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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Läppen von inneren
Oberflächen.
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Herkömmlicherweise werden Läppmaschinen oder
Läppvorrichtungen verwendet, um Polier- und Schleifarbeiten auszuführen, die
in der Fertigstellung eine Präzision von hoher Qualität erfordern
wie zum Beispiel bei solchen Teilen, bei denen die Bohrungen
vorgeschriebene Paßtoleranzen aufweisen müssen; ein typischer
Fall ist hierbei der von Büchsen für Hydraulik- und
Druckluftzylinder.
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Die mit der Läppvorrichtung ausgeführte Arbeit ist ein
Fertigstellungsverfahren; zu läppende Werkstücke können entweder
vergütet oder auch unbehandelt sein; die Vergütung wird
angewandt bei solchen Teilen, bei denen ein gewisser Grad an
Oberflächenhärte gewährleistet werden soll. Es kann eine
vorherige Bearbeitung oder ein Schleifgang ausgeführt werden,
wonach dann der Läppvorgang die endgültige Fertigstellungsphase
bildet.
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Eine beachtliche Genauigkeit ist erreichbar mit Läppmaschinen,
deren Glattheit bei einem Bruchteil von 1 u liegt, und es ist daher
wesentlich, jede Möglichkeit zu vermeiden, die zu
Ungenauigkeiten in der Abmessung führen kann, wie zum Beispiel
Fehler in der Form.
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Wenn man mit einer Maschine arbeitet, die zum Läppen von
inneren Oberflächen bestimmt ist, ist eine solcher Möglichkeiten
in dem Moment gegeben, wenn das Läppwerkzeug in die
fertigzustellende Bohrung eingeführt wird.
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Der wichtigste Unterschied zwischen diesem Typ von Maschine
und solchem zum äußeren Läppen, mit welchem ebenso flache
Oberflächen fertigbearbeitet werden können, ist der, daß ersterer
in der Hauptsache für zylindrische Oberflächen von kreisförmigem
Querschnitt ausgelegt ist und normalerweise in der vertikalen
Achse arbeitet, und zwar mit einem von oben in das Werkstück
eintretenden Läppwerkzeug.
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Um nun das Auftreten von Fehlern zu vermeiden beziehungsweise
jede ungewollte Aufweitung der Bohrung während des Einführens
des Läppwerkzeuges, wie oben erwähnt wurde, wird das
Werkstück in eine schwebende Aufspanneinrichtung eingespannt, und
das Läppwerkzeug wird auf solche Weise gehalten, daß dieses
fast unmerklich in Querrichtung schwingen kann.
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Diese sorgfältig berechnete Bewegungsfreiheit ist für das bloße
Auge unsichtbar (aber prüfbar durch das Ausmessen des
Werkstückes, und zwar je nach den allgemein vorgeschriebenen
Toleranzen), jedoch ausreichend, um die Bohrung und das
Läppwerkzeug in die Lage zu versetzen, sich sanft einander
anzupassen, wenn das Läppwerkzeug in das Werkzeug eindringt
und die Passage beginnt.
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Trotz der ausgesprochen engen Toleranzeigenschaften in der
Konstruktion der Läppmaschine, ist es selten, daß man die
notwendige fehlerfreie koaxiale Ausrichtung erreicht, wenn das
Läppwerkzeug in die Bohrung des Werkstückes eingeführt wird;
außerdem führt das Fehlen jeder Einrichtung zur
Selbstausrichtung zu einem konischen oder "Bananen-Defekt", der um so
deutlicher hervortritt, je größer die Abweichung von der
koaxialen Ausrichtung ist.
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Da das innere Läppen ein Profil erzeugt, das sich auf die geläppte
Bohrung selbst bezieht, muß mehr als bei jeden äußeren Massen
(z. B. rechtwinklige oder konzentrische Ausrichtung zu anderen
Oberflächen usw.) darauf geachtet werden, daß ein koaxiales
Ausrichten zwischen dein Läppwerkzeug und der Bohrung des
Werkstückes erfolgt, und zwar ohne irgendeine Belastung beider
Komponenten.
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Normalerweise wird ein Selbstausrichten erreicht, indem eine
schwebende Aufspannvorrichtung vorgesehen ist, welches ein
System mit rechtwinklig zueinander verlaufenden Schlitten
aufweist, und zwar auf solche Weise, daß sich das Werkstück frei
in der geeigneten Richtung bewegen kann, wobei ein
Läppwerkzeug von zusammengesetzter Ausführung verwendet
wird.
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Bei einer solchen zusammengesetzten Ausführung enthält das
Läppwerkzeug wie folgt: eine Trägerstange, deren oberes Ende
mit einer fliegenden Spindel verbunden ist; einen Kegel, der die
Stange umgibt und eine gewisse Bewegungsfreiheit in
Querrichtung im Verhältnis hierzu erlaubt; und eine Diamant-
Schleifschale, welche starr über dem Kegel befestigt ist.
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Die Möglichkeit des Kegels, im Verhältnis zu der Stange zu
schwingen, wird in diesem Falle erreicht, indem ein leichter
Spielraum zwischen den beiden Teilen gelassen und der Kegel auf
zwei gemäßigt lockeren Zapfen getragen wird; diese sind auf
jeder Seite mit unterschiedlichem Abstand von dem Ende der
Stange befestigt, was die beiden Teile miteinander verbindet.
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Der Kegel und die Stange sind so vor einem Trennen geschützt,
und ein leichtes Schwingen ist erlaubt, dessen Weite von dem
zulässigen Spiel abhängig ist.
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Das hier beschriebene Läppwerkzeug und die
Aufspanneinrichtung sind geeignet für Bohrungen mit einem bestimmten
Durchmesser, neigen jedoch zu Problemen, wenn erheblich
kleinere Bohrungen geläppt werden sollen.
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Genauer gesagt, mit einem Läppwerkzeug von kleinem
Durchinesser des betreffenden zusammengesetzten Typs müssen
die Wände des Kegels und die der Diamantschale
notwendigerweise dünn sein, und wenn man nun auf ein Hindernis
trifft oder ähnliches, fällt die Drehgeschwindigkeit auf jeden Fall
ab und die Stange unterliegt einer Erhöhung des Drehmomentes.
Dieses höhere Drehmoment wird von der Stange über die beiden
Zapfen auf den Kegel und die Schale übertragen, und zwar mit
Belastungen, die sich besonders stark an den sich
gegenüberliegenden
Enden der Zapfen konzentrieren. Häufig jedoch sind der
Kegel und die Schleifschale nicht dick genug, um den Druck
auszuhalten, der durch die Enden der Zapfen auf sie ausgeübt
wird, und sie werden daher als Ergebnis nach außen verformt und
verdreht.
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In solcher Situation werden in der äußeren Oberfläche der
Diamantschale Ausbauchungen erzeugt, welche, auch wenn nicht
groß, jedoch ausreichend sind, um den Querschnitt der
Schleiffläche zu erweitern und an einem bestimmten Punkt ihre Wirkung
zu verstärken, und zwar mit dem Ergebnis, daß die geläppte
Oberfläche nicht genau ist; es kann ebenfalls geschehen, daß sich
das Läppwerkzeug an der Bohrungswand des Werkstückes
festfrisst und bricht.
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Wenn eine Bohrung mit einem kleinen Durchmesser geläppt
werden soll und/oder eine ausgesprochen große Genauigkeit
erforderlich ist, können Probleme mit der Bewegung der
Aufspannrichtung auftauchen; genauer gesagt wird die
Aufspanneinrichtnng nicht gegen eine leichtere ausgetauscht, um sie
dem kleineren Werkstück anzupassen, und es passiert, daß das
Gewicht des für die kleinere Bohrung erforderlichen kleineren
Läppwerkzeuges häufig unausreichend zum Schwingen der
Aufspanneinrichtung und des Werkstückes ist, um diese in die
koaxiale Ausrichtung zu bringen.
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Außerdem ist es nicht immer wirksam möglich, die
Aufspanneinrichtung gegen eine andere mit anderen Abmessungen
auszutauschen,
um sie schwereren oder leichteren Werkstücken
anzupassen.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, die oben erwähnten
Nachteile in Bezug auf das Läppwerkzeug zu vermeiden.
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Der gewünschte Zweck wird erreicht mit einer Vorrichtung zum
Läppen, wie sie in den nachstehenden Ansprüchen gekennzeichnet
ist.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist von einem Typ, der eine
Aufspanneinrichtung zum Halten des Werkstückes und ein
zusammengesetztes Läppwerkzeug verwendet, welches aus einer
vertikalen Stange besteht, die von einem leicht locker befestigten
Kegel umfaßt wird, welcher eine Diamantschale trägt,
insbesondere einer Läppstange, die aus drei starr miteinander
verbundenen Abschnitten besteht:
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- ein unterer Abschnitt von einem polygonalen Querprofil, der
passrecht in einen entsprechenden axialen Sitz eingesetzt ist,
welcher von dem Kegel aufgewiesen wird, und durch einen
diametralen Stift in seiner Position gehalten wird;
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- ein mittlerer Abschnitt, der einen gemäßigten Grad von
Flexibilität im Verhältnis zu den vorgeschriebenen Toleranzen des
Werkstückes aufweist, während eine ausreichende
Verdrehsteifigkeit gesichert wird, um auch als elastische Kupplung zu
fungieren; und
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- ein oberer Abschnitt, der an die Spindel angeschlossen ist.
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Einer der Vorteile der Erfindung ist der ihrer Anpaßbarkeit an die
verschiedenen Bohrungsgrößen, die geläppt werden sollen, sowie
auch an die verschiedenen Werkstückgrößen, und zwar insofern,
als das Drehmoment von der Stange auf den Kegel durch die
polygonalen Paßflächen übertragen wird; der Bereich, in
welchem diese beiden Teile Kontakt miteinander haben, ist
reichlich bemessen und gleichmäßig um die Achse der
Diamantschale verteilt, wie klein auch der gesamte Durchmesser sein mag.
Außerdem ist die Drei-Stufen-Ausführung der Läppstange
wesentlich zum Erreichen eines sorgfältigeren Einsetzens des
Läppwerkzeuges in das Innere der fertigzubearbeitenden Bohrung,
und zwar dank der Elastizität und Federung des mittleren
Abschnittes und dessen Fähigkeit, auch als elastische Kupplung zu
wirken.
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Ein anderer Vorteil der Erfindung ist der, daß sie einfach in der
Konstruktion und daher vorteilhaft im Hinblick auf die Kosten ist;
die einzigen Teile, die tatsächlich einen bedeutsamen Grad an
Präzision erfordern, sind der polygonale untere Abschnitt der
Läppstange und der passrechte Sitz des Kegels.
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Ein noch weiterer Vorteil der Erfindung ist der, daß die durch die
Läppstange auf den Kegel und die Diamantschale übertragenen
Belastungen praktisch beliebig reduziert werden können, da der
Kontakt über die gesainte Ausdehnung des polygonalen Profils
erfolgt, das von dem unteren Abschnitt der Stange aufgewiesen
wird, und dieses Profil selbst kann verlängert oder verkürzt
werden, um den mechanischen Druck auf den Kegel während des
Läppvorgangs zu verringern oder zu erhöhen.
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Die Erfindung, die in Anspruch 1 gekennzeichnet ist, wird nun im
Details durch ein Beispiel beschrieben, und zwar unter
Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen, von denen
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- Abb. 1 den axialen Schnitt durch ein Läppwerkzeug
darstellt, das einen Teil der Vorrichtung nach der
vorliegenden Erfindung bildet;
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- Abb. 2 und 3 sind seitliche Ansichten des in der Abbildung
1 gezeigten Läppwerkzeuges, jeweils halb in der Erhebung
und halb im Schnitt, welche zwei der Komponenten zeigen,
und zwar die Stange und den Kegel.
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Die beschriebene Vorrichtung vom Typ, wie er zum Läppen von
inneren Oberflächen benutzt wird, besteht im wesentlichen aus
einem vertikal angeordneten zusammengesetzten Läppwerkzeug
12, das direkt oder indirekt in herkömmlicher Weise an einer
obenhängenden Spindel 11 befestigt ist, und aus einer
Aufspanneinrichtung 1, die auf dem Bett der Läppmaschine (hier nicht
gezeigt) montiert ist.
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Das in Abbildung 1 gezeigte zusammengesetzte Läppwerkzeug 12
besteht aus einer Stange 2, die oben angeordnet und mit ihrem
oberen Ende an die Spindel 11 angeschlossen ist, einem Kegel 3,
der unten angeordnet ist und von der Stange 2 getragen wird,
sowie aus einer Diamant-Schleifschale 4, welche den Kegel 3
passgenau umfaßt.
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Der Kegel 3 weist eine axiale Bohrung 13 mit einem oberen
offenen Ende auf, in welche das untere Ende der Stange 2 frei
eingesetzt ist, wobei der Grad des erlaubten Spielraums mit den
für die Läpparbeiten vorgeschriebenen Toleranzen übereinstimmt.
Die Diamantschale 4, welche den eigentlichen Schleifkörper des
zusammengesetzten Läppwerkzeuges 12 bildet, ist an dem Kegel
3 befestigt und von diesem lösbar, und zwar mit Hilfe von
herkömmlichen Mitteln wie zum Beispiel Bundmuttern 23 und
24, die auf entsprechende Gewinde aufgeschraubt werden, welche
an den Enden des Kegels 3 aufgewiesen sind und die Schale 4 von
jedem Ende festklemmen, wie in der Abbildung 1 gezeigt ist.
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Nach der Erfindung ist die Stange 2 in drei Abschnitten 7, 8 und 9
ausgeführt, die starr miteinander verbunden und koaxial
zueinander ausgerichtet sind.
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Der mit 7 bezeichnete untere Abschnitt oder Kopf weist ein
polygonales, vorzugsweise sechseckiges Querprofil auf (sichtbar
in der Abb. 2), sowie eine diamentral angeordnete Bohrung 25, die
dazu dient, einen Zapfen aufnehmen. Der polygonale Kopf 7 ist
passgenau in einen polygonalen Sitz 13a einsetzbar, der von der
axialen Bohrung 13 des Kegels 3 aufgewiesen wird, und der
ebenfalls eine diametral angeordnete Bohrung 26 aufweist, die so
positioniert ist, daß sie koaxial mit der Bohrung 25 des Kopfes 7
übereinstimmt.
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Mit 10 ist der vorgenannte Zapfen bezeichnet, der passgenau
durch die von dem sechseckigen Kopf 7 und dem Sitz 13a
aufgewiesenen Bohrungen 25 und 26 geführt wird, wobei er die
Mittel bildet, durch welche die Stange 2 und der Kegel 3 des
zusammengesetzten Werkzeuges 12 miteinander verbunden
werden, und somit das einzige Mittel, durch welches der Kegel 3
gehalten wird.
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Die Länge des sechseckigen Kopfes 7 hängt vor allem von dem
Außendurchmesser der Schleifschale 4 ab. Je kleiner der
Durchmesser der Schale 4 ist, desto größer ist die Länge des
sechseckigen Kopfes 7. Da tatsächlich das durch den Spindelmotor
erzeugte Drehmoment über den sechseckigen Kopf 7 von der
Stange 2 auf den Kegel 3 übertragen wird, ist der Druck, den der
Kegel 3 von dem Kopf 7 empfängt, proportionell geringer (bei
gleichbleibenden Querabmessungen), je größer der seitliche
Flächenbereich des Kopfes 7 ist, der mit dem Kegel 3 in Kontakt
tritt, das heißt je länger die Achsabmessungen des Kopfes 7 sind.
Genauer gesagt befindet sich der sechseckige Kopf 7 auf dem
Gleichgewichtszentrum des zusammengesetzten Werkzeuges 12,
um somit eine Überlastung des unteren Endes zu vermeiden und
eine bessere Auswuchtung zu sichern.
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Der mit 8 bezeichnete mittlere Abschnitt der Stange 2, der hier
nachstehend (aus Gründen, die anschließend deutlicher
beschrieben werden) als Kupplung bezeichnet wird, ist aus einem Material
hergestellt, welches über einen bestimmten Grad von Flexibilität
verfügt und mit den für die Läpparbeiten vorgeschriebenen
Toleranzen kompatibel ist, somit also ausreichend in allen Fällen,
um eine gute Verdrehsteifheit zu sichern.
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In dem gezeigten Beispiel besteht die Kupplung 8 aus einem
Längselement, das als eine eng gewundene Schnecke ausgebildet
ist, fast ohne Zwischenräume zwischen den Schneckenwindungen,
zwar verlaufend in der entgegengesetzten Richtung zu der, in
welcher sich das Werkzeug 12 mit der Spindel 11 dreht. Die
Kupplung 8 ist frei in der axialen Bohrung 13 des Kegels 3
gelagert, und der Grad des Spielraums ist mit den
vorgeschriebenen Läpptoleranzen kompatibel.
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Der obere Abschnitt oder Schaft 9 der Stange 2 weist eine Strecke
von einem im wesentlichen gleichen Durchmesser zu dem der
Kupplung 8 aufs sowie ein Zwischenstück 27 von größeren
Querabmessungen, und ein Schraubgewinde 28 an dem
eigentlichen oberen Ende. Das Zwischenstück 27 weist zwei
flache parallel Flächen auf, die von einem Schlüssel oder
Werkzeug gegriffen werden können, um das Schraubgewinde 28
fest in das Muttergewinde einer Halterring einzudrehen, welches
in einem mit der Spindel 11 oder an dieser befestigt ist.
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Das Verfahren zum Zusammensetzen des Läppwerkzeuges 12
nach der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen das gleiche
wie bei einem herkömmlichen zusammengesetzten Werkzeug und
wird daher nicht beschrieben.
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Was den Betrieb des zusammengesetzten Werkzeuges 12 betrifft,
so kann gesehen werden, daß die Schleifschale 4 in der Lage ist,
Bewegungen im Verhältnis zu der Stange 2 anszuführen, und zwar
dank des zwischen Stange und Kegel 3 vorhandenen Spielraums
und dank der elastischen Eigenschaften der Kupplung 8, welche
solche sind, die die Stange vorteilhafterweise flexibel machen,
während ein ausreichender Grad von Verdrehsteifheit gesichert
wird.
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Das Vorhandensein der Kupplung 8 führt zu einem weiteren
deutlichen Vorteil, und zwar der Fähigkeit, als eine
Sicherheitsvorrichtung in dem Falle zu wirken, in dem ein unvorhergesehenes
Hindernis die Diamantschale 4 verlangsamten oder festfressen
läßt. Genauer gesagt kann die Kupplung 8 in der Art eines
Scherbolzen ausgelegt werden, das heißt in der Lage, ein
Drehmoment nur mit einem bestimmten maximalen Wert zu
übertragen, über den hinaus sie bricht, wodurch Schäden an dem
Werkstück oder an den anderen Komponenten der Vorrichtung
vermieden werden.