschließend die Hublager fertig geschliffen und danach die Hauptlager fertiggeschliffen werden.
Nach einer beispielsweisen spanenden Vorbearbeitung wird somit zur Erreichung einer geforderten Qualität in bezug auf vorgegebene Maß-, Form- und Lagetoleranzen die Kurbelwelle für mehrere Bearbeitungsstufen in einer Aufspannung vom Vorschleifen bis zum anschließenden Fertigschleifen auf Fertigmaß belassen. Zum einen wird auf diese Weise Zeit eingespart, die ansonsten zum Umrüsten der Maschine bzw. zum Ein- und Wiederausspannen der Kurbelwelle benötigt werden würde. Zum anderen gelingt es durch die beanspruchte Vorgehensweise des Schleifens, daß die während des Schleifens der Lager frei werdenden Spannungen im Material soweit kompensiert werden, daß nach der Bearbeitung ein Verzug der Kurbelwelle eliminiert ist.
Da die Kurbelwellen zuerst einer Weichbearbeitung wie Drehen, Bohren und Fräsen unterzogen werden, und anschließend durch Wärmebehandlung gehärtet werden, sind in den Kurbelwellen Spannungen vorhanden, die beim Schleifen frei werden. Diese frei werdenden Spannungen führen dazu, dass sich das Werkstück während des Schleifens verformt bzw. verzieht Durch die erfindungsgemäße Reihenfolge der Bearbeitungsschritte des Vor- und Fertigschleifens von zunächst zumindest der Hauptlager und anschließend dem Fertigschleifen der Hublager und danach dem Fertigschleifen der Hauptlager erreicht man eine kontrollierte Beeinflussung des Freiwerdens von werkstückinhärenteren Spannungen. Der beim Vorschleifen der Hauptlager auftretende Verzug der Kurbelwelle wird durch das Fertigschleifen soweit aufgehoben, dass die geforderten geringeren Toleranzen der Maßgenauigkeit der Hauptlager erreicht werden. Denn beim Fertigschleifen der Hauptlager wird sich die Kurbelwelle nicht mehr weiter verziehen, da die Oberfläche der Hauptlager bereits vorgeschliffen wurde. Demgegenüber erfordern die Hublager aufgrund der Geometrieverhältnisse im Motor nicht so präzise Maßtoleranzen wie die Hauptlager. Somit kann ein leichter Verzug in den Hublagern ohne Beeinflussung der Gesamtpräzision akzeptiert werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, daß neben den Hauptlagern auch die Hublager vorgeschliffen werden. Vorteilhafterweise erfolgt das Vorschleifen der Hublager nach dem Vorschleifen der Hauptlager. Da Lagerstellen verschiedener Kurbelwellen zumeist unterschiedliche Formen aufweisen, wie beispielsweise mit seitlichen Radien oder Einstichen, gelingt es durch ein Vorschleifen der Kurbelwelle, wie oben aufgezeigt, den aus freiwerdenden Spannungen in der Kurbelwelle resultierenden Verzug am Fertigprodukt zu vermeiden. Beim Vorwie Fertigschleifen können dabei die Planseiten mitgeschliffen werden, ohne daß nach dem Fertigschleifen die gewünschten Toleranzwerte überschritten werden.
Als besonders bevorzugtes Einsatzgebiet des Verfahrens sowie der Kurbelwellen-Schleifmaschine hat sich die Herstellung von Kurbelwellen aus vergütetem Stahl erwiesen. Bei einer vorhergehenden Wärmebehandlung besteht bei diesen eine besonders große Gefahr, daß sich aufgrund von während des Schleifvorganges freiwerdenden Spannungen im Werkstück sich die Kurbelwelle verzieht. Durch die beanspruchte Vorgehensweise wird dieser Verzug beim Fertigschleifen wieder eliminiert.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß das Vorschleifen und das Fertigschleifen mit einer einzigen Schleifscheibe erfolgt. Ein weiteres Verfahren sieht vor, daß das Vorschleifen und das Fertigschleifen mit jeweils einer Schleifscheibe erfolgt. Dabei erlaubt es die Verwendung einer Schleifscheibe zum Vorschleifen und einer Schleifscheibe zum Fertigschleifen, unterschiedliche Schleifscheibenspezifikationen und -abmessungen für die jeweils unterschiedliche Bearbeitung ausnutzen zu können. Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Hauptlager und die Hublager mit jeweils einer Schleifscheibe vor- und fertiggeschliffen werden. Hublager wie Hauptlager können unterschiedliche Bearbeitungstoleranzen aufweisen. Durch eine entsprechende Zuordnung von einer Schleifscheibe zu einer zu bearbeitenden Art von Lagern der Kurbelwelle ist es möglich, eine entsprechende Abstimmung der verwendeten Schleifscheibenspezifikation vornehmen zu können.
Es ist vorteilhaft, wenn mit einer CBN-Schleifsscheibe geschliffen wird. Zum einen erlaubt diese hohe Schnittgeschwindigkeiten, zum anderen weist diese Scheibe nur einen geringen Verschleiß auf. Die Standzeit der Schleifscheibe und damit die Summe der möglichen Eingriffszeit erhöht sich damit beträchtlich. Weiterhin gestattet die CBN-Schleifscheibe, höchste Toleranzvorgaben einhalten zu können. Anstatt CBN-Schleifscheiben können aber auch Korundschleifscheiben zum Einsatz kommen.
Besonders gute Ergebnisse bezüglich einer Verbesserung von Toleranzen haben sich ergeben, wenn man eine CBN-Schleifscheibe mit einer Schnittgeschwindigkeit zwischen 40 m/sec und 140 m/sec, vorzugsweise zwischen 80 m/sec bis 120 m/sec einstellt und bei galvanischen CBN-Scheiben zwischen 80 m/sec und 200 m/sec, vorzugsweise zwischen 100 m/sec bis 140 m/sec. Desweiteren lassen sich auch Korundschleifscheiben in einem Bereich von vorzugsweise 35 m/sec bis 100 m/sec, insbeondere 45 m/sec bis 70 m/sec einsetzen. Diese Werte können leicht nach oben wie auch nach unten abweichen, zum Beispiel in Abhängigkeit von den Abmessungen der Kurbelwelle sowie der an dieser zu bearbeitenden Geometrien, von der genauen Zusammensetzung der Schleifscheibe, von der geforderten Oberflächengüte etc..
Bei längeren Kurbelwellen tritt das Problem auf, daß bei der Bearbeitung die Kurbelwelle zum Schwingen neigt. Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird daher zur Unterdrückung von Schwingungen und zur Abstützung der Kurbelwelle gegen Biegung durch die Bearbeitungskräfte beim Vorschleifen der Hauptlager zumindest ein Hauptlager als Lünettensitz geschliffen. Auf diese Weise wird der nicht gelagerte Bereich der Kurbelwelle verkürzt. Somit wird auch ein Durchbiegen aufgrund des Eigengewichtes der Kurbelwelle in Verbindung mit der Rotation bei der Bearbeitung verhindert.
Insbesonders lange Kurbelwellen sind in einem Stück mit hohen Genauigkeitsanforderungen nach obigem Verfahren herstellbar, wie sie beispielsweise für PKW- und LKW-Motoren mit einer Länge von über 300 Millimeter benötigt werden. Andererseits eignet sich das obige Verfahren ebenso zur Herstellung von Kurbelwellen für beispielsweise Kleinmotoren, die eine Länge vom 100 Millimeter und mehr aufweisen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind besonders bei Kurbelwellen aus Guß oder hochlegiertem Stahl erreichbar. Dies ist insbesondere bei einer Länge von mindestens 100 Milimeter, insbesondere mindestens 300 Millimeter der Kurbelwelle aufgrund der erzielten Toleranzgüten feststellbar. Eine Kurbelwelle, die in dieser Art hergestellt worden ist, weist insbesondere maximale Rundlauftoleranzen für die Hauptlager auf, die 0,01 mm und weniger betragen.
Das Vorschleifen der Hauptlager ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in zwei Varianten möglich:
  • 1. Vorschleifen vom Rohteil auf ein Zwischenmaß zum Fertigschleifen, vorzugsweise mit einer galvanisch belegten CBN-Schleifscheibe und
  • 2. Vorschleifen nach zuvor erfolgter spanender Bearbeitung am Lager auf ein Zwischenmaß und anschließendem Fertigschleifen, wobei vorzugsweise eine keramisch gebundene CBN-Schleifscheibe eingesetzt wird.
    • Für das folgende, in der Zeichnungsbeschreibung beschriebene Bearbeitungsbeispiel wird das Vorschleifen wie unter Punkt 2 beschrieben, angewendet. Es kann jedoch durch unterschiedliche Kombination der Schleifscheiben- und Schleifscheibenanordnungen ebenfalls ein Vorschleifen, wie unter Punkt 1 aufgezeigt, verwirklicht werden. Nach dem Vorschleifen gemäß der Punkte 1, 2 wird die Kurbelwelle gemäß dem oben beschriebenen Verfahren fertiggeschliffen.
    Das erfindungsgemäße Verfahren wird anschließend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert, wobei die Einzelheiten der beschriebenen Schleifmaschine Lediglich dazu dienen, das erfindungsgemäße Schleifverfahren im sinne eines Ausführungsbeispiels zu verdeutlichen. Die Zeichnungen zeigen das Folgende:
    Fig. 1
    eine Darstellung einer eingespannten Kurbelwelle zur Verdeutlichung der Problematik der Erzielung hoher Qualität,
    Fig. 2
    ein Hauptlager mit seitlichen Einstichen gemäß Ausschnitt Y aus Fig. 1,
    Fig. 3
    ein Hublager mit seitlichen Radien und geschliffenen Flanken gemäß Ausschnitt W aus Fig. 1,
    Fig. 4
    einen Querschnitt einer ersten Lagerstelle,
    Fig. 5
    einen Querschnitt einer zweiten Lagerstelle,
    Fig. 6
    eine vereinfachte Draufsicht auf eine erste Kurbelwellen-Schleifmaschine,
    Fig. 7
    eine Ausgestaltung eines Schleifspindelstockes und
    Fig. 8
    eine vereinfachte Draufsicht auf eine zweite Kurbelwellen-Schleifmaschine.
    Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer eingespannten Kurbelwelle 1. Diese ist in einem Spannfutter 2 eingespannt, welches auf einer Werkstückspindel 3 eines nicht näher dargestellten Werkstückspindelstockes aufgeflanscht ist. Im Zentrum des Spannfutters 2 befindet sich eine erste Spitze 4, auf der die Kurbelwelle 1 zentrisch ausgerichtet ist. Eine Radialmitnahme der Kurbelwelle 1 erfolgt durch Spannbacken 5 des Spannfutters 2, welche auf einem Außenumfang eines Flansches 6 der Kurbelwelle 1 spannen. Ein anderes Wellenende der Kurbelwelle 1 ist durch eine zweite Spitze 7 eines Reitstockes 9 abgestützt. Die zweite Spitze 7 des Reitstockes 9 ist auf einer axial verschiebbaren Pinole 8 aufgesetzt. Der Reitstock 9 kann auch, wie hier allerdings nicht dargestellt, anstatt mit einer zweiten Spitze 7 mit einem weiteren Spannfutter wie am Werkstückspindelstock ausgestattet sein. Die Spannbacken dieses Spannfutters spannen dann auf einem Zapfenende 21 der Kurbelwelle 1. Die Kurbelwelle 1 kann unter leichtem Druck, drucklos oder auch unter axialem Zug eingespannt sein. Ein Antrieb der Kurbelwelle 1 erfolgt gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführung in der Art, daß die Kurbelwelle 1 um ein Hauptlager 11 zentrisch umlaufend durch die Werkstückspindel 3 mit dem Spannfutter 2 angetrieben wird. Der Antrieb ist als CNC-Achse ausgeführt, vgl. Pfeil C1. In einer erweiterten Ausführung kann auch der Reitstock 9 anstatt nur mit einer zweiten Spitze 7 mit einer angetriebenen Reitstockpinole (CNC-Achse C2) ausgestattet sein. Des weiteren ist eine Schleifspindel 30 mit einer Schleifscheibe 31 dargestellt. Die Schleifspindel 30 wird von einem nicht näher dargestellten Schleifspindelstockgehäuse aufgenommen, das in Richtung der Achse X mittels einer CNC-Achse verfahrbar ist. Der Werkstückspindelstock mit dem Spannfutter 2 und der Reitstock 9 sind auf einem nicht näher dargestellten Schleiftisch montiert, der in Richtung einer Z-Achse verfahrbar ist. Die Kurbelwelle 1 ist derart eingespannt, daß deren Mittelachse 13 exakt mit den Mittelachsen der Werkstückspindel 3 und der Reitstockpinole 8 fluchtet. Eine Abstützung der Kurbelwelle 1 erfolgt beispielsweise mittels einer Lünette 10, die auf dem Schleiftisch aufgebaut ist. Die Lünette 10 kann in axialer Richtung an einem vorbestimmten Hauptlager 11 angesetzt werden. Das Schleifen der Kurbelwelle 1 ist mit unterschiedlichen Varianten von Schleifspindelanordnungen ausführbar, so daß unterschiedliche Kurbelwellen-Schleifmaschinen-Aufbauvarianten möglich sind. Einige Varianten gehen aus den nachfolgenden Fig. 6 bis 8 hervor.
    Wie in Fig. 1 dargestellt, greift die Schleifscheibe 31 an der Kurbelwelle 1 ein. Besonders bei hochlegiertem Stahl, beispielsweise mit entsprechendem Anteil von Chrom, Molybdän und Vanadium oder auch einer entsprechenden Gußqualität, beispielsweise GGG 60/70/80, besteht die Gefahr, daß aufgrund der Bearbeitung ein Verzug an der Kurbelwelle 1 über ihre Länge auftritt. Dabei sind Abweichungen von bis zu 0,4 mm gemessen worden. Dementsprechend ist es nicht möglich gewesen, bei hochwertigen Werkstoffen, die bei der Bearbeitung äußerst verzugsanfällig sind, die geforderten hohe Qualitäten bezüglich vorgegebener Toleranzen einhalten zu können. Dadurch, daß nun zumindest die Hauptlager vor- und danach die Hublager und die Hauptlager fertiggeschliffen werden, sind die bei der Bearbeitung durch die freiwerdenden Spannungen so eliminierbar, daß der auftretende Verzug im nachfolgenden Arbeitsgang eliminiert wird und beispielsweise sogar Rundlauftoleranzen von 0,01 mm und weniger an den Hauptlagem eingehalten werden können. Die Rundlauftoleranz wird dabei zwischen dem ersten und dem letzten Hauptlager gemessen. Sofern nur zwei Hauptlager vorhanden sind, wird die Rundlauftoleranz durch Messung zwischen den beiden Spitzen ermittelt. Die Einhaltung einer maximalen Rundlauftoleranz ist insbesondere daher wichtig, da aufgrund der Lagerung im Motor dort nur kleine Toleranzen zulässig sind. Toleranzen am Hublager in Bezug auf die Hubhöhe können jedoch gegebenenfalls größer ausfallen, da diese im Motor lediglich die Lage des oberen Totpunktes und des unteren Totpunktes bestimmen.
    Bei der Auswahl des Materials der Kurbelwelle ist weiterhin zu beachten, daß unter anderem davon wie auch von dem Härteverfahren der Kurbelwelle es abhängig ist, ob das Vor- und Fertigschleifen der Hublager in einem einzigen Arbeitsschritt erfolgt. Dabei ist zu beachten, daß insbesondere bei Gußwellen geringere Spannungen und daraus resultierender Verzug auftreten.
    Fig. 2 zeigt ein Hauptlager 11 mit seitlichen Einstichen gemäß eines Ausschnittes Y aus Fig. 1. Dargestellt wird anhand des Hauptlagers 11 der Kurbelwelle 1, wie mit dem Verfahren bzw. der Kurbelwellen-Schleifinaschine auch bisher schon bekannte Konturen erzielt werden können. Die seitlichen Einstiche rühren von der spanenden Vorbearbeitung her. Ein Rohmaß der Kurbelwelle 1 wird durch eine strichpunktierte Linie 203 dargestellt. Beim Vorschleifen mit einer Schleifscheibe 104, die einen Schleifbelag 205 aufweist, wird auf ein Vonnaß 202 vorgeschliffen. Das Vormaß 202 ist im Durchmesser größer als das zu erzielende Fertigmaß. Dieses ist mit einer Kontur 201 für das Hauptlager 11 eingezeichnet.
    Die beiden Planseiten 206 des Hauptlagers 11 der Kurbelwelle 1 werden bei diesem Anwendungsbeispiel nicht mitgeschliffen.
    Fig. 3 zeigt ein Hublager 12 mit seitlichen Radien und geschliffenen Flanken gemäß Ausschnitt W aus Fig. 1. Das Hublager 12 weist seitliche Radien auf, die ebenso wie eine niedrige Planschulter vorgeschliffen werden. Beim Fertigschleifen wird der Radius nicht mehr komplett mitgeschliffen, da er nicht in der Lagerschale des Motorgehäuses bei eingebauter Kurbelwelle 1 anliegt. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Lager können gleicherweise auch umgekehrt für ein Hublager bzw. Hauptlager ausgeführt werden.
    Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer Lagerstelle der Kurbelwelle 1. Dieses ist vorzugsweise ein Hublager, wobei die Lagerstelle komplett mit den seitlichen Radien und den dazugehörigen Planseiten geschliffen wird.
    Fig. 5 zeigt einen weiteren Querschnitt einer Lagerstelle. Eine strichpunktierte Mittellinie stellt eine Mantellinie eines Zylinders dar. Dazu um wenige Mikrometer verschoben, weist die Lagerlauffläche eine ballige Form auf, angedeutet durch die gestrichelte Linie. Die durchgezogene Linie zeigt eine entgegengesetzte Form der Lagerlauffläche. Diese weist in ihrem maximalen Abstand zur Mittellinie der Mantellinie ebenfalls nur einige wenige Mikrometer auf. Eine derartige konvexe bzw. konkave Form ist über eine entsprechende Abrichtung des entsprechend des oben dargestellten Verfahrens eingesetzten Schleifscheibe herstellbar.
    Um bestmögliche Ergebnisse in bezug auf die Qualität zu erreichen, sind mehrere Varianten gemäß des Verfahrens zum Schleifen der Haupt- und Hublager möglich: beispielsweise werden zuerst alle Hauptlager inklusive dem Lünettensitz vorgeschliffen. Anschließend werden mit der gleichen oder einer zweiten Schleifscheibe die Hublager vorgeschliffen. Nach dem Vorschleifen der Hublager werden diese dann auf Fertigmaß fertiggeschliffen und anschließend die Hauptlager fertiggeschliffen. Das Vor- und Fertigschleifen der Hublager kann je nach Kurbelwellentyp auch in einem Arbeitsgang erfolgen. Allen Varianten gemein ist es, daß unabhängig von der jeweils gewählten Kurbelwellen-Schleifmaschine alle Haupt- und Hublager der Kurbelwelle in einer Aufspannung auf Vor- bzw. Fertigmaß bearbeitet werden.
    Fig. 6 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf eine erste Kurbelwellen-Schleifmaschine 43. Auf einem Maschinenbett sind auf einem nicht dargestellten Schleiftisch ein Werkstückspindelstock 40 und der Reitstock 9 montiert. Der Schleiftisch ist in an sich bekannter Weise in Richtung der CNC-Achse z verfahrbar. Ein Schleifspindelstock 42 dient zur Aufnahme einer Schleifspindel 30, die eine Schleifscheibe aufnimmt. Der Schleifspindelstock 42 ist auf einer Führung, die in Richtung der x-Achse verfahrbar ist, angeordnet. Die CNC-Achsrichtungen X und Z sind rechtwinklig zueinander angeordnet. Das dargestellte Bearbeitungszentrum ermöglicht, daß eine einmal aufgespannte Kurbelwelle 1 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren vor- und fertiggeschliffen wird, ohne daß ein Umspannen notwendig ist. Dadurch gelingt die Einhaltung auch geringer Toleranzfelder.
    Fig. 7 zeigt einen Schleifspindelstock 36, der eine erste Schleifspindel I und eine zweite Schleifspindel II hat. Diese sind in einem Schleifspindelstockgehäuse aufgenommen und können dadurch in einer horizontalen Richtung verschwenkt werden. Zum einen gestattet dies, daß wahlweise die erste Schleifspindel I oder die zweite Schleifspindel II eingesetzt wird. Zum anderen erlaubt dies auch, daß eine erste Spindel 32 gegenüber einer zweiten Spindel 34 unterschiedlich ausgeführt sein kann. Beispielsweise sind damit unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche konstruktiv vorgebbar. Weiterhin erlaubt der Schleifspindelstock 36, daß unterschiedliche Schleifscheiben eingesetzt werden können. Beispielsweise kann eine erste Schleifscheibe 33 eine Korundscheibe sein, während eine zweite Schleifscheibe 35 eine CBN-Scheibe ist. Ebenfalls gestattet die Konstruktion des Schleifspindelstockes 36, daß unterschiedliche Durchmesser von Schleifscheiben an einem Schleifspindelstock verwendet werden. Bei entsprechender räumlicher Aufteilung der Konstruktion erlaubt es der Schleifspindelstock 36 auch, daß eine Schleifscheibe sich im Eingriff an der Kurbelwelle befindet, während die andere Schleifscheibe frei ist. Dazu ist der Schleifspindelstock 36 horizontal verschwenkbar. Neben unterschiedlichen Abmessungen bzw. unterschiedlichen Materialien können die Schleifscheiben sich außerdem auch bezüglich ihrer zu erzielenden Qualität unterscheiden. So kann die eine eine Schruppscheibe sein, während die andere ein Schlichtscheibe ist.
    Fig. 8 zeigt eine zweite Kurbelwellen-Schleifinaschine 44. Diese verwirklicht ein Maschinenkonzept, bei dem das Bearbeitungszentrum zwei Schleifspindelstöcke aufweist. Jeder Schleifspindelstock hat voneinander unabhängige CNC-Achsen X und Z. Das bedeutet, die jeweilige Schleifscheibe eines Schleifspindelstockes kann unabhängig von der anderen an einer unterschiedlichen Lagerstelle der Kurbelwelle gemäß eines CNC-Programmes eingesetzt werden. Auch mit einer Schleifmaschine dieser Bauart ist das erfindungsgemäße Verfahren gut durchzuführen.
    Bezugszeichenliste
    1
    Kurbelwelle
    2
    Spannfutter
    3
    Werkzeugspindel
    4
    erste Spitze
    5
    Spannbacken
    6
    Flansch
    7
    zweite Spitze
    8
    Pinole
    9
    Reitstock
    10
    Lünette
    11
    Hauptlager
    12
    Hublager
    13
    Mittelachse
    21
    Zapfenende
    30
    Schleifspindel
    31
    Schleifscheibe
    32
    erste Spindel
    33
    erste Schleifscheibe
    34
    zweite Spindel
    35
    zweite Schleifscheibe
    36
    Schleifspindelstock
    40
    Werkstückspindelstock
    41
    Maschinenbett
    42
    Schleifspindelstock
    43
    erste Kurbelwellen-Schleifmaschine
    44
    zweite Kurbelwellen-Schleifmaschine
    201
    Kontur
    202
    Vormaß
    203
    Rohmaß
    204
    Schleifscheibe
    205
    Schleifbelag
    206
    Planseite
    I
    erste Schleifspindel
    II
    zweite Schleifspindel
    C1
    Antrieb der CNC-Achse der Werkzeugspindel
    C2
    Antrieb der CNC-Achse der Reitstockspinole
    X
    CNC-Achse
    Z
    CNC-Achse

    Claims (11)

    1. Verfahren zum Schleifen einer zentrisch eingespannten Kurbelwelle (1), deren Hublager (12) und Hauptlager (11) in einer Aufspannung derart geschliffen werden, daß zunächst zumindest die Hauptlager (11) vorgeschliffen und anschließend die Hublager (12) fertig geschliffen und danach die Hauptlager (11) fertig geschliffen werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem auch die Hublager (12) vorgeschliffen werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Hublager (12) nach dem Vorschleifen der Hauptlager (11) vorgeschliffen werden.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Vorschleifen und das Fertigschleifen mit einer einzigen Schleifscheibe (31; 204) erfolgen.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Vorschleifen und das Fertigschleifen mit jeweils einer Schleifscheibe (31; 204) erfolgen.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem zumindest die Hauptlager (11) und die Hublager (12) mit jeweils einer Schleifscheibe (31; 204) vor- und fertiggeschliffen werden.
    7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei welchem mit einer Korund-Scheibe geschliffen wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei welchem mit einer CBN-Scheibe geschliffen wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die Schnittgeschwindigkeit der Korund-Scheibe im Bereich von 35 m/sec bis 100 m/sec, vorzugsweise 45 m/sec bis 100 m/sec, insbesondere 45 m/sec bis 70 m/sec liegt.
    10. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Schnittgeschwindigkeit für keramische CBN-Scheiben bei 40 m/sec bis 140 m/sec, insbesondere 80 m/sec Bis 120 m/sec, und bei galvanischen CBN-Scheiben bei 80 m/sec bis 200 m/sec, insbesondere 100 m/sec bis 140 m/sec liegt.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem beim Vorschleifen der Hauptlager (11) zumindest ein Hauptlager (11) als Lünettensitz (10) geschliffen wird.
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