JP5318213B2 - 軸受座又はその中に支持された軸受ジャーナルを機械加工するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸受が取り外された状態において、軸受の取り外しにより生じた間隙内を移動可能な少なくとも一つの切削工具を用いて、軸受座の円筒状の接触面、又は、軸受座内に支持された軸受ジャーナルの円筒状の接触面を、回転切削運動により切削加工するための、請求項１、２、１３のおいて書きに記載の装置及び方法に関するものである。本発明は特に、２サイクル大型ディーゼルエンジンのクランクシャフトなど、比較的幅の狭いラジアル軸受金により滑り軸受されたシャフトを機械加工するのに適している。

比較的高速で回転するシャフトを高温の運転温度において回転案内する必要があるエンジン及びその他の機械ユニットにおいては、特に、船舶エンジン又は発電所エンジンとして導入される２サイクル大型ディーゼルエンジンにおいては、これら大型ディーゼルエンジンにおいて多くの場合そうであるように、シャフトをさまざまな軸受ジャーナルに滑り軸受するために、滑り軸受の軸受金又は２分割式の軸受金が用いられている場合に、軸受の侵食がしばしば発生する。このとき、軸受金又は２分割式軸受金のうちの一方の半分は、シャフト、本発明の多くの出願ケースにおいてはクランクシャフトにくっついてシャフトと一緒に回転する。その場合、強烈に熱が発生し、それにより、軸受ジャーナルを取り囲む軸受座の、多くの場合は下半分の、つまり軸受サドルの局所的な構造変化、微小クラック、変形が起こり、回転する軸受金が摩耗傷すること及び一部融解することにより、当該の表面がさらにひどく損傷される。さらに、軸受金と軸受ジャーナルとの間の油膜が剥がれる又は破壊される可能性もある。この場合も、先述の損傷を引き起こす熱の発生につながる可能性がある。

そのため、軸受金が厚い場合は、軸受金を取り外してから、軸受金を取り外すことによりクランクシャフト軸受ジャーナルと軸受座との間に生じた間隙内に、チェーンドライブを介して外部モータにより駆動され、軸受ジャーナルの周囲を回転する工具を差し込むことが知られている。該工具は、スライダを備える一つのケージから構成されており、該スライダにより、バイトが１回転あたり軸方向に一区間だけ移動される。

この工具はしかし、その構造形態により、軸受間隙が比較的幅広い場合にのみ使用可能である。たとえば、前述の、たとえば船舶ディーゼルとして導入される、又は発電所に導入される、厚い軸受金を有する大型ディーゼルエンジンにおいては、クランクシャフトと軸受座との間におよそ２５ｍｍ〜５０ｍｍの場所がある。これに対して、軸受金が薄い場合はわずかおよそ７ｍｍ〜２０ｍｍの場所しかなく、そこにはそのような工具を差し入れることはできない。

したがって多くの場合、軸受ジャーナル又は軸受座を機械加工するための十分な場所を得るために、クランクシャフトをエンジンから取り外す必要がある。先述の大型ディーゼルエンジンにおいては、クランクシャフトを取り出すための十分な空間を準備するためには、機械室の広い部分の場所を空け、船舶の側面又は発電所の壁に穴を開ける必要があるため、そのために数カ月を要する。

特許文献１には、クランクシャフトが取り付けられた状態で滑り軸受の軸受ジャーナルを機械加工することが開示されている。このとき滑り軸受は、取り外し可能な軸受押えを備える、分割式の軸受座を有している。軸受ジャーナルを機械加工するために、軸受押えが取り外され、２分割式の機械加工シェルとして構成された工具が、軸受金の取り外しにより生じた軸受間隙内に差し込まれる。２分割式機械加工シェルは、軸受押え内にある一つの圧縮バネ装置を介して、又は、軸受押え内部のさらなる圧縮バネを介して、軸受ジャーナルに押付けられる。このとき機械加工シェルは砥石を有しており、この砥石により、シャフトが回転すると軸受ジャーナルが研磨される。

独国特許第３７１６０５８号明細書

したがって、本発明の課題は、軸受座の接触面又は軸受ジャーナルの接触面の機械加工が容易になるよう、前述の態様の装置を発展させることである。

この課題は、装置に関しては請求項１又は２に記載の特徴により、また、方法に関しては請求項１３に記載の特徴により解決される。

本発明の装置は、軸受を取り外した状態で、取り外された軸受により生じた間隙内で回転運動可能な少なくとも一つの切削工具を用いて、回転案内されたシャフトの軸受座の円筒状の接触面を機械加工するためのものであり、該装置は切削工具に加えて、該切削工具を軸受ジャーナルに取り付けるための取付具を有している。該取付具は、軸受座の接触面を機械加工する際に軸受ジャーナルが回転する工具ホルダとして機能し、また、切削工具が、純粋な回転切削運動で、軸受座の接触面に沿ってガイドされるよう構成されている。このとき、取付具は、切削工具を無残渣かつ非破壊的に再び取り外し可能に取り付けるために、摩擦結合及び／又は材料結合するよう構成されており、工具を軸受ジャーナルの接触面に材料結合的に結合させるために、工具のための一つの接着層を有している。これに補足的に又は代替的に、工具を軸受ジャーナルに取り付けるために、ホースクリップ、又は、周囲をぐるりと包囲する類似の取付手段を使用することが考慮可能である。

それにより長所となるのは、軸受間隙が狭い場合、又は軸受リングが薄い場合でも、軸受座の接触面の機械加工が可能であり、また、そのためにシャフトを取り外す必要がないことである。本発明の装置を用いることにより、軸受座の接触面を機械加工するためにそのような装置を軸受ジャーナルに接着、及び／又はホースクリップを用いて取り付け、その後シャフトを回転させる方法を用いることができるようになる。

本発明のさらなる態様によると、同様のやり方で軸受ジャーナルの円筒状の接触面も機械加工することができる。そのために本発明による装置が提供される。該装置は、軸受を取り外すことにより軸受座とその中に収容された軸受ジャーナルとの間に生じる少なくとも一つの間隙内に、回転運動可能な切削工具を有しており、また、該切削工具を軸受座に取り付けるための取付具を有している。該取付具は、軸受ジャーナルの接触面を機械加工する際にシャフトが回転スピンドルとして機能し、また、軸受座は回転しない工具ホルダとして機能し、及び、切削工具が、純粋な回転切削運動で軸受座の接触面に沿ってガイドされるよう構成されている。本発明のこの装置を用いることにより、軸受ジャーナルの接触面を加工するためにそのような装置を軸受座に取り付け、その後にシャフトを回転させる方法を用いることができる。このとき、取付具は、切削工具を無残渣かつ非破壊的に再び取り外し可能に摩擦結合及び／又は材料結合で取り付けるように構成されており、該工具を軸受座の接触面に材料結合的に結合するために、該工具のための一つの接着層を有している。これに補足的に又は代替的に、該工具を軸受座に取り付けるために、ホースクリップ又は類似の、周囲をぐるりと包囲する取付手段の使用が考慮可能である。

このとき本発明は、回転案内されたシャフトを取り外すことが困難であって、また、軸受を取り外すことにより生じた間隙内にわずかな場所しかないという、すべての態様の軸受座及び軸受ジャーナルを機械加工するのに適している。しかしながらこの方法又はこの装置が特に適しているのは、滑り軸受けされたシャフトの機械加工である。というのは、滑り軸受はしばしば２分割式の軸受金として実施されているために、シャフトを取り外すことなく、軸受金又は軸受金のうちの少なくとも一方の半分を容易に取り外せるようになっているからである。本発明の装置又は本発明の方法はさらに、軸受座が軸受サドルと軸受押えとに分割された、分割式の軸受座に適している。というのもその場合、多くの場合は軸受押えを軸受座に取り付けているクランピングボルトを外すことにより、軸受押えを容易に取り外せるためである。それにより、本発明の装置を、軸受押えを取り外すことによりアクセス可能になったシャフトに、又は、軸受押えを取り外すことによりアクセス可能になった軸受ジャーナルに取り付け、それにより、軸受サドルを、又は、軸受押えを改めて嵌合した後には軸受押えを機械加工することができる。さらに、本発明の装置は、軸受押えを改めて嵌合した後に軸受ジャーナル又はシャフトの接触面を機械加工するために、軸受押えにも、又は、たとえば軸受押えの円筒内側の接触面にも取り付けることができる。

そのような分割式の軸受及び軸受金は特にしばしば、船舶ディーゼルとして、又は発電所で用いられるような、大型２サイクルディーゼルエンジンに見受けられる。そのようなところでは本発明の方法又は本発明の装置を用いることにより得られる長所が特に大きい。というのは、軸受座又は軸受ジャーナルの機械加工のためにクランクシャフトを取り外す必要がなければ、船舶エンジンの修理に要する時間が劇的に短縮されるからである。それにより、より低い価格の船舶でもそのような修理をする甲斐があるようになり、それにより最終的に船舶の経済的な耐用年数の延長につながる可能性がある。

好適な発展形は残りの従属請求項から理解できる。

軸受ジャーナルに工具を取り付けたままシャフトを回転させると、工具と機械加工対象の軸受サドル（又は軸受押え）の接触面との間の距離が正しく設定されていれば、工具は純粋な回転切削運動をする。そのためには装置が、機械加工対象の接触面からの工具の距離、又は、工具が取り付けられている接触面からの工具の距離を設定するための設定装置を備えていることが好適である。軸受押えの接触面を機械加工する場合、又は、軸受ジャーナルの接触面を加工するために工具が軸受押えの接触面に取り付けられている場合は、さらに、工具と、機械加工対象の接触面との間の距離を設定するために、軸受押えを嵌合した後に、軸受押えを軸受サドルに結合している軸受ボルトを所望の寸法まで締め付け、それにより、工具と機械加工対象の表面との間の距離を正確に設定することが可能である。

このとき工具としてはさまざまな金属加工具が考慮対象となる。もちろん、複数の工具を、工具ホルダとして機能する軸受ジャーナルに取り付けること（軸受座の機械加工の場合）、又は、軸受ジャーナルを機械加工する際には軸受座に取り付けることも可能である。

そのためたとえば、軸受ジャーナル又は軸受座に、交換プレートとして構成された砥石を１列又は２列に取り付けることも考慮可能である。砥石の列を複数にすることも考慮可能である。同様に、工具を、たとえばコランダム又は窒化ホウ素など相応の研削手段からできた研削層として設けることも可能であり、その場合該研削層は取付具を用いて、研削ディスクの一部のように軸受ジャーナルに取り付け可能である。しかしながらこのような一つ又は複数の工具は、定義された一つ又は複数のカッティングエッジを持つ工具（たとえばバイト又はリーマー）とすることも可能であり、その場合、一つ又は複数の工具は同様に交換プレート又はスローアウェイチップとして構成することが可能である。

交換プレート又はスローアウェイチップとして構成されたそのような工具を使用する場合、特に、貼着可能で柔軟なマットとして構成された取付具が特に好適であることが示された。軸受ジャーナル又は軸受押え内の接触面を露出させてから、工具を取り付けた柔軟なマットを、軸受ジャーナルの接触面に、又は、軸受押え内の接触面に、単純に載せて接着することができる。

該工具、又は、工具が複数の場合はそれらの工具は、このとき、機械加工対象の接触面の（シャフトの軸方向の）全長にわたっている必要はない。接触面の幅広の一つの部分を機械加工した後にまず装置を取り外し、次にこの幅広の部分の隣において、工具ホルダとして機能する軸受ジャーナル又は軸受押えに装置を取り付けることにより、接触面を部分ごとに加工することも可能である。もちろん、一つの工程内で工具をずらさずに機械加工対象の幅全体を加工できるよう、工具に、機械加工対象の幅全体にわたるカッティングエッジ又は切削面を設けることもできる。

このとき全体的に特に好適であることが示されたのは、シャフトがさらなる複数の軸受に支持されていて、それぞれの円筒状の接触面を機械加工する際に、シャフトがこれらの軸受部位に支持された状態にしておくことである。というのはその場合、これらのさらなる軸受部位が、円筒形の接触面をそれぞれ加工する際にシャフトの、ひいては工具の支持部として機能できるからである。

以下、付属の図を用いて本発明のさらなる好適な実施形態を詳述する。

複数の軸受部位において回転案内されたシャフトの大幅に図式化された図である。本図では、一つの軸受部位に、軸受サドルを機械加工するための本発明の装置がセットされている。 軸受サドルを機械加工するための本発明による装置の第１の実施形態の斜視図である。

まず、図１では、複数の軸受部位５において支持されたシャフト３が大幅に図式化されて図示されている。本図における左の軸受部位５及び本図における右の軸受部位５には、シャフト３が軸受金４を介して支持された状態にある。これに対して、本図の中央の軸受部位５又は中央の軸受座５には、軸受座５を機械加工するための装置、本図においては軸受座の下半分、つまり軸受サドル５を機械加工するための装置が、シャフト３にセットされてそこに取り付けられている。このとき装置は一つの工具１を有しており、該工具１は取付具２を介して中央軸受５のシャフト３に、又はシャフト３の軸受ジャーナルに取り付けられている。

シャフト３が回転してそれにより軸受サドル５が機械加工されるとき、外側の２つの軸受部位５は軸受金４を介してシャフト３のための支持部として機能する。そのため、中央軸受座５の接触面に求められる同心度に関して高い精度で機械加工できることが見て取れる。さらに、工具１の工具幅が、中央軸受座５の接触面より小さいため、シャフト３を回転させることにより中央軸受座の接触面の第１の幅部分を機械加工した後に、本発明の装置を取り付けなおす必要があることが見て取れる。それを行うためは、中央軸受座５の軸受押えを外した状態で装置にアクセスできるまでシャフト３を回転させ、また、工具１により中央軸受座５の接触面のさらなる幅領域が機械加工されるまで該装置を横方向にずらすことができる。シャフト３は、工具１により機械加工部分全体がカバーされるまでさらに回転される。

図示された実施形態においては、工具１は粗削り工具、つまりたとえば粗仕上げ工具である。その際、第１のステップにおいて機械加工対象の表面を複数の幅部分に分割して機械加工し、それにより切削力を低く保つために工具幅は比較的狭いこと、つまり工具幅は軸受サドル５の幅より狭いことが好適である。しかしながら軸受座の幅が十分に狭いために、切削力が大きくなりすぎない場合は、軸受サドル幅と同じ又はこれより広い幅を持つ一つの工具を用いて、工具の取り付なおしを行わずに機械加工対象の表面を一度で機械加工することもできる。第２ステップにおける精細加工のためには、より幅の広い精細加工工具、たとえば仕上げ工具を用いて機械加工対象の表面を研磨し、より少ない切削力で途切れのない表面を達成することも可能である。

また、たとえば、一定の角度だけ回転させた後に、生じた削りくずをまず除去してから機械加工を続けるために、機械加工を複数の段階で行うことも考慮可能である。

図２には、本発明の装置の一つの可能な実施形態が詳しく図示されている。本図では、砥石として構成された工具１が３列になっており、これら工具１は、取付具２上に収容されている。取付具２のうちの工具１の反対の面に接着層を設けることにより、工具１は、取付具２を介してシャフト３又は機械加工対象の軸受座の軸受ジャーナルに接着することができる。図示された実施形態においては、取付具２は好適には柔軟なマットとして構成されており、このマットには、工具１のための自由に構成可能なスロットがいくつか設けられており、それにより所望の機械加工プロフィールに応じてこれら工具１を取付具２上に取り付けることができる。

もちろん、本発明の範囲内で、図示した実施形態からの逸脱や変更も可能である。

特に考慮可能であるのは、図２に図示されたように取付具を曲げることにより取付具を軸受ジャーナルの接触面に接着して軸受座の接触面を機械加工するのではなく、図２に図示された、柔軟なマットとして構成された取付具を有する装置を、分割された軸受座の軸受押えの接触面に接着し、軸受押えを再び嵌合した後に、工具により軸受ジャーナルを機械加工することである。同様に、軸受ジャーナルを機械加工するための工具ホルダとして軸受押えを用いるのではなく、装置を、特にそのために設けられた工具ホルダに取り付け、装置が接着された軸受押えではなく、装置が取り付けられたこの別個の工具ホルダを用いて、軸受ジャーナルを機械加工することも考慮可能である。

１ 工具
２ 取付具
３ 回転案内されたシャフト／軸受ジャーナル
４ 軸受金
５ 軸受座

Claims (20)

1. ２サイクル大型ディーゼルエンジンのクランクシャフトであるシャフト（３）の軸受（４）を取り外した状態で、回転案内されたシャフト（３）の軸受座（５）の接触面を少なくとも部分ごとに機械加工するための装置であって、
   前記軸受（４）を取り外すことにより前記軸受座（５）と前記軸受座（５）内に収容された前記軸受ジャーナル（３）との間に生じた間隙内に、前記軸受座（５）に向かい合う前記軸受座（５）の接触面に沿って少なくとも一つの回転運動可能な切削工具（１）を有する装置において、
   前記切削工具（１）を前記軸受ジャーナル（３）に取り付けるための取付具（２）が設けられており、該取付具（２）は、前記軸受座（５）の接触面の機械加工の際に前記軸受ジャーナル（３）が回転する工具ホルダとして機能し、前記切削工具（１）が、純粋な回転切削運動で前記軸受座（５）の前記接触面に沿ってガイドされるように構成されており、
   前記取付具（２）は、前記切削工具（１）を摩擦結合及び／又は材料結合により無残渣及び非破壊的に再び取り外し可能に前記軸受ジャーナル（３）に取り付けるように構成されていて、そのために、前記工具（１）を材料結合的に前記軸受ジャーナル（３）の前記接触面に結合するための一つの接着層及び／又は少なくとも一つのホースクリップを備えている、
   ことを特徴とする装置。
2. ２サイクル大型ディーゼルエンジンのクランクシャフトであるシャフトの軸受を取り外した状態で、回転案内されたシャフトの軸受ジャーナルの接触面を少なくとも部分ごとに機械加工するための装置であって、
   前記軸受を取り外すことにより軸受座と該軸受座内に収容された前記軸受ジャーナルとの間に生じた間隙内に、前記軸受ジャーナルに向かい合う前記軸受ジャーナルの前記接触面に沿って少なくとも一つの回転運動可能な切削工具と、
   該切削工具を前記軸受座に取り付けるための取付具と、を有しており、
   該取付具は、前記軸受ジャーナルの前記接触面の加工の際に前記シャフトが回転スピンドルとして、また、前記軸受座は回転しない工具ホルダとして機能し、及び、前記取付けられた切削工具が純粋な回転切削運動で、回転された前記軸受ジャーナルの前記接触面に沿ってガイドされるように構成されている、装置において、
   前記取付具が、前記切削工具を摩擦結合及び／又は材料結合により無残渣及び非破壊的に再び取り外し可能に前記軸受座に取り付けるように構成されていて、そのために、前記工具を材料結合的に前記軸受座の前記接触面に結合するための一つの接着層及び／又は少なくとも一つのホースクリップを備えている、
   ことを特徴とする装置。
3. 前記取付具（２）が、前記切削工具（１）を、前記間隙のもう一方の側にある機械加工対象の接触面の反対側にある接触面に取り付けるように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記工具が研磨層であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記工具が砥石であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記工具（１）がバイト、特に仕上げバイト又はリーマーであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記工具（１）が交換プレート又はスローアウェイチップ（１）であり、前記取付具（２）が前記工具（１）用の工具ホルダを有していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記取付具（２）が、貼着可能で柔軟なマット（２）として構成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 機械加工対象の接触面から前記工具までの距離を設定するための設定装置が設けられていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記設定装置が、前記工具の下に挿入可能な少なくとも一枚のスペーサを有することを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 前記設定装置が、高さの異なる少なくとも２つの交換可能な工具を有することを特徴とする、請求項９又は１０に記載の装置。
12. 前記設定装置が少なくとも一つのスライド可能な調整コーンを有しており、該調整コーンを用いて前記工具ホルダの位置が調節可能であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. ２サイクル大型ディーゼルエンジンのクランクシャフトであるシャフト（３）において、回転案内されたシャフト（３）の軸受座（５）、又は、該回転案内されたシャフト（３）の軸受ジャーナルの接触面を、少なくとも部分ごとに機械加工するための方法であって、
    軸受（４）を取り外すことにより前記軸受座（５）と前記軸受座（５）内に収容された前記軸受ジャーナル（３）との間に間隙を生じさせる方法おいて、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置を、前記軸受座（４）の接触面を加工するために前記軸受ジャーナル（３）に、又は、前記軸受ジャーナルの接触面を加工するために前記軸受座に取り付け、その後、前記シャフト（３）を回転させることを特徴とする方法。
14. 前記シャフト（３）をさらなる複数の軸受部位（４）で支持した状態でおくために、円筒状の前記接触面を加工する際に、前記さらなる複数の軸受部位（４）が前記シャフトの、ひいては前記工具の支持部として機能することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 軸受サドルと軸受押えとに分割されている軸受座（４）のうちの前記軸受押えが取り外され、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置が、前記機械加工対象の接触面とは反対側の接触面のうち、前記軸受押え取り外しによりアクセス可能になった側に取り付けられることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記軸受ジャーナルの前記接触面を機械加工するために、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置が、前記軸受押えの前記接触面に取り付けられ、次に前記軸受押えを再び嵌合し、その際、前記軸受ジャーナルの前記接触面を機械加工するための、軸受押えと軸受ジャーナルとの間の適切な距離が、２分割された軸受の２つの半分をつなぐことが可能な軸受ボルトを締め付けることにより調整されることを特徴とする、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記軸受押えの前記接触面を加工するために、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置が、前記軸受ジャーナルの前記接触面に取り付けられ、次に前記軸受押えを再び嵌合し、その際、前記軸受押えの前記接触面を加工するための、軸受押えと軸受ジャーナルとの間の適切な距離が、２分割された軸受の２つの半分をつなぐことが可能な軸受ボルトを締め付けることにより調整されることを特徴とする、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
18. ２分割された軸受金から構成されている軸受（４）の場合は、該軸受金の一方の半分のみを取り外して、前記軸受ジャーナル又は前記軸受座の接触面を機械加工するための間隙を形成することを特徴とする、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記軸受サドルの前記接触面を加工するために、前記軸受金の下半分のみが取り外されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
20. 工具の幅が機械加工対象の接触面の幅より狭い場合、工具を反対側の接触面にセットするステップ、及び、次に前記シャフトを回転させることを、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置を前記シャフトの軸方向においてずらしてセットしながら繰り返し実施することを特徴とする、請求項１３から１９のいずれか一項に記載の方法。

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