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Vorrichtung zur Feinbearbeitung der
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Lager einer Kurbelwelle Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Feinbearbeitung der Zapfen einer Kurbelwelle mittels nicht umlaufender Werkzeuge,
die zumindest für die Hubzapfen von zwei der Hubbewegung folgenden Zangenhebeln
getragen werden, die mit einem Kniehebelmechanismus in eine Öffnungsstellung und
eine Arbeitsstellung versetzbar sind.
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Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (US-PS 2 502 381).
Bei dieser Vorrichtung trägt der eine Zangenhebel zwei, im Abstand voneinander angeordnete
Läppschalen, während auf dem anderen Zangenhebel eine Läppschale befestigt ist.
Die Läppschalen, die in radialer Richtung des jeweiligen Hubzapfens der Kurbelwelle
verschiebbar und einstellbar ausgebildet sind, dienen sowohl als Bearbeitungswerkzange
als auch als Lager, mit denen der Hubzapfenwerkzeughalter geführt wird.
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Zur Feinbearbeitung der Zapfen von Kurbelwellen werden auch Maschinen
verwendet, deren Zapfen mit Schleifbändern bearbeitet werden, die mittels Schuhen
gegen die sich drehenden Zapfen gedrückt werden. Dabei führt die Kurbelwelle in
axialer Richtung eine hin- und hergehende Bewegung aus. Eine derartige Bearbeitung
eignet sich für geschmiedete Kurbelwellen.
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Bekannt ist eine Schleifmaschine für Kurbelwellen, bei der drei Honsteine
jeweils zur Bearbeitung eines Hubzapfens nach Art eines Dreibackenfutters angeordnet
sind.
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Die Honsteine weisen eine gemeinsame Zwangszustellung auf, die drei
an die Honsteine angeschlossene Zahnstangen enthält, von denen die eine direkt mit
einem Stellmotor verbunden ist, während die beiden anderen an die erste Zahnstange
angeschlossen sind (DE-PS 16 52 112). Auch bei dieser Schleifmaschine übernehmen
die Honsteine zugleich die Funktion von Lagern und von Bearbeitungswerkzeugen.
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Eine andere bekannte Schleifmaschine enthält für die Schleifbearbeitung
der Hubzapfen ebenfalls jeweils drei nach Art eines Dreibackenfutters angeordnete
Feinschleifsteine (DE-OS 32 42 095).
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Honsteine enthalten Schleifkörner, die in einem keramischen Bindemittel
eingelagert sind. Wenn die Honsteine zugleich eine Lagerfunktion zur Führung der
Hubzapfenwerkzeughalter übernehmen, treten aufgrund der pleuelartig bewegten Massen
der Hubzapfenwerkzeughalter in den Honsteinen hohe Beanspruchungen auf. Aufgrund
der Sprödigkeit der Honsteine können diese bei hohen Beanspruchungen beschädigt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß die Honsteine von den durch
die pleuelartige Bewegung der Hubzapfenwerkzeughalter hervorgerufenen Kräften entlastet
werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen
Maßnahmen gelöst. Für die Entlastung der Honsteine von Beschleunigungs- und Verzögerungskräften
werden
Gleitschuhe eingesetzt, von denen die bei der Führung der Hubzapfenwerkzeughalter
auftretenden Kräfte zum größten Teil aufgenommen werden. Die Bruchgefahr für die
Honsteine wird hierdurch wesentlich vermindert. Die im Anspruch 1 beschriebene Vorrichtung
eignet sich daher sehr gut für automatische Fertigung. Die Feinbearbeitung schließt
sich an die Wärme- und Härtungsbehandlung der Kurbelwellen an. Mit der Vorrichtung
gemäß dem Anspruch 1 lassen sich auch bei Gußkurbelwellen die gewünschten Genauigkeiten
der Oberfläche erreichen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittelachsen der Gleitschuhe
radial zum Mittelpunkt eines Querschnitts des Hubzapfens ausgerichtet und schneiden
sich in einem Zentriwinkel, der kleiner als 1800 ist, wobei die Gleichflächen der
Gleitschuhe derart auf den jeweiligen Hubzapfen abgestimmt sind, daß zwischen den
Gleitflächen zwei Zylindermantelbögen des Hubzapfens liegen, die kleiner als eine
Halbzylindermantelfläche des Hubzapfens sind. Mit dieser Ausführungsform läßt sich
eine feste Lagerung des Hubzapfenwerkzeughalters am Hubzapfen erreichen. Es ergeben
sich zwei unterschiedlich große Zylinderbögen. Vorzugsweise sind die Honsteine gegen
den größeren Zylinderbogen des Hubzapfens andrückbar. Die von den Honsteinen auf
den jeweiligen Hubzapfen ausgeübten Druckkräfte werden von den Gleitschuhen.
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aufgenommen, die zweckmäßigerweise wenigstens mit einem Teil ihrer
inneren Lagerfläche den Honsteinen diametral gegenüberliegen.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist zumindest an einem Zangenhebel
der Gleitschuh mittels einstellbarem Federdruck gegen die Oberfläche des Hubzapfens
andrückbar. Die Höhe der Anpreßkraft kann bei dieser Ausführungsform einfach und
schnell an die jeweiligen Gegeben-
heiten des Bearbeitungsvorgangs
angepaßt werden.
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Es ist günstig, zumindest einen Gleitschuh in einer Kalotte kippbar
zu lagern. Damit lassen sich Ungenauigkeiten in der Führung der Gleitschuhe in bezug
auf die radiale Ausrichtung auf den jeweiligen Hubzapfen ausgleichen. Wenigstens
ein Gleitschuh ist daher gegenüber der Oberfläche des Hubzapfens selbständig zentrierbar
ausgebildet.
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Vorzugsweise ist in jedem Zangenhebel je ein Werkzeugträger in Arbeitsstellung
radial zum Hubzapfen verschiebbar gelagert und mit einem druckmittelbeaufschlagbaren
Stellzylinder verbunden, dessen Druckbeaufschlagung einstellbar ist. Die Bearbeitungskraft
läßt sich hierdurch den jeweiligen Gegebenheiten des Hubzapfens einfach und schnell
anpassen.
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Zweckmäßigerweise befindet sich in einem Werkzeugträger ein grobkörniger
Honstein und im anderen Werkzeugträger ein feinkörniger Honstein. Damit kann in
einem Arbeitsgang eine Vor- und eine Fertigbearbeitung durchgeführt werden, wobei
die Anpreßkräfte bei fortschreitender Bearbeitung entsprechend angepaßt werden.
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Vorzugsweise sind in den jeweils an den Hubzapfen andrückbaren Gleitflächen
der Gleitschuhe unter Druckflüssigkeit stehende Taschen vorgesehen. Zwischen den
Gleitschuhen und dem Hubzapfen wird durch die Druckflüssigkeit eine Schmierung hervorgerufen.
Unter dem Einfluß der Druckflüssigkeit wrden die Gleitschuhe von dem Hubzapfen zur
Erzielung einer flüssigen Reibung voneinander getrennt. Damit lassen sich Laufspuren
am Hubzapfen vermeiden. Die Taschen können in Form von Bohrungen oder Kammern über
Drossel leitungen mit einer Sammelleitung für
das Druckmedium verbunden
sein. Der Flüssigkeitsdruck und die Anpreßkraft der Gleitschuhe sind unter Berücksichtigung
der Umfangsgeschwindigkeit des Hubzapfens so aufeinander abgestimmt, daß zwischen
den Gleitschuhen und dem Hubzapfen ein Flüssigkeitsfilm vorhanden ist. Um zu vermeiden,
daß durch eine Ölbohrung im Hubzapfen der Flüssigkeitsfilm unterbrochen wird, ist
eine Vielzahl von Taschen in der Gleitfläche des jeweiligen Gleitschuhs verbunden.
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Es ist zweckmäßig, als Druckflüssigkeit für die Gleitschuhe und als
Spülflüssigkeit für die Honsteine nur eine Flüssigkeit zu verwenden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht einer Vorrichtung zur Feinbearbeitung
der Zapfen einer Kurbelwelle von der Seite, teilweise im Schnitt; Fig. 2 einen Querschnitt
durch einen Gleitschuh und einen mit einer Ölbohrung versehenen Abschnitt eines
Hubzapfens, der in Fig. 1 dargestellten Vorrich tung: Fig. 3 eine Ansicht der Gleitfläche
eines Gleitschuhs.
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Eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung der Zapfen einer Kurbelwelle
enthält ein Maschinengestell 10, an dem Arme 12 in horizontaler Richtung verschiebbar
und feststellbar angeordnet sind. Die Arme 12 stimmen in der Anzahl mit
der
Zahl der zu bearbeitenden Hubzapfen 14 der nicht näher bezeichneten Kurbelwelle
überein. Die mit den Armen 12 verbundenen, nachstehend näher beschriebenen Teile,
sind ebenfalls für jeden Hubzapfen 14 verbunden.
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Am waagrecht verlaufenden Arm 12 ist ein Halter 16 nahe an seinem
oberen Ende um eine Achse 18 schwenkbar gelagert. Der Halter 16 hat eine nach unten
offene Aussparung 20, deren Seitenwände 22 als Führungen für einen Hubzapfenwerkzeughalter
24 ausgebildet sind, der einen oberen Träger 26 aufweist. Das obere Ende des Trägers
26 ragt ein Stück in die Aussparung 20 und ist an den Seitenwänden 22 hin- und herbewegbar
geführt. Nahe am unteren Ende des Trägers 26 sind zwei parallele Achsen 28,30 angeordnet,
an denen jeweils Zangenhebel 32,34 schwenkbar befestigt sind.
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Im Träger 26 befindet sich eine Ausnehmung 36, in der ein druckmittelbeaufschlagbarer
Stellzylinder 38 angeordnet ist. An der aus dem Stellzylinder herausragenden Kolbenstange
40 ist eine Gelenkverbindung 42 für zwei einarmige Hebel 44,48 vorgesehen, die an
ihren, dem gemeinsamen Gelenk abgewandten Enden mittels Achsen 50,52 jeweils am
Zangenhebel 32 bzw. am Zangenhebel 34 gelenkig gelagert sind. Die Kolbenstange 40
bildet mit der Gelenkverbindung 42 und den an den Zangenhebeln 32 bzw. 34 angelenkten
Hebeln 44,48 sowie den Achsen 50,52 einen Kniehebelmechanismus, mit dem die beiden
Zangenhebel 32,34 in eine Öffnungsstellung und eine Schließstellung versetzt werden
können. Die Fig. 1 zeigt die beiden Zangenhebel 32,34 in der Schließstellung.
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Mit den unteren Enden der Zangenhebel 32,34 sind jeweils Gleitschuhe
54,56 verbunden, deren zylindrisch gewölbte Gleitflächen 58,60 an den Hubzapfen
14 andrückbar sind.
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Der Gleitschuh 56 ist mit einer Platte 62 verbunden, an der zwei Wellen
64 befestigt sind, deren von der Platte 62 vorspringende Teile im Zangenhebel 34
geführt sind.
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Der Zangenhebel 34 ist hierzu mit einem Führungshalter 66 versehen,
in dem sich die nicht näher bezeichneten zylindrischen Führungen für die Wellen
64 befinden. In geschlossener Stellung der beiden Zangenhebel 32,34 verläuft die
Mittelachse 68 des Gleitschuhs 56 durch den Mittelpunkt des in Fig. 1 dargestellten
Querschnitts des Hubzapfens 14. Der Gleitschuh 56 ist in radialer Richtung des Hubzapfens
14 im Führungshalter 66 verschiebbar angeordnet. Der Führungshalter 66 enthält eine
zylindrische Aussparung 70, in die ein starr mit der Platte 62 verbundener Schaft
72 mit seinem einen Ende hineinragt.
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Die zylindrische Aussparung 70 ist mit einer Gewindebohrung versehen,
in die eine Schraube 74 eingesetzt ist.
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Zwischen dem in die Aussparung 70 hineinragenden Ende des Schafts
72 und der Schraube 74 ist eine Feder 76 eingespannt. Der Gleitschuh 56 wird durch
die Kraft der Feder 76 gegen den Hubzapfen 14 gedrückt. Die Größe der Federkraft
hängt von der Einschraubtiefe der Schraube 74 ab.
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Die Mittelachse 78 des Gleitschuhs 54 verläuft in geschlossener Stellung
der Zangenhebel 32#34 ebenfalls durch den Mittelpunkt des in Fig. 1 dargestellten
Querschnitts des Hubzapfens 14. Die beiden Mittelachsen 68,78 schneiden sich im
Mittelpunkt unter einem Zentriwinkel, der kleiner als 1800 ist. Die Gleitschuhe
54,56 liegen daher in bezug auf den Hubzapfen 14 nicht diametral einander gegenüber,
sondern sind je ein Stück gegen die, vom Träger 26 aus gesehen, untere Hälfte des
Zylinders des Hubzapfens 14 verschoben. Gegenüber der durch den Mittelpunkt des
Hubzapfens 14 und durch die Mitte der Gelenkverbindung 42 verlaufenden Geraden 80
sind
die Gleitschuhe 54,56 symmetrisch angeordnet.
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Der Gleitschuh 54 ist an einem Träger 82 befestigt, der durch eine
Kalotte 84 schwenkbar mit einem Halter 86 verbunden ist, der am Zangenhebel 32 befestigt
ist. An seitlichen Vorsprüngen 46 des Trägers 82 stützen sich nicht näher bezeichnete
Federn ab, deren andere Enden gegen einen Deckel 88 angelehnt sind, der eine Aussparung
im Halter 86 verschließt, in der sich der Träger 82 befindet. Durch eine nicht bezeichnete
Öffnung im Deckel 88 ragt der Gleitschuh 54 nach außen. Durch die Kalottenlagerung
des Gleitschuhs 54 wird eine radiale Ausrichtung auf den Hubzapfen 14 auch dann
erreicht, wenn infolge von Toleranzen eine starre Lagerung zu Ungenauigkeiten führen
würde.
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Mit den Zangenhebeln 32,34 sind jeweils Führungsgehäuse 90,92 verbunden,
in denen Werkzeugträger 94,96 verschiebbar gelagert sind. An den Werkzeugträgern
94,96 sind Honsteine 98,100 befestigt, deren Enden über die Werkzeugträger 94,96
hinausragen und an der Oberfläche des Hubzapfens 14 anliegen. Jedes Führungsgehäuse
90,92 ist mit einem druckmittelbetätigbaren Stellzylinder 102 bzw.
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104 verbunden. Die nicht näher bezeichneten Kolbenstangen der Stellzylinder
102,104 sind an den Werkzeugträgern 94,96 befestigt.
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Da die Gleitschuhe 54,56 nicht entlang eines Kreisdurchmessers des
Hubzapfens 14 angeordnet sind, ergeben sich zwischen den Gleitschuhen 54,56 zwei
unterschiedlich große, nicht von den Gleitflächen 58,60 bedeckte Zylindermantelbögen
106,108 des Hubzapfens 14. Der den Stellzylindern 102,104 abgewandte Zylindermantelbogen
108 ist kleiner als der Zylindermantelbogen 106, gegen den die Honsteine 98.100
angedrückt werden. In bezug auf die
Gerade 80 sind die Honsteine
98,100 symmetrisch gegen den Zylindermantelbogen 106 angedrückt.
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Die Abmessungen der Gleitflächen 58,60 sind so gewähl~ daß die oberen
Enden der Gleitflächen 58,60 oberhalb des senkrecht zur Geraden 80 verlaufenden
Durchmessers des in Fig. 1 dargestellten Querschnitts des Hubzapfens 14 liegen.
Die Gleitflächen 58,60 schließen den Hubzapfen 14 nach Art eines Lagers derart ein,
daß ein Entweichen in radialer Richtung nicht möglich ist.
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In Figur 2 ist ein Gleitschuh 56 im Schnitt dargestellt.
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In der am Hubzapfen 14 anliegenden Gleitfläche 60 sind druckflüssigkeitsbeaufschlagte
Taschen in Form von länglichen Kammern 110 sind über Drosselbohrungen 112 an Sammelleitungen
114 angeschlossen, die ebenso wie die Drosselbohrungen 112 im Innern des Gleitschuhs
56 verlaufen. In Fig. 2 sind zwei Sammelleitungen 114 dargestellt, die sich kreuzen.
Die beiden Sammelleitungen 114 sind über eine in eine äußere Öffnung eingesetzte
Verschraubung 116 mit einer Leitung 118 verbunden, die zu einer Druckflüssigkeitsquelle
verlegt i ist, j die nicht näher dargestellt ist.
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Im Hubzapfen 14 befindet sich eine Ölbohrung 120, über die der Hubzapfen
14 im Betrieb der Kurbelwelle mit Schmieröl versorgt wird.
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Der Honstein 98 kann grobkörniger sein als der Honstein 100. Mit dem
Honstein 98 wird dann der Hubzapfen -1;4 vorbearbeitet, während der Hubzapfen 100
für die Fein bearbeitung des Hubzapfens 14 vorgesehen ist. Bei der Kurbelwelle kann
es sich um eine Gußkurbelwelle handeln, deren Oberfläche genau bearbeitet werden
muß.
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Als Druckflüssigkeit für die Kammern 110 und als Spülflüssigkeit für
die Honsteine 98,100 wird zweckmäßigerweise nur eine Art Flüssigkeit verwendet.
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Wenn sich die Zangenhebel 32,34 noch in ihrer Öffnungsstellung befinden,
wird der Hubzapfenwerkzeughalter 24 auf den Hubzapfen 14 so ausgerichtet, daß sich
die Gleitschuhe 54,56 in Höhe der unteren Hälfte des Hubzapfens befinden. Danach
werden die Zangenhebel 32,34 mit dem Kniehebelmechanismus in ihre Schließstellung
versetzt, in der die Gleitschuhe 54,56 gegen den Hubzapfen 14 gedrückt werden. Der
Hubzapfenwerkzeughalter 24 ist damit formschlüssig mit dem Hubzapfen 14 verbunden.
Bei einer Drehung der Kurbelwelle, deren Hauptzapfen mit anderen, nicht dargestellten,
ortsfesten Einspann- und Bearbeitungsvorrichtungen verbunden sind, folgt der Hubzapfenwerkzeughalter
24 der pleuelartigen Bewegung des Hubzapfens 14. Die Achse 18 ermöglicht die Schwenkbewegung
des Hubzapfenwerkzeughalters 24, während der Halter 16 die Hubbewegung erlaubt.
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Nach der Herstellung der Lagerverbindung zwischen den Gleitschuhen
54,56 und dem Hubzapfen 14 werden die Honsteine 98,100 mittels Druckbeaufschlagung
der Stellzylinder 102,104 in Kontakt mit dem Zylindermantelbogen 106 gebracht. Durch
die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Anordnung der Gleitschuhe 54,56 und der
Honsteine 98,100 längs des zylindrischen Umfangs des Hubzapfens 14 wird ein günstiger
Kraftverlauf zwischen den von den Honsteinen 98,100 erzeugten Anpreßkräften und
den durch die pleuelartige Bewegung dees Hubzapfenwerkzeughalters 24 hervorgerufenen
Kräften erreicht. Die Honsteine 98,100 müssen keine Lagerkräfte aufnehmen. Die Gefahr
von Beschädigungen der Honsteine 98,100 wird daher erheblich vermindert. Damit vermindert
sich auch der
Aufwand für die Überwachung der Feinbearbeitung der
Kurbelwelle. Die oben erläuterte Vorrichtung eignet sich deshalb gut für automatische
Fertigung.
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Nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs werden zuerst.
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die Honsteine 98,100 von der Oberfläche des Hubzapfens 14 zurückgezogen.
Danach werden die Zangenhebel 32,34 durch Betätigung des Kniehebelmechanismus in
ihre Öffnungsstellung versetzt. Die Reihenfolge der Betätigung der Zangenhebel 32,34
und der Stellzylinder 102,104 wird vorzugsweise mit einem Steuermechanismus vor
Beginn und nach Beendigung der Bearbeitung bestimmt.
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Während des Bearbeitungsvorgangs wird mit den unter Druckflüssigkeit
stehenden Kammern 110 ein Flüssigkeitsfilm zwischen dem Hubzapfen 14 und den Gleitflächen
58,60 der beiden Gleitschuhe 54,56 erzeugt, die beide hinsichtlich der Kammern 110,
der Drosselbohrungen 112, der Sammelleitungen 114 und der Verschraubung 116 den
gleichen Aufbau haben und die gemeinsam von der Druckflüssigkeitsquelle gespeist
werden. Der Druckflüssigkeitsfilm zwischen den Gleitflächen 58,60 und dem Hubzapfen
14 vermindert die Reibung und sorgt dafür, daß auch an den Stellen, an denen eine
Mündung der Ölbohrung 120 vorhanden ist, keine Beschädigungen auf der Oberfläche
des Hubzapfens 14 auftreten.
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Für die Bearbeitung der Mittel lager sind die Achsen 50,52, um die
sich die Zangenhebel 32,34 drehen, in einem Halter 12 gelagert, der horizontal verschiebbar,
aber in Arbeitsstellung mit dem Maschinengestell 10 fest verspannt ist. Die Schwenkbarkeit
um die Achse 18 und die'-vertikale Beweglichkeit durch die Führung 20 entfällt.
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Ein Druckausgleich durch Anziehen de-r Schraube 74 zwischen den Schuhen
54 und 56 ist daher nicht gegeben,
so daß auch der um eine Kalotte
84 schwenkbare Schuh 54 analog dem Schuh 56 andrückbar ausgeführt ist.
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