EP1732731B1 - Verfahren und vorrichtung zum schleifen von gebauten nockenwellen mit hohen rundlaufgenauigkeiten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum schleifen von gebauten nockenwellen mit hohen rundlaufgenauigkeiten Download PDF

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EP1732731B1
EP1732731B1 EP05701216A EP05701216A EP1732731B1 EP 1732731 B1 EP1732731 B1 EP 1732731B1 EP 05701216 A EP05701216 A EP 05701216A EP 05701216 A EP05701216 A EP 05701216A EP 1732731 B1 EP1732731 B1 EP 1732731B1
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EP
European Patent Office
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camshaft
straightening
grinding
cams
finish
Prior art date
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Not-in-force
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EP05701216A
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English (en)
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EP1732731A1 (de
Inventor
Georg Himmelsbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
Original Assignee
Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH filed Critical 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
    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/08—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding non-circular cross-sections, e.g. shafts of elliptical or polygonal cross-section
    • B24B19/12—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding non-circular cross-sections, e.g. shafts of elliptical or polygonal cross-section for grinding cams or camshafts
    • 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
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
    • B24B49/04—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent involving measurement of the workpiece at the place of grinding during grinding operation

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for grinding built camshafts with high concentricity in a grinding machine, such as known from the document DE-A-43 19 359 ,
  • Camshafts are assembled in the previous operations grinding by joining of individual parts to form a complete camshaft.
  • the actual body of the camshaft consists of a steel tube, which is usually drawn clear and can also have indentations in areas between the individual cams.
  • the cams are made separately and shrunk, for example, in a shrinking process to the appropriate points of the steel tube, which then quite well still grinding and milling operations can take place before grinding.
  • the shrunk cams are usually previously cured.
  • Such built camshafts have the advantage that they allow a significant mass reduction compared to the conventional cast camshafts. To optimize the mass reduction, the aim is to keep the wall thickness of the steel tube as low as possible.
  • camshafts Another advantage of built camshafts is that different materials for cams and bearings can be used to better account for the different loads on the component can.
  • the built-up camshafts also have the advantage that their production is also partly considerably cheaper. For these reasons, built camshafts are becoming more and more popular in engine construction, where it is recognized that despite the relative stabilization in the installed state by the bearing shells of the engine block, the demands on the accuracy, in particular the concentricity of the camshaft, always higher.
  • the processing i. The grinding of such built camshafts takes place in one or more fixtures. If it is possible to realize the clamping of the camshaft in the same places, it does not play a decisive role for the final quality of the camshafts produced, whether in two or more clamping operations or even in a single clamping.
  • One of the problems with built-in camshafts is that the workpieces warp when grinding the bearings and the cam shape by the introduction of energy, by the grinding process as such and by the grinding of the hardened surfaces of the cams. This process is known per se. In such workpieces, which have been joined in the cold state and which are hardened on their surfaces such as just the cam surfaces, for example, the stresses contained in the material are at least partially released by these influences mentioned.
  • the grinding of bearings and cams of built-up camshafts and the straightening of these camshafts on a grinding machine, and after a grinding process on this grinding machine also the straightening is carried out.
  • the grinding operation is either the finish grinding of the bearings and / or a pre-grinding of the cams and / or a finish grinding of the cams.
  • the implementation of the process steps finish grinding the bearings, rough grinding and finish grinding of the cams and straightening in a single setup.
  • first the bearing points of a built camshaft are ground on a first grinding machine and subsequently the cams of the camshaft are ground on a second grinding machine and ground on this grinding machine, wherein after the roughing and / or finish grinding the camshaft on this second grinding machine is directed.
  • the bearings of a built camshaft are finish ground on a first grinding machine and directed on the same grinding machine, followed by pre-grinding and finish grinding of the cams of the camshaft on a second grinding machine. It is of course possible that even on the second grinding a further straightening process can take place.
  • This straightening process can be done after pre-grinding and / or after finishing grinding of the cams. Preferably, however, in the method according to the invention, only a single straightening process is performed.
  • the camshaft is supported at bearing points, in particular with steady rests, wherein first the bearing points are finish ground and then the supports used during the grinding process, ie lunettes, are released.
  • This is followed in a preferred second process step, a measurement of the bearings in particular in the central region of the camshaft on concentricity.
  • the measured concentricity value or the deviation from the ideal circulation is preferably stored and serves in a subsequent process step to direct the camshaft on its basis on the same grinding machine. With this straightening, the concentricity is not only improved, but the deviation from the ideal concentricity can even be almost eliminated.
  • This additional step of straightening can be done after the finish grinding of the bearings and / or preferably after the pre-grinding of the cams and / or after the finish grinding of the cams.
  • the bearings can be used to initiate the forces required for the straightening process there. These straightening forces can also be introduced in addition to the bearing points, in any case in the steel tube.
  • concentricity In a component such as a camshaft with sections divided in the axial direction, the maximum deviation from the concentricity is known to occur mostly in the central region. Therefore, the bearing point (s) will be measured for concentricity in the central area of the camshaft. Subsequently, the straightening forces to achieve the best possible concentricity are initiated in the area of these bearings. Under concentricity should be understood in the following, in particular the concentricity of the inner bearings to the outer bearings and the bearing point to the base circle of the adjacent cam or cam pair.
  • the bearings are finished.
  • the cam shape can be pre-ground, followed by a straightening operation, which in turn is followed by a finish grinding operation for the cams. This can in turn be followed by a straightening process.
  • a straightening process Preferably, however, only works with a single straightening process.
  • the supports in the form of in particular lunettes are preferably reconnected to the respective bearing points, followed by finish grinding of the cams.
  • the straightening is performed with a rotating camshaft, wherein the camshaft rotates at a speed of in particular 50 - 200 min -1 .
  • the actual straightening is preferably achieved at the specified speed by introducing a compressive force at the central bearing point of the camshaft.
  • this Rollricht compiler a measurement of the camshaft with respect to concentricity accuracy is not mandatory because the camshaft is strained during straightening on the yield strength of their material.
  • the straightening in the camshaft preferably takes place, at least in regions, beyond the insertion limit of the material of its steel pipe.
  • region-wise is to be understood as meaning, in particular, that at least portions of the steel tube in the structure are subjected to essentially stress-relieving by permanent deformations in the structure corresponding to a rolling process. That is, the material of the camshaft is suppressed, followed by a gradual withdrawal of the deflection of the camshaft to substantially 0 mm. The applied pressure force will be so gradually withdrawn, so that the deflection goes back again.
  • the straightening takes place when the camshaft is stationary.
  • the deviation from the ideal concentricity is determined at a bearing point, while the bearing point is measured, which has the highest deviation from the ideal concentricity.
  • This will usually be a bearing point in the central region of the camshaft.
  • the largest impact i. determines the radial position at the magnitude of the maximum runout occurs.
  • the compressive force is then initiated, whereby by means of this pressure force a deliberate bending of the camshaft is generated. The initiation of the compressive force or reducing the amount of this compressive force is matched to the actually measured value of the runout on the bearing in question.
  • an apparatus for carrying out the process in such a case comprises a grinding machine with a correspondingly large number of grinding spindles and a straightening device.
  • a concentricity measuring device is preferably integrated into the grinding machine of the device according to the invention. With this concentricity measuring device, a concentricity or concentricity deviation value is determined.
  • the concentricity device is preferably connected to the straightening device via a control device, so that the straightening device can be optimally controlled on the basis of the measured concentricity deviation value for the straightening process, in such a way that the concentricity deviation after straightening is at least largely eliminated.
  • the method takes place on a single grinding machine.
  • this grinder may have two stations. On the first station of this grinding machine, the finish grinding of the bearings takes place. On the second station, on the other hand, pre-grinding and finish grinding of the camshafts of the camshaft takes place.
  • the pre-grinding of the cams is already carried out on the first station of the grinding machine, followed by the finish grinding of the cams on the second station of this grinding machine.
  • the method step of directing the camshaft can take place after the pre-grinding of the cams on the first station. However, it is also possible to perform the straightening step following the finish grinding of the cams on the second station.
  • finish grinding is performed on a first grinding machine and pre-grinding and finish grinding the cams on a second grinding machine.
  • the method is at least partially realized on at least one grinding machine such that a grinding process and a straightening process are carried out on this grinding machine.
  • this can be a directing of the camshaft after the finish grinding of the bearing points on the first grinding machine.
  • this can also be a straightening after the rough grinding and / or finish grinding of the cams on the second grinding machine.
  • straightening takes place both on the first grinding machine after the finish grinding of the bearing points and also after the rough grinding and / or finish grinding on the second grinding machine.
  • the device according to the invention for grinding bearings and cams of a built camshaft and for directing such a built camshaft in particular for carrying out the method according to the respective method claims, a grinding machine, which with a straightening device for Alignment of the camshaft is provided after a corresponding grinding operation and preferably also with a concentricity measuring device for measuring the concentricity or the runout of the camshaft.
  • the concentricity measuring device - if present - and the straightening device are in the grinding machine according to the invention integrated.
  • the apparatus according to the invention is a grinding machine whose actual grinding task is extended by a straightening process, wherein preferably additionally the concentricity measuring device is integrated in this grinding machine. It is used to control the straightening device, ie to carry out the straightening on the basis of the measured concentricity value or the measured concentricity deviation.
  • the basic carrier is a hollow shaft on which the cams are pressed in particular in the joining process, with higher precision of their concentricity properties than is the case with the known grinding machines, which are not for the Step of judging are provided. Only with the device according to the invention can the straightening be carried out within the same modified grinding machine after a grinding operation.
  • the essential part of the device according to the invention namely the grinding machine, comprises, in a manner known per se, a grinding headstock carried on a machine bed, which can have two grinding wheels which can be swiveled into a respective grinding position, and a workpiece headstock and tailstock received on a grinding table.
  • the assembled camshaft can be clamped between the tips of the workpiece headstock and tailstock.
  • the concentricity device is on the wheelhead or on the grinding table and the straightening device is mounted on the wheelhead.
  • the concentricity measuring device By attaching the concentricity measuring device on the wheelhead or on the grinding table a high measuring accuracy is ensured because the measured value is always coupled to the achieved by the respective grinding wheel grinding result. This is also true for the straightening device, which ensures by their arrangement on the wheelhead that in conjunction with the high-precision measurement of concentricity deviations a corresponding introduction of the straightening force can be ensured in the camshaft and thus achieves a high precision of the straightening process with the device according to the invention is.
  • the grinding machine of the device according to the invention on a first station for grinding the bearings and / or rough grinding of the cam of the camshaft, in which a straightening device for straightening the camshaft can be provided. Furthermore, the second station for finish grinding the cam of the camshaft is also provided with a straightening device.
  • the grinding machine of the device according to the invention can thus have a first station in which a straightening device can be provided, but not required.
  • a straightening device is provided, so that after the finish grinding of the cam straightening or optionally the Endricht the camshaft can be performed.
  • the straightening device is used and that even after the finishing grinding of the cam, the straightening device provided on the second station can be used.
  • both the first station and the second station on a straightening device are designed so that the grinding of the bearings and the pre-grinding of the cams of the camshaft can be realized thereon, the straightener then either after the grinding of the bearings or after the subsequent pre-grinding of the cam of the camshaft is used.
  • the second station of the grinding machine of the device according to the invention then takes place only the finish grinding of the cam of the camshaft, which may also be followed by another straightening process, a so-called Endrichtvorgang.
  • a so-called Endrichtvorgang a so-called Endrichtvorgang.
  • the straightening device of the first station is not used after the rough grinding and only the straightening device of the second station realizes a single straightening process after the finish grinding of the cams.
  • the straightening device is a roll straightening head, which is designed so that the straightening is executable with a rotating camshaft.
  • the rotational speed in the roll straightening process performed by means of the roll straightening head is preferably in the range of a rotational speed of 50 to 200 revolutions per minute.
  • the roll straightening head has two rollers mounted in its front area.
  • the term "front area of the roll straightening head” is to be understood as the area which points directly to the area of the corresponding bearing point of the camshaft to be straightened.
  • the roll straightening head is preferably mounted on the wheelhead and preferably deliverable in the X direction to the bearing points of the camshaft.
  • the delivery of the roll straightening head on the bearings depends on the measured by the measuring device concentricity deviations at the respective bearing point and thus determines the force to be exerted on the camshaft at this bearing point to complete the straightening process so that after the straightening the Camshaft as perfect as possible concentricity, ie has ideal concentricity properties.
  • measuring is preferably not required.
  • the straightening head is designed so that it gradually decreases after the initiation of the straightening force, i. reduced.
  • the force which is exerted on the corresponding bearing point of the camshaft with the roll straightening head is in this case set so high that the elastic deformation range is exceeded, so that a straightening effect actually occurs due to a plastic deformation.
  • gentle modulation i. Withdrawal of the applied straightening force can be gradually stopped while the camshaft continues to rotate during the straightening process. This makes it possible to give the desired directional effect to the middle region of the camshaft, which is subjected to the greatest deformation.
  • the straightening device is designed as a pressure element straightening head, which executes straightening when the camshaft is stationary.
  • the measuring device cooperates with the straightening head via corresponding electronic devices.
  • the value is determined with the measuring device, in which the corresponding bearing, seen in the radial direction of the respective bearing, the largest deflection, thus having the largest concentricity error.
  • the force is introduced by means of the pressure element straightening head. This force is adjusted in dependence on the measured impact so that the deformation goes into the plastic region, so that a permanent straightening effect is present.
  • the straightening head can be designed so that in a single straightening process this straightening effect is achieved. However, it is also possible to carry out the straightening process in several steps, with different forces then being able to be introduced at different radial positions to eliminate the impact existing in the respective region of the bearing.
  • the pressure element straightening head is designed as a mounted prism with a recess, by means of which a certain area of the circumference of a corresponding bearing of the camshaft can be encompassed, over this peripheral region the introduction of a respective desired straightening force over at least two circumferentially spaced locations of a bearing of the camshaft he follows.
  • Such a vote of the shape of the prism with the diameter of the bearing point to be ground has the advantage that, especially in a blow of a larger type effective straightening is possible.
  • the pressure element straightening head is a pressure element which has a substantially flat surface for introducing the straightening force.
  • the corresponding straightening force can be introduced via a point at a bearing point of the camshaft.
  • the flat surface or the prism other forms are of course conceivable such as a curved shape whose radius is greater than the radius of the corresponding bearing point.
  • FIG 1 the construction of a built-up camshaft 1 with corresponding bearings 2 and shrunk-on cam 3 is shown in a schematic representation, which is held between the tips 14.
  • the tips are arranged on the workpiece headstock 12 and on the tailstock 13.
  • the tips 14 are designed so that they engage in the center of the tubular support of the camshaft and achieve a corresponding clamping effect at these ends, so that on the one hand torque can be transmitted to the camshaft and on the other hand, the voltage is not so high that already by clamping the camshaft Deformations learns.
  • the grinding wheel 23 opposite a bezel 11 is arranged for support during the grinding process.
  • the supporting action of the steady rest 11 ensures that the grinding forces introduced into the bearing point L2 of the camshaft 1 during grinding do not lead to a deformation of the camshaft.
  • Another bezel 11 is mounted at a location where grinding is not in progress.
  • the grinding wheel 24 is engaged at a bearing L5. Not shown is a corresponding straightening device.
  • FIG. 1 represents the first method step according to which the bearing points 2 of the camshaft 1 are first ground to completion. Only after all bearings 2 have been finish ground, a straightening process or a first straightening process can be performed.
  • FIG. 2 shows a state during the process in which the cams are ground by grinding wheels 9, 10.
  • the grinding wheel 9 is used for pre-grinding and the grinding wheel 10 for finish grinding of the cam.
  • the bearings are supported by lunettes 11.
  • the grinding wheels 9, 10 are designed so that the pairs between them a respective bearing enclosing cams are ground simultaneously.
  • the camshaft 1 is likewise received between tips 14 of the workpiece spindle stock 12 and the tailstock 13.
  • a chuck 28 is mounted on the workpiece headstock.
  • FIG. 3 shows a device according to the invention, in which the grinding machine consists of a first station 15 and a second station 16.
  • the grinding machine consists of a first station 15 and a second station 16.
  • a camshaft 1 is clamped on tips between a work headstock 12 and a tailstock 13.
  • the Clamping takes place via tips 14 on Werlc Partnersspindelstock 12 and the tailstock 13.
  • Lunettes 11 are moved up to bearings of the camshaft 1 for supporting the same.
  • the lunettes 11 can be moved by an adjustment in the X direction to the respective bearing point for support.
  • the lunettes 11 opposite a wheel spindle 7 is arranged on a machine bed 8.
  • the grinding headstock 7 is pivotable and carries two spindles, of which a first spindle carries a first grinding wheel 9 and a second spindle carries a second grinding wheel 10. By pivoting the wheel spindle 7, the respective grinding wheels 9, 10 are pivoted into the grinding position for grinding the bearings. In the first station 15, the bearings are finished ground.
  • a concentricity measuring device 5 On the wheelhead 7 a concentricity measuring device 5 is arranged, which can be brought by pivoting the wheel spindle 7 in a measuring position in the central region of the camshaft. After the concentricity measuring device 5 has been pivoted into its measuring position, it determines at a bearing point to be measured their concentricity properties or their deviation from an ideal concentricity. For reasons of clarity, the straightening device is shown only schematically at the first station 15.
  • the concentricity measuring device 5 controls the straightening device on the basis of the measured value of the concentricity of the measured bearing in the central region of the camshaft in such a way that such force is introduced into the camshaft after the steady rest 11 has been moved out of its supporting position of the bearing points, that last is directed and thereafter has improved concentricity properties.
  • the forces introduced are so high that the camshaft is brought closer to or even in its ideal state with respect to the concentricity properties by means of a permanent plastic deformation.
  • the straightening is preferably carried out after completion of the finish grinding process of the bearings in the first station 15, in the same setting and takes about 5 to 15 seconds. Especially at high volumes in mass production, as is the case for camshafts, this is particularly advantageous.
  • the advantage of straightening at the end of the finish grinding operation for the cams is that it can also eliminate straightening distortions that occur when straining the hardened surfaces of the cams, which also contributes to deformations of the entire camshaft can.
  • the basic structure of the second station 16 corresponds to that of the first station 15, with the first station 15 and the second station 16 assembled into a single grinding machine 4. This corresponds to a conventional modular design, whereby the advantage of the device according to the invention comes particularly to bear, because the straightening usually takes place in the same clamping as the respective grinding process.
  • the second station 16 has a wheel spindle 7, which is mounted on a machine bed 8.
  • the wheelhead 7 has two spindles for each grinding wheel 9, 10.
  • a concentricity measuring device 5 is provided on the wheelhead 7 in the region of the grinding spindle for the grinding wheel 10, which is arranged so that when pivoting the grinding wheel 10 in the respective grinding position for finish grinding the cam the concentricity measuring device 5 are brought to a bearing point in the central region of the camshaft can.
  • the measurement of the bearing in the central region of the camshaft is above all useful and necessary, since there the distortion of the camshaft has the most effect.
  • the straightening device is shown only schematically.
  • this concentricity measuring device 5 is connected via a control device, not shown, with the straightening device to determine the delay of the shaft corresponding straightening force and after introducing this straightening the straightening device under gradual Reduction of the introduced force slowly to be able to drive out of the mesh with the camshaft again.
  • the camshaft 1 itself is held between tips 14 in a chuck 28 of the workpiece headstock 12 on one side and in a corresponding tip 14 of the tailstock 13 on the other side.
  • the camshaft 1 itself is supported at its bearings by a number of bearings corresponding number of steady rests 11.
  • a dressing device 25 for dressing the grinding wheels 9, 10.
  • the camshaft 1 held between the tips 14 is shown in a schematic representation for different process steps, which are carried out in the apparatus according to the invention.
  • the held between the tips 14 camshaft 1 is supported at their located between the cam 3 bearings 2 by means of steady rests 11 ( Figure 4a).
  • the bearings 2 are already finished ground, so that the steady rests 11 are driven up to the camshaft 1 on the finished ground bearing points.
  • the cams 3 are pre-ground. Due to the support with the steady rests 11 it is achieved that despite the introduction of grinding forces on the cams 3 when grinding the cam shape, the deformation of the camshaft 1 due to the grinding operations is kept low.
  • a control device for the straightening device 6 is supplied with a signal corresponding to the measured value.
  • the straightening device 6 is moved to the central bearing point of the camshaft 1 while the steady rest 11 is still not in engagement.
  • the introduced by means of the straightening device 6 in the camshaft 1 force is chosen so that it is above the yield strength of the material of the camshaft to achieve a permanent deformation, thus achieving the desired straightening effect.
  • the straightening compensates for the deformations occurring during grinding as a result of the introduction of grinding forces and as a result of internal stresses released by the grinding.
  • the Rundvieriness worn 5 is preferably not used when roll straightening is used.
  • FIG. 4a shows the state in which the finish grinding of the cams takes place simultaneous support of the corresponding bearings by lunettes 11 takes place or has already ended.
  • the camshaft with the highest precision in terms of their concentricity properties completed and can be removed from the grinding machine 4 and the second station 16 of the grinding machine 4.
  • FIGS. 4a) to 4c) refer to the case in which the cams have first been pre-ground, followed by the straightening, it is of course necessary to carry out a further method step with the device according to the invention.
  • This is shown in Figure 4d), in which the lunettes are again introduced to the corresponding bearing points, so that it is the Finishing process for the cam 3 can connect.
  • the actual grinding processes or the grinding wheels are not shown in Figure 4 for the sake of simplicity, since the basic structure of the grinding machine of Figure 3 can be seen.
  • a straightening process according to FIG. 4c) can also follow the finish grinding of the cams 3 according to FIG. 4d).
  • Figure 5 shows an embodiment of a straightener for a case where the camshaft is received in straightening between the tips 14 of the workpiece spindle stock 12 and the tailstock 13 and is rotationally driven during straightening.
  • the straightening device is designed as a roll straightening head 17, which has two bearing rollers at its front end.
  • This roll straightening head 17 with its mounted rollers 18 adapts to the contour of a camshaft 1 in the region of their bearing points.
  • the straightening device can be delivered to the camshaft in the X-direction, so that with simultaneous rotation of the camshaft 1 and pressing of the roll straightening head 17 with its rollers 18, the camshaft can be deformed so that it is overstressed by the yield strength of its material.
  • the straightening forces are thus introduced into the camshaft 1 via the rollers 18, which are also rotating during rotation of the camshaft, at the contact points of the rollers 18 at the respective bearing point.
  • the deflection of the workpiece is then withdrawn by gradually retracting this roll straightening head 17 to a deflection value of 0 mm of the workpiece.
  • This roll straightening allows rotationally symmetric shafts to be directed relatively quickly and reliably.
  • this method can also be used on the grinding machine 4 of the device according to the invention, since it is very fast.
  • Such a roll straightening process takes about 5 to 15 seconds. This is considerably shorter than an otherwise to be performed second grinding pass, with which the concentricity with the precision, how they are achieved by the device according to the invention or the method according to the invention, nevertheless can not be achieved.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a straightening device. It is a straightening device which is suitable for a pressure-straightening process. Such Druckricht compiler takes place when the shaft is stationary.
  • the concentricity or the deviation from the concentricity at the central bearing point of the camshaft or at a bearing point in the central region of the camshaft is measured.
  • the "highest point" of the bearing circulation is measured in order to determine the radial position at which this maximum concentricity error occurs.
  • the camshaft 1 is now bent with this pressure-straightening method against its maximum deflection so that this maximum deflection is eliminated as completely as possible.
  • This straightening process can also be carried out in the clamping of the workpiece between the tips, after determining the maximum deflection, i. of the maximum runout error, the camshaft is rotated radially so that a pressure element straightening head 19 is set in the X direction in this region of the circumference of the corresponding bearing point of the camshaft 1 to the camshaft so that a corresponding straightening force can be exerted on them.
  • the printing element straightening head 19 has on its front side a mounted prism 20, which has a recess 21, so that a circumferential region of the bearing point of the camshaft 1 can be encompassed or received. The straightening force is thus introduced via two possibly also three contact areas in the recess 21 of the mounted prism 20.
  • a printing element straightening head 19 is shown in Figure 7.
  • the printing element-straightening head 19 is provided with a pressure element which has a flat or spherical (not shown) surface, via which the force is introduced into the region of the corresponding bearing point.
  • the straightening force is introduced at the point in the corresponding bearing point of the camshaft 1, where the largest deflection, ie the largest concentricity error occurs.
  • the camshaft is therefore "bent" by a specific value against the highest circulation point in order to be able to compensate for the existing concentricity error.
  • the workpiece stands still during straightening. About the C-axis, the camshaft is here only rotated in the direction required for straightening radial position, but then stopped to perform the straightening process.
  • the straightening device is arranged on the wheelhead and is preferably delivered over the X-axis.
  • the infeed values for both straightening methods are determined by the camshaft geometry, the material and also the clamping of the machine or by the degree of hardness of the cam surfaces.
  • the infeed values can be calculated in the CNC control of the machine in relation to the previously measured concentricity error. After straightening, concentricity errors of less than 0.01 mm can be achieved at the middle bearing. For grinding CBN grinding wheels are preferably used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von gebauten Nockenwellen mit hohen Rundlaufgenauigkeiten in einer Schleifmaschine, wie z.B. bekannt aus der Druckschrift DE-A-43 19 359 .
  • Gebaute Nockenwellen werden in den dem Schleifen vorhergehenden Arbeitsgängen durch Fügen von Einzelteilen zu einer kompletten Nockenwelle zusammengebaut. Dabei besteht der eigentliche Grundkörper der Nockenwelle aus einem Stahlrohr, welches in der Regel blankgezogen ist und zusätzlich Einbuchtungen in Bereichen zwischen den einzelnen Nocken aufweisen kann. Die Nocken werden dabei separat gefertigt und beispielsweise in einem Schrumpfvorgang auf die entsprechenden Stellen des Stahlrohres aufgeschrumpft, wobei anschließend vor dem Schleifen durchaus noch Dreh- und Fräsarbeitsgänge stattfinden können. Die aufgeschrumpften Nocken sind in der Regel zuvor gehärtet. Derartige gebaute Nockenwellen haben den Vorteil, dass sie gegenüber den konventionellen Gussnockenwellen eine erhebliche Massereduzierung ermöglichen. Um die Massereduzierung zu optimieren, wird angestrebt, die Wandstärke des Stahlrohres möglichst gering zu halten. Je geringer die Wandstärke des Stahlrohres der Nockenwelle ist, umso stärker wird eine solche gebaute Nockenwelle dann als separates Bauteil relativ instabil. Zwar wird diese Instabilität im eingebauten Zustand der Nockenwelle im Motor wieder etwas dadurch beseitigt, dass die Nockenwelle in den Lagerschalen des Motors aufgenommen und gehalten ist.
  • Ein weiterer Vorteil gebauter Nockenwellen besteht darin, dass unterschiedliche Materialien für Nocken und Lagerstellen verwendet werden können, um den unterschiedlichen Belastungen am Bauteil besser Rechnung tragen zu können.
  • Die gebauten Nockenwellen weisen außerdem den Vorteil auf, dass ihre Herstellung auch zum Teil erheblich kostengünstiger ist. Aus diesen Gründen setzen sich gebaute Nockenwellen im Motorenbau immer stärker durch, wobei erkannt wird, dass trotz der relativen Stabilisierung im eingebauten Zustand durch die Lagerschalen des Motorblockes die Anforderungen an die Genauigkeit, insbesondere die Rundlaufgenauigkeit der Nockenwellen, immer höher werden.
  • Auf Grund der geschilderten Tatsache, dass die gebauten Nockenwellen hinsichtlich ihrer Durchbiegung bezüglich ihrer Längsachse relativ weich sind, sind für die Bearbeitung derartiger gebauter Nockenwellen auf Schleifmaschinen spezielle Anforderungen an deren Schleifprozess und an deren Aufspannung beim Schleifen zu stellen. Beim Schleifen der Lagerstellen der gebauten Nockenwellen sind zwei prinzipielle Prozessvarianten bekannt. Zum einen erfolgt das Schleifen der Lagerstellen im sogenannten Centerless-Schleifverfahren, und zum anderen erfolgt das Schleifen der Lagerstellen derart, dass die Nockenwelle zwischen Spitzen eingespannt ist und die Lagerstellen nacheinander, teilweise parallel oder parallel geschliffen werden. Da bei diesem letzteren bekannten Schleifverfahren beim Schleifen der Lagerstellen Lünetten eingesetzt werden, wird bereits ein relativ guter Rundlauf, insbesondere der inneren Lagerstellen, d.h. der im mittleren Bereich der Nockenwelle angeordneten Lagerstellen, bezüglich der an den Wellenenden (äußere Lagerstellen) angeordneten Lagerstellen erreicht. Heute werden Rundlaufforderungen von beispielsweise 4/100 mm und weniger gefordert, welche prozesssicher eingehalten werden müssen.
  • Die Bearbeitung, d.h. das Schleifen derartiger gebauter Nockenwellen erfolgt in einer oder mehreren Aufspannungen. Sofern es gelingt, die Aufspannung der Nockenwelle an den gleichen Stellen zu realisieren, spielt es für die Endqualität der erzeugten Nockenwellen keine entscheidende Rolle, ob in zwei oder mehr Aufspannungen oder sogar in einer Aufspannung gearbeitet wird. Die Problematik bei den gebauten Nockenwellen besteht unter anderem auch darin, dass die Werkstücke sich beim Schleifen der Lagerstellen und der Nockenform durch die Einbringung von Energie, durch den Schleifprozess als solchen und durch das Aufschleifen der gehärteten Oberflächen der Nocken verziehen. Dieser Vorgang ist an sich bekannt. Bei solchen Werkstücken, welche im kalten Zustand gefügt worden sind und welche an ihren Oberflächen wie eben beispielsweise den Nockenoberflächen gehärtet sind, werden durch diese genannten Einflüsse die im Werkstoff enthaltenen Spannungen beim Schleifen zu mindestens teilweise frei. Diese Spannungen führen dann dazu, dass sich die Welle verzieht. Das bedeutet, dass die Nockenwelle nach dem Schleifen nicht mehr gerade ist, also ein sogenannter Schlag auftritt, der insbesondere an den inneren Lagerstellen erhöht ist, wenn auch nur um wenige Hundertstel mm. Diese Erhöhung des Schlages führt letztlich dazu, dass die Nockenwelle nicht mehr prozesssicher in der geforderten Toleranz liegt.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von gebauten Nockenwellen mit gegenüber den bisher erzielbaren Genauigkeiten verbesserten Rundlaufeigenschaften zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Ansprüchen 1, 5 bzw. 6 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 19 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Verzug an der fertigen Nockenwelle stark vermindert bzw. sogar gänzlich eliminiert ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt gemäß einem ersten Aspekt das Schleifen von Lagerstellen und Nocken von gebauten Nockenwellen sowie das Richten dieser Nockenwellen auf einer Schleifmaschine, und zwar wird nach einem Schleifvorgang auf dieser Schleifmaschine auch das Richten durchgeführt. Vorzugsweise ist dabei der Schleifvorgang entweder das Fertigschleifen der Lagerstellen und/oder ein Vorschleifen der Nocken und/oder ein Fertigschleifen der Nocken. Vorzugsweise erfolgt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Durchführung der Verfahrenschritte Fertigschleifen der Lagerstellen, Vorschleifen und Fertigschleifen der Nocken und Richten in einer einzigen Aufspannung.
  • Gemäß einen weiteren Aspekt der Erfindung werden zunächst die Lagerstellen einer gebauten Nockenwelle auf einer ersten Schleifmaschine fertiggeschliffen und werden anschließend die Nocken der Nockenwelle auf einer zweiten Schleifmaschine vorgeschliffen und auf dieser Schleifmaschine auch fertiggeschliffen, wobei nach dem Vorschleifen und/oder dem Fertigschleifen die Nockenwelle auf dieser zweiten Schleifmaschine gerichtet wird.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Lagerstellen einer gebauten Nockenwelle auf einer ersten Schleifmaschine fertiggeschliffen und auf der selben Schleifmaschine gerichtet, woran sich das Vorschleifen und das Fertigschleifen der Nocken der Nockenwelle auf einer zweiten Schleifmaschine anschließt. Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass auch auf der zweiten Schleifmaschine ein weiterer Richtvorgang erfolgen kann. Dieser Richtvorgang kann nach dem Vorschleifen und/oder nach dem Fertigschleifen der Nocken erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch bei den Verfahren gemäß der Erfindung nur ein einziger Richtvorgang durchgeführt.
  • Vorzugsweise wird zum Schleifen von Lagerstellen und Nocken von gebauten Nockenwellen auf einer Schleifmaschine während des Schleifens der Lagerstellen die Nockenwelle an Lagerstellen insbesondere mit Lünetten abgestützt, wobei zunächst die Lagerstellen fertig geschliffen werden und danach die beim Schleifvorgang eingesetzten Abstützungen, d.h. Lünetten, gelöst werden. Daran schließt sich in einem vorzugsweisen zweiten Verfahrenschritt ein Vermessen der Lagerstellen vor allen Dingen im mittleren Bereich der Nockenwelle auf Rundlaufgenauigkeit an. Der gemessene Rundlaufwert bzw. die Abweichung vom Idealrundlauf wird vorzugsweise abgespeichert und dient in einem anschließenden Verfahrenschritt dazu, die Nockenwelle auf dessen Basis auf der selben Schleifmaschine zu richten. Mit diesem Richten wird der Rundlauf nicht nur verbessert, sondern die Abweichung vom idealen Rundlauf kann sogar nahezu eliminiert werden. Dieser zusätzliche Schritt des Richtens kann nach dem Fertigschleifen der Lagerstellen und/oder vorzugsweise nach dem Vorschleifen der Nocken und/oder nach dem Fertigschleifen der Nocken erfolgen. Die Lagerstellen können dazu genutzt werden, die für den Richtvorgang erforderlichen Kräfte dort einzuleiten. Diese Richtkräfte können auch neben den Lagerstellen eingeleitet werden, in jedem Fall in das Stahlrohr.
  • Bei einem Bauteil wie einer Nockenwelle mit in axialer Richtung unterteilten Abschnitten tritt die maximale Abweichung vom Rundlauf bekanntermaßen meist im mittleren Bereich auf. Daher wird die Lagerstelle/werden die Lagerstellen im mittleren Bereich der Nockenwelle auf Rundlauf vermessen. Anschließend werden im Bereich dieser Lagerstellen die Richtkräfte zur Erzielung eines möglichst idealen Rundlaufes eingeleitet. Unter Rundlauf soll im folgenden insbesondere der Rundlauf der inneren Lagerstellen zu den äußeren Lagerstellen sowie der Lagerstelle zum Grundkreis des benachbarten Nockens oder Nockenpaares verstanden werden.
  • Erfindungsgemäß ist von Bedeutung, dass zwischen verschiedenen Schleifoperationen ein Richtvorgang eingefügt wird. Es ist jedoch auch möglich, einen derartigen Richtvorgang nach Beendigung des letzten Schleifvorgangs durchzuführen. Auf jeden Fall ist es erforderlich, die beim Schleifen der Lagerstellen und/oder der Nocken in Folge der freigewordenen Spannungen sich ergebenen verschlechterten Rundlaufeigenschaften wieder auszugleichen, um eine höhere Genauigkeit, d.h. eine höhere Präzision der Rundlaufeigenschaften der Nockenwelle im Bereich der mittleren Lagerstellen bezüglich der Endlagerstellen der Nockenwelle zu erreichen. Dazu werden die Lagerstellen fertiggeschliffen. In einem weiteren Schritt kann die Nockenform vorgeschliffen werden, woran sich ein Richtvorgang anschließt, der wiederum gefolgt ist von einem Fertigschleifvorgang für die Nocken. Daran kann sich wiederum ein Richtvorgang anschließen. Vorzugsweise wird jedoch nur mit einem einzigen Richtvorgang gearbeitet.
  • Wenn der Richtvorgang nach dem Vorschleifen der Nocken der Nockenwelle erfolgt, werden vorzugsweise die Abstützungen in Form von insbesondere Lünetten wieder an die jeweiligen Lagerstellen angestellt, woran sich das Fertigschleifen der Nocken anschließt.
  • Vorzugsweise wird das Richten bei rotierender Nockenwelle durchgeführt, wobei die Nockenwelle mit einer Drehzahl von insbesondere 50 - 200 min-1 rotiert. Das eigentliche Richten wird bei der angegebenen Drehzahl vorzugsweise durch Einbringen einer Druckkraft an der mittleren Lagerstelle der Nockenwelle erreicht. Bei diesem Rollrichtverfahren ist ein Vermessen der Nockenwelle bezüglich Rundlaufgenauigkeit nicht zwingend erforderlich, weil die Nockenwelle beim Richten über die Streckgrenze ihres Materials belastet wird.
  • Um den Richtvorgang effektiv bewirken zu können, erfolgt vorzugsweise das Richten bei der Nockenwelle vorzugsweise zumindest bereichsweise bis über die Steckgrenze des Materials ihres Stahlrohres hinaus. Unter "bereichsweise" soll im folgenden insbesondere verstanden werden, dass beim etwa einem Walkvorgang entsprechenden Rollrichten zumindest Bereiche des Stahlrohres in dem Gefüge durch bleibende Verformungen im Wesentlichen spannungsarm gemacht werden. D.h. das Material der Nockenwelle wird überdrückt, woran sich ein allmähliches Zurücknehmen der Durchbiegung der Nockenwelle bis auf im Wesentlichen 0 mm anschließt. Die ausgeübte Druckkraft wird also allmählich zurückgenommen, so dass auch die Durchbiegung wieder zurückgeht.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch möglich, dass das Richten bei stillstehender Nockenwelle erfolgt. Dabei wird zunächst auch die Abweichung vom idealen Rundlauf an einer Lagerstelle bestimmt, und zwar wird dabei die Lagerstelle vermessen, welche die höchste Abweichung vom idealen Rundlauf aufweist. Das wird in der Regel eine Lagerstelle im mittleren Bereich der Nockenwelle sein. Beim Messen wird dabei der größte Schlag, d.h. die radiale Position bestimmt, bei der betragsmäßig die höchste Rundlaufabweichung auftritt. An dieser radialen Stelle wird dann die Druckkraft eingeleitet, wobei mittels dieser Druckkraft eine bewusste Biegung der Nockenwelle erzeugt wird. Das Einleiten der Druckkraft bzw. das Reduzieren des Betrags dieser Druckkraft wird dabei abgestimmt auf den tatsächlich gemessenen Wert der Rundlaufabweichung an dem betreffenden Lager.
  • Wenn bei gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sämtliche Verfahrensschritte in einer einzigen Aufspannung realisiert werden, weist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einem solchen Fall eine Schleifmaschine mit entsprechend vielen Schleifspindeln und eine Richteinrichtung auf. Dies hat den Vorteil, dass Umspannoperationen entfallen und die ansonsten zusätzlichen Aufwand und zusätzliche Kosten erfordernde Sorgfalt, bei erneuter Einspannung wenigstens nahezu identische Einspannverhältnisse zu erzielen, entfällt dabei. Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch dann die gewünschten Ergebnisse hinsichtlich einer hohen Genauigkeit der Rundlaufeigenschaften von gebauten Nockenwellen erreicht werden können, wenn auf einer Schleifmaschine mit mehreren Arbeitsstationen nach dem Fertigschleifen der Lagerstellen bzw. Vorschleifen der Nocken die Nockenwelle nochmals umgespannt wird und der Vorgang des Richtens dann in der zweiten Aufspannung, jedoch auf derselben Schleifmaschine durchgeführt wird. Sofern beim Umspannen zumindest nahezu identische Einspannverhältnisse erzielt werden, kann ein Umspannen auch zwischen beliebigen Verfahrensschritten erfolgen.
  • Vorzugsweise ist des Weiteren eine Rundlaufmesseinrichtung in die Schleifmaschine der erfindungsgemäßen Vorrichtung integriert. Mit dieser Rundlaufmesseinrichtung wird ein Rundlaufwert bzw. Rundlaufabweichungswert ermittelt. Die Rundlaufinesseinrichtung ist vorzugsweise über eine Steuereinrichtung mit der Richteinrichtung verbunden, so dass die Richteinrichtung auf Basis des gemessenen Rundlaufabweichungswertes für den Richtvorgang optimal steuerbar ist, und zwar so, dass die Rundlaufabweichung nach dem Richten zumindest weitestgehend eliminiert ist.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung findet das Verfahren auf einer einzigen Schleifmaschine statt. Diese Schleifmaschine kann jedoch zwei Stationen aufweisen. Auf der ersten Station dieser Schleifmaschine findet das Fertigschleifen der Lagerstellen statt. Auf der zweiten Station erfolgt dagegen das Vorschleifen und Fertigschleifen der Nocken der Nockenwelle. Es ist jedoch auch möglich, dass das Vorschleifen der Nocken auch bereits auf der ersten Station der Schleifmaschine durchgeführt wird, woran sich das Fertigschleifen der Nocken auf der zweiten Station dieser Schleifmaschine anschließt. Der Verfahrensschritt des Richtens der Nockenwelle kann dabei nach dem Vorschleifen der Nocken auf der ersten Station erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, den Verfahrensschritt des Richtens im Anschluss an das Fertigschleifen der Nocken auf der zweiten Station durchzuführen. Unabhängig davon, ob das Richten der Nockenwelle in der gleichen Aufspannung erfolgt oder ob das Richten in der ersten Station oder in der zweiten Station der Schleifmaschine durchgeführt wird, der Richtvorgang dauert ca. 5 bis 15 Sekunden. Das bedeutet, dass der Richtvorgang selbst wesentlich schneller ist als ein zweiter Schleifdurchgang. Zum anderen führt das Richten dazu, dass die Stückkosten erheblich verringert werden. In Anbetracht der Tatsache, dass Nockenwellen stets in relativ hohen Stückzahlen benötigt werden, spielen die Stückkosten eine entscheidende Rolle für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, dass in der relativ kurzen Zeit von 5 bis 15 Sekunden sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der Verbesserung der Rundlaufeigenschaften im Vergleich zu den mit herkömmlichen Technologien erzielbaren Rundlaufeigenschaften erreicht werden können.
  • Gemäß dem zweiten und dem dritten Aspekt der Erfindung erfolgt das Fertigschleifen auf einer ersten Schleifmaschine und das Vorschleifen und Fertigschleifen der Nocken auf einer zweiten Schleifmaschine. In jedem Fall wird das Verfahren auf zumindest einer Schleifmaschine zumindest teilweise derart realisiert, dass ein Schleifvorgang und ein Richtvorgang auf dieser Schleifmaschine durchgeführt werden. Dies kann einerseits ein Richten der Nockenwelle nach dem Fertigschleifen der Lagerstellen auf der ersten Schleifmaschine sein. Dies kann jedoch auch ein Richten nach dem Vorschleifen und/oder dem Fertigschleifen der Nocken auf der zweiten Schleifmaschine sein. Es ist jedoch auch möglich, dass sowohl auf der ersten Schleifmaschine nach dem Fertigschleifen der Lagerstellen ein Richten erfolgt als auch nach dem Vorschleifen und/oder dem Fertigschleifen auf der zweiten Schleifmaschine.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Schleifen von Lagerstellen und Nocken einer gebauten Nockenwelle sowie zum Richten einer derartigen gebauten Nockenwelle, und zwar insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den entsprechenden Verfahrensansprüchen, eine Schleifmaschine auf, welche mit einer Richteinrichtung zum Richten der Nockenwelle nach einem entsprechenden Schleifvorgang und vorzugsweise auch mit einer Rundlaufmesseinrichtung zum Messen des Rundlaufs oder der Rundlaufabweichung der Nockenwelle versehen ist. Die Rundlaufmesseinrichtung - sofern diese vorhanden ist - und die Richteinrichtung sind dabei in die Schleifmaschine erfindungsgemäß integriert. Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung handelt es sich um eine Schleifmaschine, deren eigentliche Schleifaufgabe um einen Richtvorgang erweitert ist, wobei vorzugsweise zusätzlich noch die Rundlaufmesseinrichtung in diese Schleifmaschine integriert ist. Sie wird zur Steuerung der Richteinrichtung, d.h. zur Durchführung des Richtens auf der Basis des gemessenen Rundlaufwertes bzw. der gemessenen Rundlaufabweichung verwendet. Mit einer derartigen Vorrichtung ist es somit möglich, gebaute Nockenwellen, deren Grundträger eine hohle Welle ist, auf welche die Nocken insbesondere im Fügeverfahren aufgepresst sind, mit höherer Präzision ihrer Rundlaufeigenschaften herzustellen, als dies bei den bekannten Schleifmaschinen der Fall ist, welche nicht für den Schritt des Richtens vorgesehen sind. Erst mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann nach einem Schleifvorgang das Richten innerhalb derselben modifizierten Schleifmaschine durchgeführt werden. Unter Rundlaufeigenschaften oder Abweichungen der Rundlaufeigenschaften soll dabei verstanden werden, wie stark die Lagerstelle oder Lagerstellen im mittleren Bereich der Nockenwelle hinsichtlich ihres Rundlaufs bezogen auf die Längsachse der Nockenwelle von dem Rundlauf der Lagerstellen an den Enden der Nockenwelle abweicht bzw. abweichen. Diese Endlagerstellen sind selbstverständlich viel weniger den Rundlaufabweichungen ausgesetzt als die in der Mitte bzw. im mittleren Bereich der Nockenwelle angeordneten Lagerstellen, da die Endlagerstellen jeweils eingespannt sind, und zwar auf Spitzen in der Schleifmaschine.
  • Der wesentliche Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich die Schleifmaschine weist in an sich bekannter Art und Weise einen auf einem Maschinenbett getragenen Schleifspindelstock, welcher zwei in eine jeweilige Schleifposition einschwenkbare Schleifscheiben aufweisen kann, sowie einen auf einem Schleiftisch aufgenommenen Werkstückspindelstock und Reitstock auf. Die gebaute Nockenwelle ist zwischen den Spitzen von Werkstückspindelstock und Reitstock einspannbar. Vorzugsweise ist die Rundlaufinesseinrichtung auf dem Schleifspindelstock oder auf dem Schleiftisch und ist die Richteinrichtung auf dem Schleifspindelstock befestigt.
  • Durch die Befestigung der Rundlaufmesseinrichtung auf dem Schleifspindelstock oder auf dem Schleiftisch wird eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet, weil der Messwert stets auf das durch die jeweilige Schleifscheibe erzielte Schleifergebnis gekoppelt ist. Das trifft auch für die Richteinrichtung zu, welche durch ihre Anordnung auf dem Schleifspindelstock gewährleistet, dass in Verbindung mit dem hochpräzisen Messwert für die Rundlaufabweichungen eine entsprechende Einbringung der Richtkraft in die Nockenwelle gewährleistet werden kann und damit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine hohe Präzision des Richtvorganges erzielbar ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Schleifmaschine der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine erste Station zum Schleifen der Lagerstellen und/oder Vorschleifen der Nocken der Nockenwelle auf, in der auch eine Richteinrichtung zum Richten der Nockenwelle vorgesehen sein kann. Des weiteren ist die zweite Station zum Fertigschleifen der Nocken der Nockenwelle ebenfalls mit einer Richteinrichtung versehen. Die Schleifmaschine der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann also eine erste Station aufweisen, in welcher eine Richteinrichtung vorgesehen sein kann, nicht aber muss. Vorzugsweise ist auch in der zweiten Station eine Richteinrichtung vorgesehen, so dass nach dem Fertigschleifen der Nocken das Richten oder gegebenenfalls das Endrichten der Nockenwelle durchgeführt werden kann. Prinzipiell ist es selbstverständlich möglich, den Richtvorgang in zwei Teile aufzuspalten, so dass nach dem Vorschleifen der Nocken die Richteinrichtung zum Einsatz gelangt und dass auch nach dem Fertigschleifen der Nocken die auf der zweiten Station vorgesehene Richteinrichtung angewendet werden kann. Vorzugsweise weist zu diesem Zweck sowohl die erste Station als auch die zweite Station eine Richteinrichtung auf. Damit ist eine volle Flexibilität der Schleifmaschine der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben. Es ist jedoch auch möglich, dass die erste Station so ausgebildet ist, dass das Schleifen der Lagerstellen und das Vorschleifen der Nocken der Nockenwelle darauf realisierbar ist, wobei die Richteinrichtung dann entweder nach dem Schleifen der Lagerstellen oder nach dem sich daran anschließenden Vorschleifvorgang der Nocken der Nockenwelle zum Einsatz gelangt. In der zweiten Station der Schleifmaschine der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt dann lediglich das Fertigschleifen der Nocken der Nockenwelle, woran sich vorzugsweise auch ein weiterer Richtvorgang, ein sogenannter Endrichtvorgang, anschließen kann. Vorzugsweise wird jedoch versucht, wie immer die Aufteilung der Schleifvorgänge und des Richtens zwischen der ersten und der zweiten Station ist, mit einem einzigen Richtvorgang die erforderliche Rundlaufgenauigkeit der gebauten Nockenwelle zu erzielen. Es ist auch möglich, dass die Richteinrichtung der ersten Station nach dem Vorschleifen nicht zum Einsatz gelangt und nur die Richteinrichtung der zweiten Station einen einzigen Richtvorgang nach dem Fertigschleifen der Nocken realisiert.
  • Vorzugsweise ist die Richteinrichtung ein Roll-Richtkopf, welcher so ausgebildet ist, dass das Richten bei rotierender Nockenwelle ausführbar ist. Die Rotationsgeschwindigkeit bei dem mittels des Roll-Richtkopfes durchgeführten Vorganges des Rollrichtens liegt dabei vorzugsweise im Bereich einer Drehzahl von 50 bis 200 Umdrehungen pro Minute. Vorzugsweise weist der Roll-Richtkopf zwei in seinem vorderen Bereich gelagerte Rollen auf. Unter "vorderer Bereich des Roll-Richtkopfes" ist dabei der Bereich zu verstehen, welcher direkt auf den Bereich der entsprechenden Lagerstelle der zu richtenden Nockenwelle weist. Der Roll-Richtkopf ist vorzugsweise auf dem Schleifspindelstock befestigt und vorzugsweise in X-Richtung auf die Lagerstellen der Nockenwelle zustellbar. Die Zustellung des Roll-Richtkopfes auf die Lagerstellen richtet sich dabei nach den durch die Messeinrichtung gemessenen Rundlaufabweichungen an der jeweiligen Lagerstelle und bestimmt damit die auf die Nockenwelle an dieser Lagerstelle auszuübende Kraft, um den Richtvorgang vollständig so durchführen zu können, dass nach erfolgtem Richten die Nockenwelle einen möglichst idealen Rundlauf, d.h. ideale Rundlaufeigenschaften aufweist.
  • Es versteht sich, dass für die steuerungstechnische Verbindung der Messeinrichtung und des Richtkopfes miteinander entsprechende Berechnungs- und Steuerungseinrichtungen vorgesehen sind einschließlich der entsprechenden Stellglieder zur Umsetzung des Messwertes auf den einer gewünschten Durchbiegung entsprechenden eingeleiteten Kraftwert. Beim Roll-Richten ist das Messen vorzugsweise nicht erforderlich. Der Richtkopf ist dabei so ausgebildet, dass dieser nach erfolgter Einleitung der Richtkraft diese allmählich wieder zurücknimmt, d.h. verringert. Die Kraft, welche mit dem Roll-Richtkopf auf die entsprechende Lagerstelle der Nockenwelle ausgeübt wird, ist dabei so hoch einstellbar, dass der elastische Verformungsbereich überschritten wird, so dass durch eine plastische Verformung tatsächlich ein Richteffekt auftritt. Durch ein allmähliches, somit sanftes Aussteuern, d.h. Zurücknehmen der aufgeprägten Richtkraft kann bei weiter rotierender Nockenwelle während des Richtens der Richtvorgang allmählich beendet werden. Dadurch ist es möglich, dem am stärksten einer Verformung unterliegenden mittleren Bereich der Nockenwelle den gewünschten Richteffekt zu verleihen.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Richteinrichtung als Druckelement-Richtkopf ausgebildet, welcher das Richten bei stillstehender Nockenwelle ausführt. Bei dem bei stillstehender Nockenwelle durchgeführten Richten arbeitet steuerungstechnisch die Messeinrichtung mit dem Richtkopf über entsprechende Elektronikeinrichtungen zusammen. Zunächst wird mit der Messeinrichtung der Wert ermittelt, bei welchem das entsprechende Lager, in radialer Richtung an dem jeweiligen Lager gesehen, den größten Ausschlag, mithin den größten Rundlauffehler aufweist. Und genau an dieser Stelle bzw. in diesem Bereich des größten Schlages an der Lagerstelle der Nockenwelle wird die Kraft mittels des Druckelements-Richtkopfes eingeleitet. Diese Kraft wird in Abhängigkeit von dem gemessenen Schlag so eingestellt, dass die Deformation in den plastischen Bereich geht, so dass ein bleibender Richteffekt vorhanden ist. Der Richtkopf kann dabei so ausgebildet sein, dass in einem einzigen Richtvorgang dieser Richteffekt erzielt wird. Es ist jedoch auch möglich, den Richtvorgang in mehreren Schritten durchzuführen, wobei unterschiedliche Kräfte dann an unterschiedlichen radialen Positionen zur Beseitigung des in dem jeweiligen Bereich der Lagerstelle existierenden Schlages eingeleitet werden können.
  • Vorzugsweise ist der Druckelement-Richtkopf als gelagertes Prisma mit einer Ausnehmung ausgebildet, mittels welcher ein bestimmter Bereich des Umfangs eines entsprechenden Lagers der Nockenwelle umgriffen werden kann, wobei über diesen Umfangsbereich das Einleiten einer jeweiligen gewünschten Richtkraft über zumindest zwei umfangsmäßig beabstandete Stellen einer Lagerstelle der Nockenwelle erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, das Prisma so auszugestalten, dass die beiden Seitenflanken und die Basis des Prismas beim Richtvorgang an der jeweiligen Stelle am Umfang der Lagerstelle anliegen, so dass die Richtkraft dann über drei Stellen eingeleitet wird. Eine derartige Abstimmung der Form des Prismas mit dem Durchmesser der zu schleifenden Lagerstelle hat den Vorteil, dass insbesondere bei einem Schlag größerer Art ein effektives Richten ermöglicht wird.
  • Außerdem ist es vorzugsweise möglich, dass der Druckelement-Richtkopf ein Druckelement ist, welches eine im Wesentlichen ebene Fläche zum Einbringen der Richtkraft aufweist. Mit dem Druckelement ist die entsprechende Richtkraft über eine Stelle an einer Lagerstelle der Nockenwelle einleitbar. Anstelle der ebenen Fläche oder des Prismas sind selbstverständlich weitere Formen denkbar wie beispielsweise eine gekrümmte Form, deren Radius größer ist als der Radius der entsprechenden Lagerstelle.
  • Weitere Vorteile und Anwendungsinöglichkeiten der Erfindung werden nun anhand der Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1
    eine zwischen Spitzen eingespannte gebaute Nockenwelle, deren Lagerstellen so geschliffen werden;
    Figur 2
    eine zwischen Spitzen eingespannte gebaute Nockenwelle, deren Nocken gerade geschliffen werden;
    Figur 3
    eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit zwei Stationen jeweils zum Schleifen und Richten der Nockenwelle;
    Figur 4a) bis d)
    die wesentlichen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Figur 5
    einen Roll-Richtkopf der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer Lagerstelle der Nockenwelle;
    Figur 6
    einen Druckelement-Richtkopf mit pendelnd gelagertem Prisma beim Richten an einer Lagerstelle der Nockenwelle;
    Figur 7
    einen Druckelement-Richtkopf mit Planfläche beim Richten einer Lagerstelle; und
    Figur 8
    ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Verfahren bzw. die Vorrichtung gemäß der Erfindung in prinzipieller Darstellung.
  • In Figur 1 ist in prinzipieller Darstellung die Aufspannung einer gebauten Nockenwelle 1 mit entsprechenden Lagerstellen 2 und aufgeschrumpften Nocken 3 dargestellt, welche zwischen Spitzen 14 gehalten ist. Die Spitzen sind am Werkstückspindelstock 12 und am Reitstock 13 angeordnet. Die Spitzen 14 sind dabei so ausgebildet, dass sie in das Zentrum des rohrförmigen Trägers der Nockenwelle greifen und an diesen Enden eine entsprechende Spannwirkung erzielen, so dass einerseits ein Drehmoment auf die Nockenwelle übertragen werden kann und andererseits die Spannung aber nicht derartig hoch ist, dass bereits durch das Einspannen die Nockenwelle Deformationen erfährt. Dargestellt sind zwei Schleifscheiben 23, 24, welche auf einem gemeinsamen Schleifspindelstock 7 angeordnet sind und in die Schleifposition zum Schleifen jeweiliger Lagerstellen 2 der Nockenwelle 1 gebracht werden. Der Schleifscheibe 23 gegenüber ist zur Abstützung während des Schleifvorganges eine Lünette 11 angeordnet. Durch die Stützwirkung der Lünette 11 wird sichergestellt, dass die beim Schleifen in die Lagerstelle L2 der Nockenwelle 1 eingebrachten Schleifkräfte nicht zu einer Deformation der Nockenwelle führen. Eine weitere Lünette 11 ist an einer Stelle angebracht, an der gerade nicht geschliffen wird. Des weiteren ist die Schleifscheibe 24 im Eingriff an einer Lagerstelle L5. Nicht eingezeichnet ist eine entsprechende Richteinrichtung.
  • Figur 1 stellt den ersten Verfahrensschritt dar, gemäß welchem zunächst die Lagerstellen 2 der Nockenwelle 1 fertiggeschliffen werden. Erst nachdem sämtliche Lagerstellen 2 fertiggeschliffen worden sind, kann ein Richtvorgang bzw. ein erster Richtvorgang durchgeführt werden.
  • In Figur 2 ist ein Zustand während des Verfahrens dargestellt, bei welchem die Nocken durch Schleifscheiben 9, 10 geschliffen werden. Die Schleifscheibe 9 dient zum Vorschleifen und die Schleifscheibe 10 zum Fertigschleifen der Nocken. Die Lagerstellen sind durch Lünetten 11 abgestützt. Die Schleifscheiben 9, 10 sind so ausgebildet, dass die paarweise zwischen sich eine jeweilige Lagerstelle einschließenden Nocken gleichzeitig geschliffen werden. In Analogie zu Figur 1 ist die Nockenwelle 1 ebenfalls zwischen Spitzen 14 des Werkstückspindelstocks 12 und des Reitstockes 13 aufgenommen. Zur Radialmitnahme der Nockenwelle 2 ist auf dem Werkstückspindelstock ein Spannfutter 28 angebracht.
  • In Figur 3 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, bei der die Schleifmaschine aus einer ersten Station 15 und einer zweiten Station 16 besteht. In der ersten Station 15 ist eine Nockenwelle 1 auf Spitzen zwischen einem Werkspindelstock 12 und einem Reitstock 13 eingespannt. Die Einspannung erfolgt über Spitzen 14 am Werlcstückspindelstock 12 und am Reitstock 13. Lünetten 11 sind an Lagerstellen der Nockenwelle 1 zum Abstützen derselben herangefahren. Die Lünetten 11 sind durch eine Verstellung in X-Richtung an die jeweilige Lagerstelle zum Abstützen heranfahrbar. Den Lünetten 11 gegenüberliegend ist ein Schleifspindelstock 7 auf einem Maschinenbett 8 angeordnet. Der Schleifspindelstock 7 ist schwenkbar und trägt zwei Spindeln, von denen eine erste Spindel eine erste Schleifscheibe 9 und eine zweite Spindel eine zweite Schleifscheibe 10 trägt. Durch Verschwenken des Schleifspindelstockes 7 werden die jeweiligen Schleifscheiben 9, 10 in die Schleifposition zum Schleifen der Lagerstellen eingeschwenkt. In der ersten Station 15 werden die Lagerstellen fertiggeschliffen.
  • Auf dem Schleifspindelstock 7 ist eine Rundlaufmesseinrichtung 5 angeordnet, welche durch Schwenken des Schleifspindelstockes 7 in eine Messposition im mittleren Bereich der Nockenwelle gebracht werden kann. Nachdem die Rundlaufmesseinrichtung 5 in ihre Messposition geschwenkt worden ist, bestimmt sie an einer zu vermessenden Lagerstelle deren Rundlaufeigenschaften bzw. deren Abweichung von einem idealen Rundlauf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist bei der ersten Station 15 die Richteinrichtung nur schematisch eingezeichnet. Die Rundlaufmesseinrichtung 5 steuert die Richteinrichtung auf der Basis des gemessenen Wertes des Rundlaufes des vermessenen Lagers im mittleren Bereich der Nockenwelle derart, dass mit ihr eine solche Kraft, nachdem die Lünetten 11 aus ihrer Abstützposition der Lagerstellen herausbewegt worden sind, in die Nockenwelle eingeleitet wird, dass letzte gerichtet wird und danach verbesserte Rundlaufeigenschaften aufweist. Die eingeleiteten Kräfte sind dabei so hoch, dass mittels einer bleibenden plastischen Verformung die Nockenwelle näher an oder überhaupt in ihren Idealzustand bezüglich der Rundlaufeigenschaften gebracht wird. Das Richten erfolgt vorzugsweise nach Beendigung des Fertigschleifvorganges der Lagerstellen in der ersten Station 15, und zwar in der gleichen Aufspannung und dauert ca. 5 bis 15 Sekunden. Insbesondere bei hohen Stückzahlen in der Massenproduktion, wie dies für Nockenwellen der Fall ist, ist dies besonders vorteilhaft.
  • Prinzipiell kann jedoch auch auf einen Richtvorgang nach dem Lagerschleifen in der ersten Station 15 verzichtet werden, wenn das Richten nach dem Vorschleifen oder Fertigschleifen in der zweiten Station 16 durchgeführt wird. Der Vorteil des Richtens am Ende des Fertigschleifvorganges für die Nocken besteht darin, dass damit auch die Verformungen mit dem Richten beseitigt werden können, welche dadurch auftreten, dass beim Schleifen der gehärteten Oberflächen der Nocken Spannungen frei werden, welche zu Verformungen auch der gesamten Nockenwelle beitragen können. Der grundlegende Aufbau der zweiten Station 16 entspricht dem der ersten Station 15, wobei die erste Station 15 und die zweite Station 16 zu einer einzigen Schleifmaschine 4 zusammengefügt sind. Dies entspricht einer üblichen Modulbauweise, wodurch der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders zum Tragen kommt, weil das Richten in der Regel in derselben Aufspannung wie der jeweilige Schleifvorgang erfolgt. Auch die zweite Station 16 weist einen Schleifspindelstock 7 auf, welcher auf einem Maschinenbett 8 gelagert ist. Der Schleifspindelstock 7 weist zwei Spindeln für je eine Schleifscheibe 9, 10 auf. An dem Schleifspindelstock 7 ist im Bereich der Schleifspindel für die Schleifscheibe 10 eine Rundlaufmesseinrichtung 5 vorgesehen, welche so angeordnet ist, dass beim Einschwenken der Schleifscheibe 10 in die jeweilige Schleifposition zum Fertigschleifen der Nocken die Rundlaufmesseinrichtung 5 an eine Lagerstelle im mittleren Bereich der Nockenwelle gebracht werden kann. Das Vermessen der Lagerstelle im mittleren Bereich der Nockenwelle ist vor allen Dingen deshalb sinnvoll und notwendig, da sich dort der Verzug der Nockenwelle am stärksten auswirkt. Aus Übersichtsgründen ist auch hier in der zweiten Station 16 die Richteinrichtung nur schematisch eingezeichnet. Selbstverständlich ist auch diese Rundlaufmesseinrichtung 5 über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung mit der Richteinrichtung verbunden, um die dem Verzug der Welle entsprechende Richtkraft ermitteln zu können und um nach Einbringen dieser Richtkraft die Richteinrichtung unter allmählicher Verringerung der eingeleiteten Kraft langsam wieder aus dem Richteingriff mit der Nockenwelle herausfahren zu können.
  • Die Nockenwelle 1 selbst ist zwischen Spitzen 14 in einem Spannfutter 28 des Werkstückspindelstockes 12 auf der einen Seite und in einer entsprechenden Spitze 14 des Reitstocks 13 auf der anderen Seite gehalten. Die Nockenwelle 1 selbst ist an ihren Lagerstellen durch eine der Anzahl der Lagerstellen entsprechenden Anzahl von Lünetten 11 abgestützt. Zusätzlich in der zweiten Station 16 angeordnet ist eine Abrichteinrichtung 25 zum Abrichten der Schleifscheiben 9, 10.
  • In Figur 4 ist in prinzipieller Darstellung die zwischen Spitzen 14 gehaltene Nockenwelle 1 für unterschiedliche Verfahrensschritte, welche in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden, dargestellt. Die zwischen Spitzen 14 gehaltene Nockenwelle 1 ist an ihren zwischen Nocken 3 befindlichen Lagerstellen 2 mittels Lünetten 11 abgestützt (Figur 4a). Die Lagerstellen 2 sind dabei bereits fertiggeschliffen, so dass an den fertiggeschliffenen Lagerstellen die Lünetten 11 abstützend an die Nockenwelle 1 herangefahren sind. In diesem abgestützten Zustand werden die Nocken 3 vorgeschliffen. Durch die Abstützung mit den Lünetten 11 wird erreicht, dass trotz des Einbringens von Schleifkräften auf die Nocken 3 beim Schleifen der Nockenform die Deformation der Nockenwelle 1 infolge der Schleifvorgänge gering gehalten wird.
  • Nachdem die Nocken 3 vorgeschliffen worden sind, werden gemäß Figur 4b) die Lünetten 11 außer Eingriff mit der Nockenwelle 1 gefahren. Die zwischen Spitzen 14 aufgespannte Nockenwelle 1 befindet sich in Rotation und wird während ihrer Rotation mittels der Rundlaufmesseinrichtung 5 auf ihren Rundlauf bzw. auf Rundlaufabweichungen vermessen. Diese Vermessung erfolgt an der mittelsten Lagerstelle der Nockenwelle, weil dort die zu erwartende Rundlaufabweichung am größten ist.
  • Nachdem die Rundlaufmesseinrichtung 5 den Wert für die Rundlaufabweichung an der mittelsten Lagerstelle ermittelt hat, wird einer Steuereinrichtung für die Richteinrichtung 6 ein dem Messwert entsprechendes Signal zugeführt. Auf Basis dieses die Rundlaufabweichung reflektierenden Signals wird die Richteinrichtung 6 bei weiterhin nicht in Eingriff befindlichen Lünetten 11 an die mittlere Lagerstelle der Nockenwelle 1 gefahren. Die mittels der Richteinrichtung 6 in die Nockenwelle 1 eingeleitete Kraft ist dabei so gewählt, dass sie über der Streckgrenze des Materials der Nockenwelle liegt, um eine bleibende Verformung, mithin den gewünschten Richteffekt zu erzielen. Durch das Richten werden die beim Schleifen infolge der Einleitung von Schleifkräften sowie infolge von durch das Schleifen frei werdender innerer Spannungen auftretenden Verformungen kompensiert. Die Rundlaufinesseinrichtung 5 wird vorzugsweise nicht zum Einsatz gebracht, wenn Roll-Richten eingesetzt wird.
  • Wenn der Richtvorgang gemäß Figur 4c) nach dem Fertigschleifen der Nocken durchgeführt wird, was beispielsweise in der zweiten Station 16 der Schleifmaschine 4 (siehe Figur 3) durchgeführt werden kann, dann stellt Figur 4a) den Zustand dar, bei welchem das Fertigschleifen der Nocken bei gleichzeitiger Abstützung der entsprechenden Lagerstellen durch Lünetten 11 erfolgt oder bereits beendet ist. In diesem Fall ist nach abgeschlossenem Richtvorgang gemäß Figur 4c) die Nockenwelle mit höchster Präzision hinsichtlich ihrer Rundlaufeigenschaften fertiggestellt und kann aus der Schleifmaschine 4 bzw. der zweiten Station 16 der Schleifmaschine 4 entnommen werden.
  • Sofern die gemäß Figuren 4a) bis 4c) dargestellten Abläufe sich auf den Fall beziehen, bei welchem die Nocken zunächst vorgeschliffen worden sind, woran sich das Richten anschließt, ist es selbstverständlich erforderlich, einen weiteren Verfahrensschritt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchzuführen. Dies ist in Figur 4d) dargestellt, in welcher die Lünetten erneut an die entsprechenden Lagerstellen herangeführt sind, so dass sich daran der Fertigschleifprozess für die Nocken 3 anschließen kann. Die eigentlichen Schleifprozesse bzw. die Schleifscheiben sind der Einfachheit halber in Figur 4 nicht dargestellt, da der prinzipielle Aufbau der Schleifmaschine aus Figur 3 ersichtlich ist. An das Fertigschleifen der Nocken 3 gemäß Figur 4d) kann sich selbstverständlich ebenfalls ein Richtvorgang gemäß Figur 4c) anschließen.
  • Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Richteinrichtung für einen Fall, bei welchem die Nockenwelle beim Richten zwischen den Spitzen 14 des Werkstückspindelstocks 12 und des Reitstocks 13 aufgenommen ist und während des Richtens rotatorisch angetrieben wird. Dazu ist die Richteinrichtung als Roll-Richtkopf 17 ausgebildet, welcher an seinem vorderen Ende zwei gelagerte Rollen aufweist. Dieser Roll-Richtkopf 17 mit seinen gelagerten Rollen 18 passt sich an die Kontur einer Nockenwelle 1 im Bereich von deren Lagerstellen an. Die Richteinrichtung ist in X-Richtung auf die Nockenwelle zustellbar, so dass bei gleichzeitiger Rotation der Nockenwelle 1 und Andrücken des Roll-Richtkopfes 17 mit seinen Rollen 18 die Nockenwelle so deformiert werden kann, dass diese über die Streckgrenze ihres Materials überdrückt wird. Die Richtkräfte werden somit über die sich beim Rotieren der Nockenwelle ebenfalls mitdrehenden Rollen 18 an den Kontaktstellen der Rollen 18 an der jeweiligen Lagerstelle in die Nockenwelle 1 eingeleitet. Nachdem die maximale Richtkraft eingeleitet worden ist in den entsprechenden Bereich der Lagerstelle der Nockenwelle 1, wird anschließend die Durchbiegung des Werkstückes durch allmähliches Zurückziehen dieses Roll-Richtkopfes 17 bis auf einen Durchbiegewert von 0 mm des Werkstückes zurückgenommen. Durch dieses Roll-Richten lassen sich rotationssymmetrische Wellen relativ schnell und prozesssicher richten. Vor allen Dingen ist dieses Verfahren auch auf der Schleifmaschine 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbar, da es sehr schnell ist. Ein derartiges Roll-Richtverfahren dauert ca. 5 bis 15 Sekunden. Dies ist wesentlich kürzer als ein ansonsten durchzuführender zweiter Schleifdurchgang, mit welchem die Rundlaufeigenschaften mit der Präzision, wie sie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren erreicht werden, dennoch nicht erzielbar sind.
  • In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Richteinrichtung dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Richteinrichtung, welche für ein Druckrichtverfahren geeignet ist. Ein derartiges Druckrichtverfahren findet bei stillstehender Welle statt. Hier wird zunächst der Rundlauf bzw. die Abweichung vom Rundlauf an der mittleren Lagerstelle der Nockenwelle oder an einer Lagerstelle im mittleren Bereich der Nockenwelle gemessen. Durch diese Messung wird der "höchste Punkt" des Lagerumlaufs gemessen, um die radiale Position bestimmen zu können, bei welcher dieser maximale Rundlauffehler auftritt. Die Nockenwelle 1 wird nun mit diesem Druckrichtverfahren entgegen ihrer maximalen Auslenkung so verbogen, dass diese maximale Auslenkung möglichst komplett eliminiert wird. Dieses Richtverfahren kann ebenfalls in der Aufspannung des Werkstückes zwischen den Spitzen erfolgen, wobei nach Feststellung der maximalen Auslenkung, d.h. des maximalen Rundlauffehlers die Nockenwelle radial so gedreht wird, dass ein Druckelement-Richtkopf 19 in X-Richtung in diesen Bereich des Umfangs der entsprechenden Lagerstelle der Nockenwelle 1 an die Nockenwelle so angestellt wird, dass eine entsprechende Richtkraft auf diese ausgeübt werden kann. Dazu weist der Druckelement-Richtkopf 19 an seiner Vorderseite ein gelagertes Prisma 20 auf, welches eine Ausnehmung 21 aufweist, so dass ein Umfangsbereich der Lagerstelle der Nockenwelle 1 umgriffen bzw. aufgenommen werden kann. Die Richtkraft wird somit über zwei gegebenenfalls auch drei Kontaktbereiche in der Ausnehmung 21 des gelagerten Prismas 20 eingeleitet.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für einen Druckelement-Richtkopf 19 ist in Figur 7 dargestellt. Dabei ist der Druckelement-Richtkopf 19 mit einem Druckelement versehen, welches eine ebene oder ballige (nicht dargestellt) Fläche aufweist, über welche die Kraft in den Bereich der entsprechenden Lagerstelle eingeleitet wird. Analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 wird die Richtkraft auch an der Stelle in die entsprechende Lagerstelle der Nockenwelle 1 eingeleitet, an welcher die größte Auslenkung, d.h. der größte Rundlauffehler auftritt. Bei diesem Richtverfahren gemäß den Figuren 6 und 7 wird die Nockenwelle also um einen bestimmten Wert gegen den höchsten Umlaufpunkt "verbogen", um den vorhandenen Rundlauffehler kompensieren zu können. Dabei steht das Werkstück beim Richten still. Über die C-Achse wird die Nockenwelle hier lediglich in die zum Richten erforderliche Radiallage gedreht, dann jedoch stillgesetzt, um den Richtvorgang durchzuführen.
  • Diese Richtverfahren eignen sich auch zum Richten einer Nockenwelle in der Art, dass die Welle an den beiden äußeren Lagerstellen - anstelle zwischen Spitzen gehalten zu sein - durch Lünetten abgestützt ist. In einem solchen Fall kann die mittlere Lünette 11 außer Eingriff gebracht werden, so dass die entsprechende Richteinrichtung 6 bzw. 19, 22 in Eingriff mit der mittelsten Lagerstelle der Nockenwelle zu deren Richten gebracht werden kann. Dies ist in Figur 8 in prinzipieller Weise dargestellt. Ein derartiges Richtverfahren ist vor allen Dingen dann häufig von Vorteil, wenn die Nockenwellen vor dem Nockenformschleifen "centerless" geschliffen worden sind.
  • Bei beiden Richtverfahren ist die Richteinrichtung auf dem Schleifspindelstock angeordnet und wird vorzugsweise über die X-Achse zugestellt. Die Zustellwerte sind bei beiden Richtverfahren durch die Nockenwellengeometrie, den Werkstoff und auch die Einspannung der Maschine bzw. auch durch den Härtegrad der Nockenoberflächen bestimmt. Die Zustellwerte können in der CNC-Steuerung der Maschine berechnet werden, und zwar in Bezug auf den zuvor gemessenen Rundlauffehler. Nach dem Richten lassen sich am mittleren Lager Rundlauffehler bis unter 0,01 mm erreichen. Zum Schleifen werden vorzugsweise CBN-Schleifscheiben eingesetzt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nockenwelle
    2
    Lagerstelle
    3
    Nocken
    4
    Schleifmaschine
    5
    Rundlaufmesseinrichtung
    6
    Richteinrichtung
    7
    Schleifspindelstock
    8
    Maschinenbett
    9, 10
    Schleifscheiben
    11
    Lünetten
    12
    Werkstückspindelstock
    13
    Reitstock
    14
    Spitzen zum Einspannen
    15
    erste Station der Schleifmaschine
    16
    zweite Station der Schleifmaschine
    17
    Roll-Richtkopf
    18
    pendelnd gelagerte Rollen
    19
    Druckelement-Richtkopf
    20
    Ausnehmung
    22
    Druckelement
    23,24
    Schleifscheiben
    25
    Abrichteinrichtungen
    28
    Spannfutter

Claims (31)

  1. Verfahren zum Schleifen von Lagerstellen und Nocken von gebauten Nockenwellen sowie Richten derselben auf einer Schleifmaschine, bei welchem nach einem Schleifvorgang ein Richten der Nockenwelle auf derselben Schleifmaschine erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Richten der Nockenwelle nach einem Fertigschleifen der Lagerstellen und/oder einem Vorschleifen der Nocken und/oder einem Fertigschleifen der Nocken durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Verfahrensschritte Fertigschleifen der Lagerstellen, Vorschleifen und Fertigschleifen der Nocken und Richten in einer Aufspannung erfolgen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Fertigschleifen der Lagerstellen der Nockenwelle auf einer ersten Station der Schleifmaschine und das Vorschleifen und das Fertigschleifen der Nocken der Nockenwelle auf einer zweiten Station erfolgen.
  5. Verfahren zum Schleifen von Lagerstellen und Nocken von gebauten Nockenwellen sowie Richten derselben, bei welchem die Lagerstellen auf einer ersten Schleifmaschine fertiggeschliffen werden und die Nockenwelle im Anschluss daran auf der ersten Schleifmaschine gerichtet wird und die Nocken der Nockenwelle auf einer zweiten Schleifmaschine vorgeschliffen und fertiggeschliffen werden.
  6. Verfahren zum Schleifen von Lagerstellen und Nocken von gebauten Nockenwellen sowie Richten derselben, bei welchem die Lagerstellen auf einer ersten Schleifmaschine fertiggeschliffen werden und die Nocken der Nockenwelle auf einer zweiten Schleifmaschine vorgeschliffen und fertiggeschliffen werden und nach dem Vorschleifen und/oder Fertigschleifen die Nockenwelle auf der zweiten Schleifmaschine gerichtet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem das Vorschleifen der Nocken der Nockenwelle auf einer ersten Station der zweiten Schleifmaschine und das Fertigschleifen der Nocken der Nockenwelle auf einer zweiten Station der zweiten Schleifmaschine erfolgen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem während des Schleifens der Lagerstellen die Nockenwelle im Bereich von Lagerstellen abgestützt wird und zum Richten die Abstützungen außer Eingriff von der Lagerstelle gebracht werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Abstützungen nach dem Vorschleifen der Nocken an die Bereiche der jeweiligen Lagerstellen wieder angestellt werden und anschließend die Nocken fertiggeschliffen werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem die Nocken der Nockenwelle auf der zweiten Schleifmaschine mit angestellten Abstützungen vorgeschliffen werden, danach die Abstützungen zumindest in einem mittleren Bereich der Nockenwelle gelöst werden und anschließend das Richten erfolgt, wonach die Abstützungen in diesem Bereich der Lagerstellen wieder angestellt werden und anschließend die Nocken fertiggeschliffen werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem vor dem Richten zumindest für eine Lagerstelle im mittleren Bereich der Nockenwelle ein Rundlaufwert bzw. Rundlaufabweichungswert gemessen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Nockenwelle auf Basis des gemessenen Rundlaufwertes bzw. Rundlaufabweichungswertes gerichtet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem das Richten bei rotierender Nockenwelle mit einer Drehzahl von insbesondere 50 bis 200 Umdrehungen pro Minute erfolgt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem auf die Nockenwelle im Bereich ihrer mittleren Lagerstelle während des Richtens eine Druckkraft ausgeübt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem das Richten bei stillstehender Nockenwelle erfolgt, wobei zunächst die Lagerstelle mit der höchsten Abweichung vom Rundlauf bestimmt wird und eine Druckkraft in diese Lagerstelle, auf den Umfang bezogen, im Bereich der radialen Position eingeleitet wird, an welcher diese höchste Rundlaufabweichung vorhanden ist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei welchem die Nockenwelle beim Richten zumindest bereichsweise über die Streckgrenze des Materials ihres Stahlrohres überdrückt wird und anschließend die Durchbiegung der Nockenwelle allmählich bis auf im Wesentlichen 0 mm zurückgenommen wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 4 oder 7, bei welchem Richten auf der ersten Station erfolgt.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 7 oder 17, bei welchem Richten auf der zweiten Station erfolgt.
  19. Vorrichtung zum Schleifen von Lagerstellen (2) und/oder Nocken (3) einer gebauten Nockenwelle (1) sowie zum Richten einer derartigen Nockenwelle, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18, welche eine Schleifmaschine (4) mit einer in die Schleifmaschine integrierten Richteinrichtung (6) zum Richten der Nockenwelle (1) nach einem Schleifvorgang aufweist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher eine Rundlaufinesseinrichtung (5) zum Messen des Rundlaufes oder der Rundlaufabweichung der Nockenwelle (1) in die Schleifmaschine (4) integriert ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher die Schleifmaschine (4) einen auf einem Maschinenbett (8) getragenen Schleifspindelstock (7) mit zumindest zwei in eine jeweilige Schleifposition einschwenkbaren Schleifscheiben (9, 10) sowie einen Werkstückspindelstock (12) und einen Reitstock (13) aufweist, welche so ausgebildet sind, dass die Nockenwelle (1) zwischen Spitzen (14) einspannbar ist und die Rundlaufmesseinrichtung (5) auf dem Schleifspindelstock (7) oder auf dem Maschinenbett (8) und die Richteinrichtung (6) auf dem Schleifspindelstock (7) befestigt sind.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei welcher die Schleifmaschine (4) eine erste Station (15) und eine zweite Station (16) aufweist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, bei welcher die erste Station (15) so ausgebildet ist, dass auf ihr a) das Fertigschleifen der Lagerstellen (2) der Nockwelle (1) oder b) das Fertigschleifen der Lagerstellen (2) und das Vorschleifen der Nocken (3) realisierbar ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, bei welcher in der ersten Station (15) eine Richteinrichtung (6) angeordnet ist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei welcher die zweite Station (16) so ausgebildet ist, dass auf ihr das Vorschleifen und/oder das Fertigschleifen der Nocken (3) der Nockenwelle (1) realisierbar ist.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei welcher in der zweiten Station (16) eine Richteinrichtung (6) angeordnet ist.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei welcher die Richteinrichtung (6) ein Roll-Richtkopf (17) ist, welcher so ausgebildet ist, dass das Richten bei rotierender Nockenwelle (1) ausführbar ist.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, bei welcher der Roll-Richtkopf (17) zwei in seinem vorderen Bereich gelagerte Rollen (18) aufweist, auf dem Schleifspindelstock (7) befestigt ist und insbesondere in X-Richtung auf die Lagerstellen (2) der Nockenwelle (1) zustellbar ist.
  29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei welcher die Richteinrichtung (6) ein Druckelement-Richtkopf (19) ist, welcher so ausgebildet ist, dass das Richten bei stillstehender Nockenwelle (1) ausführbar ist.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei welcher der Druckelement-Richtkopf (19) ein gelagertes Prisma (20) mit einer Ausnehmung (21) zum Einleiten einer Richtkraft über zumindest zwei umfangsmäßig beabstandete Stellen in eine Lagerstelle (2) der Nockenwelle (1) aufweist.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei welcher der Druckelement-Richtkopf (19) ein eine im Wesentlichen ebene Fläche aufweisendes Druckelement (22) zum Einleiten einer Richtkraft über eine Stelle in eine Lagerstelle (2) der Nockenwelle (1) aufweist.
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