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Die
Erfindung betrifft einen Schleifkopf zum universellen Schleifen
von Dicht- oder Sitzflächen von
Armaturen und zur weiteren Ausbildung des Patents
DE 197 35936 C1 ; insbesondere
einen Schleifkopf für
stationäre
oder mobile Maschinen. Auch das Schleifen von Dicht- oder Sitzflächen als
Arbeitsverfahren zu dem Schleifkopf ist betroffen.
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Schleifköpfe dieser
Art weisen im Stand der Technik einen flächigen oder scheibenförmigen Träger auf,
auf dem planetenartig verteilt mehrere (kleinere) "Seitenschleifscheiben" einzeln drehbar
gelagert sind. Das sind Schleifscheiben oder mit selbstklebenden
Schleifringen frontseitig belegte Schleifköpfe. Einen Schleifkopf dieser
Art zeigt die
EP 216 769
B1 (Larsson). Dort werden über ein Eingangs-Kegelradgetriebe
sich radial erstreckende Zwischenwellen (dort "Shafts"
23) angetrieben, welche ihrerseits über Kegelräder den
scheibenförmigen Träger für die Seitenschleifscheiben
antreiben (über einen
ersten Zahnring). In dem Träger
sind mehrere sich radial erstreckende Antriebswellen gelagert (dort "Spindle"
31), deren
radial innere Kegelräder
auf einem zur Eingangswelle konzentrischen gestellfesten Kegelrad
eines zweiten Zahnrings abrollen. Über Kegeltriebe an ihrem jeweils
anderen Ende, werden die einzelnen Schleifscheiben bewegt. Bei diesem Schleifkopf
soll sich der scheibenförmige
Träger
der Seitenschleifscheiben dadurch an die Ebene der zu schleifenden
Fläche
selbsttätig
anpassen, daß die von
dem Eingangs-Kegelgetriebe angetriebenen Zwischenwellen senkrecht
zur Eingangswelle und zueinander koaxial angeordnet sind und zugleich eine
Schwenkachse bilden, um die der scheibenförmige Träger gegenüber der Eingangswelle frei schwenken
kann. Die
DE 87 02
555 U1 (Tabori) verwirklicht ausschwenkbare Arme (dort
2), welche an einem Träger angeordnet
ist, der drehbar ist, vgl. dortige
3.
Es werden für
die zwei Antriebe zwei als Antriebsbänder dargestellte Antriebsvorrichtungen
verwendet, um das dortige Sonnenrad und die Schleifscheiben anzutreiben,
vgl. dort Seite 19, Zeilen 28 bis 35. Eine Einstellung des Schleifkopfes
auf die zu schleifenden Schleifflächen erfolgt mit Hilfe von
Maschinenarmen (langen Haltearmen), die oberhalb der Schleifeinrichtung
an einem Gelenk verbunden sind, dort
3,
Bezugszeichen
36 und zugehörige Erläuterung auf Seite 22, letzter
Absatz. Eine dazu alternative Einstellung des Schleifkopfes erfolgt mit
einem Kugelgelenk gemäß
DE 35 33 019 (Kelsey), dieses
Kugelgelenk (dort 12) erlaubt es, einen scheibenförmigen Träger mit
umgänglich
verteilten Seitenschleifscheiben schwenkbar zu halten. Gleichwohl
werden die dortigen Schleifscheiben nicht gesondert angetrieben,
sondern sind lediglich linear in radialer Richtung in ihrer Ausladung
verstellbar, vgl. dort Seite 11, letzter Absatz und Seite 15, letzter
Absatz, erstes Drittel.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Patent weiter auszubilden,
höhere
Drehgeschwindigkeiten der Schleifscheiben (auch Stirn- oder "Seitenschleifscheiben" genannt) zu erreichen und
dennoch die Beweglichkeit des Trägers
gegenüber
dem Gestell des Schleifkopfes universeller auszugestalten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale nach Anspruch 1 gelöst. Anspruch
12 beinhaltet ein die Lösung
ebenfalls bereithaltendes Verfahren (Arbeitsverfahren).
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Erfindungsgemäß ist ein
ineinander-liegendes Doppelgelenk vorgesehen, das es dem Träger erlaubt,
allseitig (sphärisch)
frei zu verschwenken und sich so ohne große Justierarbeiten und Einrichtungsarbeiten
räumlich
an die Ebene der zu schleifenden Fläche leicht und exakt anzupassen.
Mit Schwenkarmen (Anspruch 1) ist eine leichte Anpassung der Reichweite
der (kleineren) Schleifscheiben möglich, um sie für zu schleifende
Flächen
von erheblich unterschiedlichem Durchmesser einzustellen.
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Vorteilhaft
ist der Schwenkhalter an dem scheibenförmigen Träger in verschiedenen Schwenkstellungen
fixierbar. Eine fixierte Schwenkstellung ist für alle Schwenkhalter im Winkel
gleich.
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Über einen
Umschlingungstrieb werden weitere Getriebeglieder auf den Schwenkachsen
der Schwenkhalter gemeinsam angetrieben und erhalten so die (übersetzte)
Drehzahl des radial innen angeordneten Universalgelenks, während der
Träger
mit den Schwenkhaltern mit nur niedriger Drehzahl angetrieben wird.
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Das
Doppelgelenk aus einem sphärischem Lager
und einem Universalgelenk – eigentlich
zwei "sphärischen
Lagern" – ermöglicht mit
nur einem einzigen Antrieb die zum Schleifen unterschiedlichen Drehzahlen
einerseits des Trägers
und andererseits des Antriebssystems für die (kleineren) Schleifscheiben.
Dabei wird der Träger
trotz seiner sphärisch
freien Schwenkbarkeit mit ausreichend niedriger Drehzahl angetrieben.
Mechanische Schwingungen oder Komplikationen sind aufgrund des robusten
Aufbaus ohne mehrere Kegelradübersetzungen
nicht zu befürchten.
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Trotz
der Schwenkarm-Ausbildung lässt
sich der Träger
auch mit dem Schwenkarm – zum
Schleifen von Flächen
unterschiedlichen Durchmessers – noch
immer leicht gegen einen oder mehrere Träger anderer fester Abmessungen
oder anderer Ausbildung auswechseln.
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Eine
höhere
Drehzahl der Seitenschleifscheiben kann mit der Erfindung unproblematisch
erzielt und über
die Antriebswelle oder die fest stehende Achse auf den scheibenförmigen Träger übertragen
werden (Anspruch 3,5 oder 10). Es sind Winkel- oder axiale Antriebsweisen
möglich,
mit oder ohne ein hoch-untersetzendes
Getriebe.
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Spezifisch
können über ein
hoch-untersetzendes Getriebe, das koaxial zur Antriebswelle angeordnet
ist (Anspruch 4), Drehzahlunterschiede von 1:50 bis 1:100 zwischen
der Eingangswelle und dem langsam laufenden Träger erreicht werden, auf dem sich
die drehbar angeordneten Seitenschleifscheiben mit einer gegenüber der
Drehzahl der Antriebswelle erhöhten
Drehzahl drehen (Anspruch 5, 10).
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Das
denselben Mittelpunkt wie das sphärische Lager aufweisende Universalgelenk
kann im Sinne seiner allseitigen sphärischen Verschwenkbarkeit auch
als Kugelgelenk oder biegbarer Wellenabschnitt ausgebildet sein
(Anspruch 9).
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Die
Zusatzerfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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1 zeigt
in einem die Achse der Eingangswelle 7 enthaltenden Schnitt
eine Ausführungsform
gemäß Hauptpatent
für besonders
hochtourigen Antrieb von Seitenschleifscheiben 19 auf einem
scheibenförmigen
Träger 16.
Ein Universalgelenk 11, 13 koppelt Eingangswelle 7 und
den Träger 16.
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2 zeigt
in Seitenansicht, teilweise geschnitten, ein Detail für eine abgewandelte
Ausführungsform
des Universalgelenks aus 1.
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3 veranschaulicht
in gleicher Darstellung wie 1 die Anwendung
des Details nach 2 in dem Schleifkopf von 1.
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4 zeigt
eine gegenüber
der Ausführungsform
nach 1 abgewandelte Ausführung mit stehender Achse 51 und
Hohlzylinder-Antriebswelle 53.
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5 zeigt
die Ausführungsform
nach 1 mit abgenommenem scheibenförmigen Träger 16 zum Zwecke
des Austausches gegen einen anderen Träger.
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6 zeigt
in Schnittdarstellung und
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7 in
Draufsicht eine Ausführungsform der
Zusatzerfindung mit schwenkbaren Armen 156, insbesondere
zum Schleifen von Flächen
von deutlich unterschiedlichem Durchmesser.
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Der
Schleifkopf 1, wie er in der Schnittdarstellung der 1 gezeigt
ist, weist als Antriebswelle eine angetriebene Eingangswelle 7 mit
Achse 8 auf, auf der eine Riemenscheibe 6, zum
Beispiel für
einen Zahnriemen 5 befestigt ist, der in einem senkrecht zur
Achse der Welle 7 verlaufenden rohrförmigen Gestellabschnitt 4 des
Schleifkopfgestells 2, 3, 4 läuft. Mit
der Antriebswelle verkeilt ist ein hoch-untersetzendes Getriebe 9, 10,
das handelsüblich
ist (unter dem Namen "Harmonic
Drive"). Die Eingangswelle 7 weist
an ihrem in 1 linken Ende einen Kugelkopf 11 auf,
der in einer Kalotte 13 sitzt und mit dieser über einen
Mitnehmerstift 12 antriebsmäßig gekuppelt ist. Der Mitnehmerstift 12 geht
durch die Kugelmitte und überträgt das Drehmoment
auf die Kalotte 13. Dies ist ein sphärisches Gelenk zur Übertragung
von Drehmoment. Mit der Kalotte 13 ist ein Abtriebszapfen 14 verbunden,
auf dem ein Zahnrad 15 verkeilt ist, das über Lager 21 in
einem scheibenförmigen Träger 16 drehbar
gelagert ist. Mit einer Außenverzahnung
des Zahnrades 15 können
drei oder mehr Getriebeglieder, wie Zahnräder 18, von denen
ein jedes gleichachsig und antriebsmäßig mit einer Seitenschleifscheibe 19 verbunden
ist, in Eingriff stehen. Die Einheit aus Schleifscheibe 19 und
Getriebeglied 18 ist mittels Lager 17 in dem Träger 16 gelagert.
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Der
scheibenförmige
Träger 16 ist
als hohler Scheibenkörper
im übrigen
durch eine entsprechende Abdeckung 20 nach außen abgedeckt,
die nur Öffnungen
für die
Schleifscheiben 19 aufweist. Der scheibenförmige Träger 16 ist über mehrere
Schraubenbolzen 23 mit der Lagerschale 22 eines
weiteren sphärischen
Lagers fest verbunden, in dem der sphärische Kopf 25 eines
plattenförmigen
Teils 25a aufgenommen ist. Der Kopf 25 weist einen
radial verlaufenden Mitnehmerstift oder Zapfen 24 auf,
der in eine entsprechende Ausnehmung der Lagerschale 22 eingreift,
um eine drehmomentmäßige Antriebsverbindung
zwischen den Teilen dieses sphärischen
Lagers 22, 25 zu bilden.
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Der
plattenförmige
Teil 25a ist in dem Gestell 2, 3, 4 mittels
eines Lagers 27 gelagert und weist seinerseits ein Lager 26 für die Eingangswelle 7 auf.
Der plattenförmige
Teil 25a bildet zugleich den Ausgang des hoch-untersetzenden
Getriebes 9, 10.
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Eine
hohe Eingangsdrehzahl n1 wird über die Riemenscheibe 6 oder
ein Antriebsrad auf die Eingangswelle 7 übertragen
und wird von dieser direkt über
das erste sphärische
Bewegungen erlaubende Universalgelenk 11, 12, 13 auf
das Zahnrad 15 im scheibenförmigen Träger 16 übertragen.
Die Getriebeglieder 18 der Schleifscheiben 19 erreichen
eine Abtriebsdrehzahl n2, die um das Übersetzungsverhältnis zwischen
den Getriebegliedern 15 und 18 größer ist
als die Eingangsdrehzahl n1. Dadurch werden Umfangsgeschwindigkeiten
der Schleifscheiben 19 von 10 m/sec oder größer erreicht.
Der Träger 16 für die Schleifscheiben 19 wird dagegen
mit einer Drehzahl n3 angetrieben, die gegenüber der
Drehzahl der Getriebeglieder 18 und Schleifscheiben 19 sehr
klein ist, zum Beispiel um den Faktor 50 bis 100 kleiner als die
Eingangsdrehzahl n1. Diese Drehzahl wird
von der gleichen Eingangswelle 7 abgeleitet und über das hoch-untersetzende
Getriebe 9, 10, in dessen Ausgangsglied, dem plattenförmigen Teil 25a mit
sphärischem
Kopf 25, erhalten. Das plattenförmige Teil 25a hat
auch Ringgestalt.
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Die
beschriebene Ausbildung ermöglicht
mit Hilfe der ineinanderliegenden zwei sphärischen Übertragungselemente mit gleichem
Kugelmittelpunkt die gleichzeitige Übertragung von zwei sehr stark
voneinander abweichenden Drehzahlen mit unterschiedlichen Drehmomenten.
Der Träger 16 mit dem
hochtourig angetriebenen Schleifscheiben 19 ist während eines
Schleifvorganges dennoch allseitig und sphärisch frei beweglich und paßt sich
bei Parallelitätsabweichungen
der nachzuschleifenden, ringförmigen
Dichtfläche,
insbesondere bei Schiebern, automatisch und ohne irgendeine zusätzliche
Justierung leicht an.
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Diese
Anordnung läßt sich
mit einem entsprechenden Antriebsmotor sowie Führungs- und Befestigungselementen
zu einer Schieber- bzw.
Ventilschleifmaschine komplettieren und kann auch für stationäre Schleifarbeiten
eingesetzt werden.
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Die 2 und 3 zeigen
eine abgewandelte Ausführungsform,
bei der das erste sphärische Lager,
das die Eingangswelle 7 mit dem zentralen Getriebeglied
(dem Zahnrad 15) in dem Träger 16 verbindet,
ersetzt ist durch eine Welle 35 mit einem biegsamen Abschnitt 38.
Wie 2 zeigt, besteht die Welle aus einem ersten, als
Eingangswelle dienenden Wellenabschnitt 36, auf dem bei 37 ein
Eingangszahnrad aufgekeilt werden kann. Dieser Wellenabschnitt 36 ist über einen
sphärischen,
d.h. allseitig ausbiegbaren Abschnitt 38 aus elastisch
verformbarem Material mit einem Wellenzapfen 39 verbunden,
der mit dem zentralen Getriebeglied 15 verbunden ist. Die
Mitte 40 des biegsamen Abschnittes 38 fällt mit
dem Mittelpunkt der zweiten sphärischen Antriebsverbindung 25, 22 zusammen.
Im übrigen entspricht
die Ausbildung dem Universal-Schleifkopf nach 1.
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Während bei
den Ausführungen
nach den 1 bis 3 die Zuführung der
Antriebskraft und der rohrförmige
Gestellabschnitt 4 sich im rechten Winkel zu der Achse 8 der
Eingangswelle 7 bzw. 35 erstrecken, zeigt 4 eine
Ausführung,
bei der die Antriebskraft axial zugeleitet wird und auch das Gestell 50 sich
in dieser Richtung erstreckt. Darüber hinaus weicht die Vorrichtung
nach 4 von der nach 1 dadurch
ab, daß das
hoch-untersetzende Getriebe 9, 10 der 1 weggelassen
ist. Die Vorrichtung weist einen undrehbaren zentralen Schaft 51 auf,
dessen Mittelachse mit 52 bezeichnet ist. Auf diesem Schaft
ist mittels Lager 54 eine drehbare Hohlwelle 53 gelagert,
welche die Antriebsswelle darstellt und in ihrer Verlängerung
dem Teil 25a der Vorrichtung nach 1 entspricht.
Auch bei dieser Ausführung
sind zwei ineinanderliegende sphärische Lager
bzw. räumliche
Auslenkungen zulassende Antriebsverbindungen vorgesehen. So weist
der Schaft 51 an seinem Ende einen Kugelkopf 58 auf,
der drehmomentmäßig mit
einer Kugelschale 59 verbunden ist, auf deren koaxialem
Zapfen 59a ein zentrales, fest stehendes Getriebeelement 62 innerhalb
des Trägers 60 für die Schleifscheiben 63 und
deren Getriebeglieder 70 angeordnet ist. Auf der Nabe des zentralen
Getriebeelementes 62 ist mittels Lager 61 der
Träger 60 drehbar
gelagert, der drehfest mit einem Lagerschalenteil 66 bei 64 verschraubt
ist. Die Hohlwelle 53 endet in einem Kugelkopf 65,
der in dem Lagerschalenteil 66 aufgenommen ist. Der Kugelkopf 65 weist
einen für
die drehmomentmäßige Kupplung
dienenden radial ausgerichteten Zapfen 67 auf. Die Welle 53 ist
in dem Gehäuse
oder Gestell 50 mittels Lager 55 gelagert.
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Beim
Rotieren des Trägers 60 rollen
die Getriebeglieder 70 der Schleifscheiben 63 auf
dem Umfang des zentralen Getriebeelementes 62 ab. Auch bei
dieser Ausführung
werden in dem Universal-Schleifkopf zwei deutlich unterschiedliche
Drehzahlen realisiert, bei freier und allseitiger (sphärischer) Schwenkbarkeit
des Trägers 60,
wenn auch bei dieser Ausführungsform
der Drehzahlunterschied zwischen n1 und
n3 nicht so groß ist, wie bei der Ausführung nach 1.
Die 1 und 4 können auch zu bildlich nicht
dargestellten Beispielen so zusammengefaßt werden, daß ein Antrieb über einen Zahnriemen 5 oder
eine Antriebsachse senkrecht zu der Achse 52 des fest stehenden
Schaftes 51 erfolgt. Hierbei ist der Schaft 51 auf
eine Länge
verkürzt,
die der Antriebswelle 7 der 1 entspricht.
Der Kugelkopf 65 der 4 ist dann
an dem plattenförmigen Teil 25a der 1 angeordnet,
das von dem Zahnriemen 5 direkt angetrieben wird, bei dann
fest stehendem Schaft 7/51. Die Funktion entspricht
derjenigen von 4, allerdings mit winkelförmigen Antriebssystem
oder derjenigen von 1, allerdings mit axialem Antriebssystem
und langer Antriebswelle 7.
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5 zeigt
bei einer Ausbildung entsprechend der 1 die Auswechselbarkeit
des Trägers 16.
Dieses ermöglicht
das Schleifen. von Flächen
unterschiedlichen Durchmessers mit der grundsätzlich gleichen Vorrichtung.
Es ist ersichtlich, daß die
sphärische
Lagerschale 13 nach Lösen
des Schraubbolzens 23 von dem Lagerschalenteil 22 und
dem Kugelkopf 11 abgezogen werden kann, so daß der Träger 16 freikommt
und gegen einen anderen Träger ausgetauscht
werden kann.
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Dem
universellen Schleifen von Flächen
unterschiedlichen Durchmessers mit derselben Vorrichtung dient die
Ausführung
nach 6 und 7, wobei nur ein abnehmbarer
Träger 159 gezeigt
ist, der mit seiner Lagerschale 13 direkt auf den Kugelkopf 11 zum
Beispiel der Vorrichtung nach 1 und 5 aufgesetzt
werden kann. Der Träger 159 ist
mit dem Schalenteil 22 über
die Schrauben 23 verbindbar.
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In
dieser Ausführung
entspricht der Träger 159 dem
Scheiben-Träger 16 oder 60,
welcher die Lager für
das zentrale Getriebe-Element
als Getrieberad 150 aufweist. An dem zentralen Träger 159 sind
mehrere, im dargestellten Beispiel vier, Schwenkarme 156 schwenkbar
gelagert, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Die jeweilige
Schwenkachse 158 bildet zugleich eine Welle, die in dem Schwenkarm 156 mittels
Lager gelagert ist.
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Auf
beiden Enden der Welle sind Rollen oder Räder 151 bzw. 153 als
Getriebeelemente befestigt, die jeweils einem (planetenradartigen)
Umschlingungstrieb angehören.
Hierbei kann es sich um einfache Riemen, um Zahnriemen oder Ketten
handeln. Die Antriebsriemen 161, die um das Getriebeelement 153 laufen,
sind um das Getriebeglied 154 geschlungen, welches gleichachsig
und antriebsmäßig starr mit
der Schleifscheibe 19 über
die Welle 155 verbunden ist. Der Riemen 160, der
um das Getriebeglied 151 geschlungen ist, läuft über Spannrollen 162 und umschlingt
zumindestens teilweise das Getrieberad 150 in dem Träger 159.
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Hier
wird wiederum über
die Lagerschale 13 die Eingangsdrehzahl direkt auf das
zentrale Getrieberad 150 übertragen und gelangt entsprechend übersetzt
auf die Schleifscheiben 19, während die zweite, wesentlich
niedrigere Drehzahl über
die zweite sphärische
Verbindung und den Lagerschalenteil 22 (vgl. 5)
direkt auf den Träger 159 übertragen wird.
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Die
Funktionsweise der Vorrichtung nach 6 und 7 ist
entsprechend der Funktionsweise der Vorrichtung nach 1.
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Die
Stellung der Schwenkarme 156 gegenüber dem durch die Achse 158 gehenden
Radius 164 läßt sich
einstellbar und feststellbar in Richtung 165 verändern, wodurch
sich der Durchmesser verändert,
auf dem die Schleifscheiben 19 angeordnet sind. Damit ist
eine leichte Anpassung auf zu schleifende Flächen von erheblich unterschiedlichem Durchmesser
möglich.
Die Schwenkarme lagern die freien Schleifscheiben in der angeklappten
Stellung in etwa halbrunden Ausnehmungen 170 an dem Träger 159.
Sie sind dort so verteilt angeordnet, daß ein passender Abstand zum
zugehörigen
Arm (sh. Arm 156')
erfüllt
ist, der der Armlänge
entspricht – über die Sekante
des Trägers 159 gemessen.