DE9320104U1 - Maschine für die spanende Bearbeitung von Kurbelwellen - Google Patents
Maschine für die spanende Bearbeitung von KurbelwellenInfo
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Description
Maschine für die spanende Bearbeitung von Kurbelwellen
Die Erfindung betrifft eine Maschine für die spanende Bearbeitung von Kurbelwellen,
welche einerseits einen Flansch und andererseits ein Zapfenende mit einem Zapfen
aufweisen, mit zwei auf einer Mittenachse liegenden und rotierbar in Spindelstöcken
gelagerten Spannfuttern, die mit ihren Spannbacken sich gegenüberliegend angeordnet
sind, mit einem synchronen Rotationsantrieb dieser Spannfutter und mindestens einem
Zerspanungswerkzeug sowie mit einer Maschinensteuerung.
Maschinen der beschriebenen Art sind allgemein im Einsatz und haben sich bewährt.
Mit einer solchen Maschine können Kurbelwellen an ihren Lagerzapfen bearbeitet werden. Dafür werden die Kurbelwellen, die einerseits einen bearbeiteten Flansch und
anderseits ein bearbeitetes Zapfenende aufweisen, beidseitig in den Spannfuttern
aufgenommen und gespannt. Die Einspannung erfolgt einerseit am Flansch und andererseits an einem der Durchmesser des Zapfenendes.
Die axiale Lage der Kurbelwellen kann bestimmt werden durch axiales Anlegen an
die Spannbacken eines der Spannfutter. Der zwischen den Spannfuttern befindliche
Bereich der Kurbelwelle kann dann bearbeitet werden.
Wird eine derartig gespannte Kurbelwelle spanend bearbeitet, werden die von der
Herstellung des Kurbelwellenrohlings im Rohling verbliebenen Eigenspannungen frei,
und diese Eigenspannungen bewirken, daß die bearbeitete Kurbelwelle keine gerade
Rotationsachse aufweist. Die Hauptlagerzapfen liegen somit nicht konzentrisch auf
einer geraden Rotationsachse. Die Kurbelwelle weist vielmehr eine unzulässige Krümmung auf und ist deshalb unbrauchbar.
Um diesen Mangel abzuhelfen wird beim beidseitigen Spannen der Kurbelwellen in
Spannfuttern das in das eine Spannfutter hineinragende Zapfenende der Kurbelwelle
um ein bestimmtes Maß nach Betrag und Richtung durch einen im Spannfutter
befindlichen starren Anschlag durch den Spannvorgang radial ausgelenkt. Durch diese
Maßnahme werden die zu bearbeitenden Kurbelwellen gekrümmt eingespannt.
Die Größe und Lage dieser Krümmung in der Längsebene der Kurbelwelle und damit
der Betrag der Auslenkung sowie der Angriffspunkt des auslenkenden Anschlages am
Zapfenende müssen durch Versuche mit Kurbelwellenrohlingen ermittelt werden.
Mit dieser Art der Einspannung und nachfolgender spanender Bearbeitung der
Kurbelwelle kann es gelingen, Kurbelwellen mit auf gerader Rotationsachse liegenden
Hauptlagerzapfen bzw. mit einer Krümmung der Rotationsachse mit zulässiger Toleranz herzustellen. Es ist jedoch erforderlich, daß der Durchmesser des
Abschnittes des Zapfenendes - das Zapfenende kann mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen - an dem der im Spannfutter befindliche
starre Anschlag die Auslenkung der Zapfenenden infolge des Spannvorganges und damit der Krümmung von eingespannten Kurbelwellenrohlingen nach Betrag und
Richtung bewirkt, nach Maß und Exentrizität eng toleriert ist, damit die Beträge der
Auslenkungen an den Kurbelwellen immer gleich groß sind bzw. in einer zugelassenen Toleranz liegen. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, werden die
Kurbelwellen nicht definiert gekrümmt gespannt, sondern mit unterschiedlicher Krümmung und es ist nicht möglich, gerade Kurbelwellen, nämlich Kurbelwellen,
deren Hauptlagerzapfen konzentrisch zu einer geraden Rotationsachse liegen oder mit
einer Krümmung der Rotationsachse im zulässigen Toleranzbereich herzustellen. Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Maschine vorzuschlagen, mit der die
Abhängigkeit von der genannten Fertigungstoleranz des Zapfenendes beseitigt ist.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß in dem Spannfutter, welches für die
Einspannung des Zapfenendes bestimmt ist, Mittel zur Anlage an die Kurbelwelle im
Bereich des in das Spannfutter frei hineinragenden Zapfenendes vorgesehen sind zur
Ausübung einer radial zur Mittenachse gerichteten Kraft von definierter Größe.
Wenn man für eine Serie von Kurbelwellen die Längsebene der Kurbelwellen, in der
die durch Bearbeitung frei gewordenen Eigenspannungen hervorgerufenen Krümmungen verlaufen, ermittelt und dazu die im Bereich des Zapfenendes
eingreifende und in dieser Ebene verlaufende definierte Kraft nach Größe und Richtung, z. B. durch Versuche ermittelt, mit der die Kurbelwellen in den
Spannfuttern so beaufschlagt werden können, daß die sonst nach der Bearbeitung vorliegende unerwünschte Krümmung der Kurbelwelle beseitigt ist, kann diese Serie
von Kurbelwellen mit einer wie vorbeschriebenen Maschine so bearbeitet werden, daß
die Kurbelwellen ohne unzulässige Krümmung nach der Bearbeitung vorliegen.
Beim Einbringen einer Kurbelwelle zur Bearbeitung in einer solchen Maschine wird
die Kurbelwelle einerseits am bearbeiteten Flansch und andererseits an einem der
bearbeiteten Durchmesserabschnitte des Zapfenendes von den Spannfuttern gespannt,
wobei im Bereich des in das eine Spannfutter hineinragenden Zapfenendes eine radial
gerichtete Kraft von definierter Größe im Bereich des freien Zapfenendes angreift,
deren Wirkungslinie in der Ebene, in der sonst an bearbeiteten Kurbelwellen die durch Eigenspannung hervorgerufene unerwünschte Krümmung verläuft, liegt. Die
Kurbelwelle soll also hierdurch vor der Bearbeitung so gebogen werden, daß sie nach
der Bearbeitung gerade ist. Da dies durch eine bestimmbare Kraft geschieht, spielen
Fertigungstoleranzen am Zapfen keine Rolle mehr. Es ist nicht mehr erforderlich, den
Durchmesser des Zapfenendes, an dem die definierte Kraft angreift, eng zu tolerieren.
Es wird nämlich durch die definierte Kraft unabhängig von dem tatsächlichen Durchmesser immer eine gleiche Durchbiegung oder Krümmung der Kurbelwellen im
eingespannten Zustand vor der spanenden Bearbeitung erreicht. Diese Durchbiegung
»ft« · ·· ft ft ··· <
• ft· ···· «ft 4
··· ft * ft ft ft
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der eingespannten Kurbelwelle soll entgegengesetzt der sonst durch Eigenspannungen
in der Kurbelwelle nach der Bearbeitung auftretenden Durchbiegung oder Krümmung verlaufen.
Die Größe der im Bereich des Zapfenendes angreifenden Kraft, die Lage der
Wirkungslinie dieser Kraft, nämlich die Längsebene an der Kurbelwelle in der die
gen. unzulässige Krümmung verläuft und der Angriffspunkt am Zapfenende sowie die
Wirkrichtung der genannten Kraft, können für jeden Kurbelwellentyp durch Versuch
ermittelt werden.
Eine alternative Konstruktion löst die Aufgabe durch Mittel zur Ausübung einer
Kraft von definierbarer Größe auf die Kurbelwelle, deren Kraftrichtung radial gegen die Kurbelwelle bezogen auf die Mittenachse gerichtet ist, und dadurch, daß diese Mittel im Bereich zwischen den Spannfuttern angeordnet sind, wobei diese Mittel zur Erzeugung der Kraft ein Anlageelement zum Anlegen an eine in der Maschine angeordnete Kurbelwelle aufweisen.
Kraft von definierbarer Größe auf die Kurbelwelle, deren Kraftrichtung radial gegen die Kurbelwelle bezogen auf die Mittenachse gerichtet ist, und dadurch, daß diese Mittel im Bereich zwischen den Spannfuttern angeordnet sind, wobei diese Mittel zur Erzeugung der Kraft ein Anlageelement zum Anlegen an eine in der Maschine angeordnete Kurbelwelle aufweisen.
Im Mittenbereich ist eine eingespannte Kurbelwelle gut zugänglich für Mittel zur
Erzeugen einer Kraft. Lediglich die Ebene einer Kurbelwelle, in der sonst die durch
Eigenspannungen verursachte Krümmung verläuft, muß beim Einspannen der Kurbelwelle so gelegt werden, daß die Wirkungslinie der erzeugten Kraft in diese
Ebene fällt.
Die Mittel zum Erzeugen einer Kraft können günstig unterhalb der Maschinenmittenachse am Maschinenbett untergebracht sein.
Durch die Beweglichkeit der Mittel ist es möglich, den Raum im Bereich der
Kurbelwelle bei der Bearbeitung, wenn diese Mittel nicht benötigt werden,
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-7-1
freizuhalten. Verschiedentlich kann es günstiger sein, eine definierte Kraft im Bereich
des zwischen den Spannfuttern befindlichen Abschnittes des Kurbelwelle eingreifen zu
lassen, als an freien, in das Spannfutter hineinragenden Zapfenenden. Diese Kraft
kann mittig oder auch außermittig an der Kurbelwelle angreifen. Der günstigste Angriffspunkt ist durch Versuche zu ermitteln. Die Kraft kann z. B. während des
Einspannens der Kurbelwelle ausgeübt werden und bringt die Kurbelwelle beim Einspannen in die ge wollte gekrümmte Form. Für den Bearbeitungs Vorgang sind die
Mittel zur Erzeugung der Kraft von der Kurbelwelle wegzubewegen.
Das Einspannen der Kurbelwelle erfolgt einerseits am bearbeiteten Flansch und
andererseits an einem der bearbeiteten Durchmesserabschnitte des Zapfenendes durch
die Spannfutter, wobei z. B. während des Spannvorganges im Bereich des zwischen den Spannfuttern befindlichen Kurbelwellenbereiches mindestens eine Kraft von
definierter Größe angreift, deren Wirkungslinie in der Ebene liegt, in der sonst an der
bearbeiteten Kurbelwelle die durch Eigenspannung hervorgerufene, unerwünschte Krümmung verläuft, wobei die Wirkrichtung dieser Kraft von der Außenseite der
genannten unerwünschten Krümmung zur Innenseite dieser Krümmung verläuft.
Eine andere Lösung der genannten Aufgabe sieht vor, daß das eine Spannfutter ein
Anlageelement aufweisende Mittel zur Ausübung einer axial gerichteten Kraft von definierbarer Größe auf eine Kurbelwelle aufweist und daß das andere Spannfutter
Mittel zum axialen Abstützen der Kurbelwelle gegen die axial gerichtete Kraft aufweist, wobei das Anlageelement (29) radial zur Mittenachse versetzt angeordnet
ist.
Mit einer derartig ausgerüsteten Maschine zum Bearbeiten der Kurbelwellen ist es
ohne Schwierigkeiten möglich, eine Kurbelwelle, die am Zapfenende mindestens während des Einspannvorganges axial abgestützt wird, durch eine axiale Kraft, die
außenseitig an der Stirnseite des Kurbelwellenflansches und parallel versetzt zur
Rotationsachse der Kurbelwelle bzw. der Maschinenachse angreift, definiert vorzukrümmen dann zu spannen und zu bearbeiten. Während er Vorkrümmung wird
die Kurbelwelle an den Spannbacken bereits geführt.
Der Einspannvorgang einer Kurbelwelle an einer solchen Maschine kann wie folgt
ablaufen:
Die in die Maschine eingebrachte Kurbelwelle wird einerseits am bearbeiteten Flansch
und andererseits an einem der bearbeiteten Durchmesserabschnitte des Zapfenendes
gespannt und gleichzeitig mit dem Zapfenende am Spannfutter axial abgestützt, wobei
mindestens während des Spannvorganges, solange die Spannbacken noch nicht die volle Spannkraft erreicht haben, eine axial gerichtete Kraft von definierter Größe an
der Außenplanfläche des Kurbelwellenflansches zur Rotationsachse der Kurbelwelle
parallel versetzt angreift, deren Wirkrichtung gegen die axiale Abstützung gerichtet
ist und deren Wirkungslinie in der Längsebene der Kurbelwelle auf der Seite der Ebene, bezogen auf die Rotationsachse der Kurbelwelle liegt, in der sonst die
unerwünschte Krümmung vorliegt.
Um Kurbelwellen nach diesem Verfahren gezielt zu verformen, damit im
eingespannten Zustand eine Krümmung entgegen der sonst bei der spanenden Bearbeitung durch Eigenspannungen hervorgerufenen unerwünschten Krümmung
vorliegt, müssen Kraftangriffspunkt und Größe der Kraft wiederum durch Versuch ermittelt werden.
In einer anderen Ausgestaltung der Maschine wird vorgeschlagen, daß die Mittel zur
Ausübung einer Kraft einen Druckmittelzylinder aufweisen, wobei das Anlageelement
als Kolbenstange ausgebildet ist.
Mit einem Druckmittelzylinder, der mit einem druckmittelabgebenden Aggregat
verbunden ist, welches die Möglichkeit bietet, den Druckmittelstrom zu regeln, kann
die jeweils erforderliche definierte Kraft erzeugt werden. Günstig ist es, die Kolbenstange des Druckmittelzylinders direkt an der Kurbelwellen angreifen zu
lassen.
Beim Einspannen der Kurbelwelle kann die Stirnseite der Kolbenstange an der
Kurbelwelle anliegen. Während des Spannvorganges wird dann die Kolbenstange zurückgedrückt, wobei dann die definierte Kraft auf die Kurbelwelle einwirkt und die
vorbeschriebene, gewollte Krümmung der Kurbelwelle im eingespannten Zustand vor der Bearbeitung hervorruft. Das Zurückdrücken der Kolbenstange ist durch Regelung
des Rückflusses des Druckmittels in an sich bekannter Weise möglich.
Bei axialem Kraftangriff der Kolbenstange an der Kurbelwelle muß die Kolbenstange
für das Einbringen der Kurbelwelle in die Spannfutter der Maschine in den zugehörigen Zylinder zurückgezogen sein und erst wenn der Spannvorgang eingeleitet
wird und abläuft, mit definierter Kraft am Kurbelwellenflansch angreifen.
In einer anderen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Mittel zur Ausübung
einer Kraft ein vorgespannt angeordnetes Federpaket mit Druckstück aufweisen. Mit
einem vorgespannt angeordneten Federpaket ist eine Kraft in einfacher Weise erzeugbar.
Das Druckstück des Federpaketes liegt während des Einspannvorganges an der
Kurbelwelle an. Beim Spannen der Kurbelwelle durch die Spannfutter wird dann die
Lage des Druckstückes gegen das Federpaket verändert und die vorgesehene, sich aus
der Federkennlinie ergebende Kraft greift dann an der Kurbelwelle an. Die Kennlinie
des Federpaketes muß so verlaufen, daß die Federkraft sich beim Einspannen der Kurbelwelle nicht wesentlich ändert.
Es ist allerdings auch möglich, Kurbelwellen mit einer nach Größe und Richtung
gewünschten Krümmung in Spannfuttern einzuspannen, indem in die Kurbelwelle ein reines Biegemoment definierter Größe eingeleitet wird. Das Biegemoment muß so
angreifen, daß die Krümmung der Kurbelwelle in der Ebene verläuft, in der die sonst
nach der Bearbeitung durch die Eigenspannung hervorgerufene unerwünschte Krümmung verläuft und z. B. durch die Spannbacken der Spannfutter erzeugt werden.
Diese gezielt erzeugte Kurbelwellenkrümmung muß jedoch entgegengesetzt der genannten unerwünschten Krümmung verlaufen. Die Größe des Momentes ist durch
Versuche zu ermitteln.
Eine solche Einspannung einer Kurbelwelle ist möglich durch entsprechend
ausgebildete Spannflächen an den Spannbacken der Spannfutter. Die sonst zylindrisch
ausgebildeten und konzentrisch und parallel zur Mittenachse der Maschine verlaufenden Spannflächen müssen nur mit einer Neigung ihrer Spannflächen zur
Mittenachse der Maschine vorgesehen sein, wobei die Spannflächen der Spannfutter
des jeweiligen Spannfutters wiederum zylindrisch ausgebildet sind und konzentrisch
zu je einer Achse verlaufen, die zur Mittenachse der Maschine geneigt ist. Die Größe
der Neigung ist ein Maß für das an der Kurbelwelle angreifende Moment.
Die Lage solcher Spannbacken ist an die an den Kurbelwellen vorgesehenen
Spannflächen axial anzupassen, ebenso die Richtung der Neigung der Spannflächen der Spannbacken, damit die gewünschte Krümmung der eingespannten Kurbelwelle
erzielt wird.
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 eine in Spannfuttern, die nur teilweise dargestellt sind, eingespannte Kurbelwelle
und die Krümmungslinie einer Kurbelwelle, hervorgerufen durch Eigenspannungen nach
der Bearbeitung
Figur 2 eingespannte Kurbelwelle mit am Zapfenende angreifender Kraft
Figur 3 eine Kurbelwelle in Seitenansicht mit Angabe der Ebene, in der die durch
Eigenspannungen nach der Bearbeitung vorliegende unerwünschte Krümmung der Kurbelwelle verläuft
Figur 4 eine Maschine zur spanenden Bearbeitung von Kurbelwellen mit Mitteln zum Erzeugen
einer Kraft, welche ein Federpaket enthalten
Figur 5 eine Maschine zur spanenden Bearbeitung von Kurbelwellen mit einem Druckmittelzylinder
als Mittel zur Erzeugung einer Kraft
Figur 6 eine Maschine zur spanenden Bearbeitung von Kurbelwellen mit einem parallel zur
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Mittenachse der Maschine angeordneten Druckmittelzylinder zur Erzeugung einer Kraft
Figur 7 eine Maschine zur spanenden Bearbeitung
von Kurbelwellen mit einem zwischen den
Spannfuttern angeordneten Druckmittelzylinder zur Erzeugung einer Kraft
von Kurbelwellen mit einem zwischen den
Spannfuttern angeordneten Druckmittelzylinder zur Erzeugung einer Kraft
Nach dem StdT hat ein Anschlag einen konstanten radialen Abstand von der
Mittenachse 4 der Maschine. Werden nun Kurbelwellen von den Spannfuttern 1 und 2 gespannt, werden die jeweiligen Flächen des Zapfens 16, an die der Anschlag
anschlägt, immer gleich weit radial ausgelenkt, solange die zugehörigen Abmessungen
ohne Toleranzschwankungen gleichbleiben. Der Kurbelwellenflansch 25 und der Absatz 14 werden durch die Spannbacken der Spannfutter 1 und 2 konzentrisch zur
Mittenachse 4 der Maschine gehalten und die Kurbelwelle nimmt dann unter der Auslenkung der Kontaktfläche Zapfen/Anschlag eine bogenartige Form an, die als
Krümmung 8 dargestellt ist.
Wenn jedoch das Zapfende 16 einen größeren Durchmesser aufweist, als im obigen
Beispiel angenommen, evtl. durch eine gröbere Durchmessertoleranz bewirkt, wird die Kurbelwelle jedoch stärker gekrümmt, weil die tatsächliche Auslenkung größer
ist. Die Kurbelwelle wird somit stärker gekrümmt eingespannt, als vorgesehen.
Nach der spanenden Bearbeitung liegt nun eine Kurbelwelle vor, deren Rotationsachse
nicht geradlinig verläuft und die damit nicht verwendungsfähig ist.
Fig. 2 stellt eine in zwei Spannfuttern 1, 2, die nur symbolisch dargestellt sind,
eingespannte Kurbelwelle 3 dar. Die Mittenachse 4 stellt die Maschinenachse dar.
Wird nun eine Kurbelwelle in einer solchen Einspannung bearbeitet, weist die Kurbelwelle 3 nach dem Ausspannen aus den Futtern 1, 2 eine unzulässige
Krümmung 5 auf, wie sie durch die strichpunktierte Linie dargestellt wird. Die Krümmung 5 ist übertrieben dargestellt und abhängig von den im Kurbelwellenrohling
vorhandenen Eigenspannungen. Die max. Abweichung der der Geraden liegt in Wirklichkeit allenfalls im Zehntel-Millimeter-Bereich.
Wird nun die Kurbelwelle 3 von den Spannfuttern 1, 2 gespannt (Fig. 2) und
gleichzeitig im Bereich des Zapfenendes 6 der Kurbelwelle 3 eine definierte Kraft 7
radial zur Mittenachse 4 ausgeübt, wird die Kurbelwelle 3 gekrümmt eingespannt mit
einer Krümmung 8, die jedoch in der gleichen Längsebene liegt, wie die Krümmung 5, jedoch entgegengesetzt verläuft, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt.
Die Größe dieser Krümmung 8 ist abhängig von der Kraft 7 und der Lage ihres
Angriffspunktes am Zapfenende 6. Beides ist, ebenso wie die Ebene, in der diese Krümmung 8 liegen oder verlaufen soll, durch Versuche zu ermitteln. Wird nun eine
derartig eingespannte Kurbelwelle 3 bearbeitet und nach der Bearbeitung ausgespannt,
liegen die Hauptlagerzapfen 9, 10, 11, 12, 13 konzentrisch zur Mittenachse 4 der
Kurbelwelle 3.
Das Einspannen der Kurbelwelle kann am Zapfende 6 auf Absatz 14 erfolgen, der
direkt neben dem Hauptlagerzapfen 13 liegt. Meist weisen Kurbelwellen am Zapfenende 6 noch einen weiteren Absatz 15 auf, dem sich dann der schlanke Zapfen
16 anschließen kann.
Die Kraft 7 kann irgendwo im Bereich des Zapfens 16 angreifen und die Kurbelwelle
3 könnte auch am Absatz 15 gespannt werden. Es ist jedoch aus
zerspanungstechnischen Gründen vorteilhafter, am Absatz 14 zu spannen.
Dadurch, daß in Abweichung zum StdT eine definierte Kraft am Zapfenende
aufgebracht wird, ist es möglich, beispielsweise den Durchmesser des schlanken Zapfens 16 grob toleriert zu fertigen. Der radiale Abstand des Angriffspunktes der
Kraft 7 von der Mittenachse 4 der Kurbelwelle 3 kann nun ohne Nachteile für die Fertigung der Lagerzapfen 9, 10, 11, 12, 13 durch grobe Tolerierung des
Durchmessers des Zapfens 16 unterschiedlich groß sein, weil durch die definierte
Kraft immer eine gleichmäßige Krümmung 8 jeder Kurbelwelle 3 bewirkt wird.
Der axiale Abstand 17 der Kraft 7 von z. B. den Spannbacken 22 des Spannfutters 2
ist bei Versuchen zur Ermittlung der Kraft 7 vorzugeben bzw. zu ermitteln und muß
später bei der Serienfertigung eingehalten werden.
Bei einer vierhübigen Kurbelwelle verläuft die Längsebene 18, in der die durch die
eigenen Spannungen in der Kurbelwelle sonst hervorgerufene Krümmung 5 liegt, durch die Haupt- und Pleuellager, wie in Fig. 3 gezeigt.
Bei einer andershübigen Kurbelwelle ist diese Ebene ebenso wie die Größe der Kraft
7 neu zu ermitteln.
Fig. 4 zeigt eine Maschine zur spanenden Bearbeitung von Kurbelwellen mit den
Spannfuttern 1, 2, die in Spindelstöcken 19, 20, die auf dem Bett 21 befestigt sind,
gelagert sind. Die Spannfutter 1, 2 weisen Spannbacken 22 auf, die in den durch die
Doppelpfeile angezeigten Richtungen gleichzeitig beweglich sind. Die Spannfutter 1,
2 werden angetrieben durch einen Antrieb 23, der lediglich, da an sich bekannt, angedeutet ist. Die Maschine weist weiter einen rotierbaren Werkzeugträger 24 mit
Werkzeugschneiden 40 auf, dessen Rotationsachse parallel zur Mittenachse 4 verläuft.
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Dieser Werkzeugträger 24 ist rotierend angetrieben. Der Antrieb ist jedoch nicht
weiter dargestellt. Außerdem ist eine Maschinensteuerung 34 vorgesehen, die für die
Steuerung des gesamten Bearbeitungsablaufes, wie Spannen, Bearbeitung und Entspannen, vorgesehen ist. Die dargestellte Kurbelwelle 3 ist vom Spannfutter 1 am
Kurbelwellenflansch 25 gespannt und vom Spannfutter 2 im Bereich des Zapfenendes
6 am Absatz 14 gespannt. Der Werkzeugträger 24 mit den Werkzeugschneiden 40 kann z. B. als Drehräumwerkzeug ausgebildet sein.
Durch ein Druckstück 26, welches durch ein vorgespannt eingebautes Federpaket 27
abgefedert ist, wird die Kurbelwelle 3 am Zapfenende 6 mit einer Kraft 7 beaufschlagt, welche die Durchbiegung der Kurbelwelle 3 mit einer Krümmung 8
bewirkt, die entgegen einer sonst in der Kurbelwelle durch Eigenspannung hervorgerufenen Krümmung 5 (Fig. 1) verläuft.
Die in Figur 4 gezeigte Krümmung 8 und die in Figur 1 gezeigte Krümmung 5 sind
übertrieben dargestellt. Abhängig vom Kurbelwellentyp, vom Werkstoff und von der
Vorgeschichte des Kurbewellenrohlings kann die beim Einspannen der Kurbelwelle absichtlich herbeigeführte Krümmung eine notwendige Durchbiegung 28 bzw.
Bogenhöhe in der Größenordnung bis 0,5 mm aufweisen.
Nachfolgend soll nun ein Einspannvorgang einer Kurbelwelle erläutert werden:
Die Spannbacken 22 der Spannfutter 1,2 sind geöffnet und eine Kurbelwelle 3 wird durch ein Ladegerät (nicht dargestellt) in die Maschine bzw. in die Spannfutter 1,2 eingebracht, wobei die Ebene 18 (Figur 3) der Kurbelwelle 3 mit der Achse 38 des Federpakets 27 zusammenfällt und die Ebene 18 zusätzlich eine solche Lage zum Federpaket 27 einnimmt, daß die Wirkrichtung der Kraft 7, die vom Druckstück 26 des Federpaketes 27 ausgeht, so gerichtet ist, daß die Kraft 7 beim Einspannen der Kurbelwelle 3 eine Krümmung 8 (Fig. 2) der Kurbelwelle 3 bewirkt, die
Die Spannbacken 22 der Spannfutter 1,2 sind geöffnet und eine Kurbelwelle 3 wird durch ein Ladegerät (nicht dargestellt) in die Maschine bzw. in die Spannfutter 1,2 eingebracht, wobei die Ebene 18 (Figur 3) der Kurbelwelle 3 mit der Achse 38 des Federpakets 27 zusammenfällt und die Ebene 18 zusätzlich eine solche Lage zum Federpaket 27 einnimmt, daß die Wirkrichtung der Kraft 7, die vom Druckstück 26 des Federpaketes 27 ausgeht, so gerichtet ist, daß die Kraft 7 beim Einspannen der Kurbelwelle 3 eine Krümmung 8 (Fig. 2) der Kurbelwelle 3 bewirkt, die
entgegengesetzt der sonst durch Eigenspannung nach der Bearbeitung der Kurbelwelle
hervorgerufenen Krümmung 5 (Fig. 1) verläuft. Mindestens durch die Spannbacken 22 des Spannfutters 1 wird die Kurbelwelle 3 in der gewünschten axialen Position
gehalten. Das Druckstück 26 des Federpaketes 27 liegt am Zapfenende 6 der Kurbelwelle 3 an. Das Zapfenende 6 der Kurbelwelle 3 wird somit in Richtung der
Linie 41 ausgelenkt. Werden also die Spannfutter 1,2 geschlossen, legen sich die
Spannbacken 22 am Kurbelwellenflansch 25 und ab Absatz 14 spannend an. Durch diesen Spannvorgang wird das Zapfenende 6, welches am Druckstück 26 anliegt, von
der durch das Federpaket beim Bewegen des Druckstückes 26 gegen das Federpaket 27 verursachten definierten Kraft 7 abgestützt und der Kurbelwelle die Krümmung 8
aufgezwungen. Eine enge Tolerierung des Zapfens 16 oder ein bestimmter Durchmesser des Zapfens 16 in engen Grenzen ist nicht mehr notwendig, da das
Druckstück 16 gegen die Federkraft 7 nachgeben kann.
Das Federpaket 27 besteht vorzugsweise aus Tellerfedern, die derart ausgestaltet und
vorgespannt sind, daß im vorgesehenen Arbeitsbereich beim Erzeugen der Kraft 7 auch bei größeren Maßtoleranzen nur geringe Kraftänderungen auftreten. Die Art der
Ausbildung solcher Federpakete ist im Stand der Technik bekannt.
Durch die spanende Bearbeitung wird die Steifheit der Kurbelwelle verändert, so daß
im eingespannten Zustand der Kurbelwelle durch die Kraft 7 bei fortschreitender Bearbeitung eine Veränderung der vorgesehenen Krümmung 8 eintreten kann.
Falls eine solche Veränderung der Krümmung 8 durch die vorgegebenen Toleranzen
der fertig bearbeiteten Kurbelwelle nicht aufgefangen werden kann, ist die durch
Versuche zu ermittelnde Kraft 7 so zu bemessen, daß eine Überschreitung dieser Toleranzen auch bei abnehmender Steifheit der Kurbelwelle nicht eintrifft.
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Figur 5 zeigt eine Maschine, bei der ein Druckmittelzylinder 36 anstelle eines
Federpaketes im Spannfutter 2 vorgesehen ist.
Eine Kolbenstange 29 greift radial am Zapfen 16 anstelle des Druckstückes 26, Fig.
3 an. Die Kraft 7 wird durch Druckmittel erzeugt, welches vom Druckmittelerzeuger
30 über die Leitung 31 in den Zylinderraum 32 geschickt wird und auf die Kolbenfläche des Kolbens 33 wirkt. Der Druck des Druckmittels und damit die Kraft
7 ist an einem Druckregelventil 35 einstellbar. Dieses Druckregelventil 35 begrenzt
den von dem Druckmittelerzeuger 30 ausgehenden Druck und kann zusätzlich eine Druckerhöhung, die vom Druckmittelzylinder 36 durch Verschiebung von
Kolbenstange 29 und Kolben 33 ausgehen kann, bspw. durch Hineindrücken der Kolbenstange 29, begrenzen oder verhindern.
Das Einspannen einer Kurbelwelle 3 läuft, wie nachfolgend erläutert, ab.
Die Kurbelwelle 3 ist in die geöffneten Spannfutter 1,2 eingebracht. Die gewünschte
axiale Position der Kurbelwelle 3 wird durch axiales Anlegen an die Spannbacken 22
des Spannfutters 1 erreicht. Die Kolbenstange 29 des Druckmittelzylinders 36 ist
durch den vom Druckmittelerzeuger 30 abgegebenen Druckmittelstrom voll ausgefahren. Der Hub wird begrenzt durch Anschlagen des Kolbens 33 im
Druckmittelzylinder 36. Der Zylinderraum 39 ist zur Atmosphäre entlüftet. Die Kurbelwelle 3 liegt mit ihrem Zapfen 16 an der ausgefahrenen Kolbenstange 29 an
und kann nun gegen den am Druckregelventil 35 eingestellten Druck verschoben werden. Wird nun die Kurbelwelle 3 von den Spannbacken 22 gespannt, wird sie im
Bereich der Spannbacken 22 beider Futter auf die Mittenachse 4 gebracht, wobei der
Zapfen 16 die Kolbenstange 29 gegen das Druckmittel im Druckmittelzylinder 36 zurückdrängt. Das überflüssige Druckmittel wird verdrängt und fließt durch das
Druckregelventil 35 zurück in den Tank des Druckmittelerzeugers 30, wobei die definierte Kraft 7 auf den Zapfen 16 einwirkt.
• ·
Die Lage der Ebene 18 (Fig. 3) der Kurbelwelle 3 zum Druckmittelzylinder 36 ist,
wie schon in Fig. 4 erläutert, vorzusehen. Wenn die Kurbelwelle von den Spannfuttern 1,2 gespannt ist und die Kraft 7 durch die Kolbenstange 29 auf den
Zapfen 16 einwirkt bzw. eingewirkt hat, nimmt die Kurbelwelle die Krümmung 8 ein
und kann spanend bearbeitet werden, mit dem Ergebnis, daß danach eine Kurbelwelle
mit zulässiger Krümmung vorliegt.
Um den möglichen Folgen einer möglichen Veränderung der Steifheit der Kurbelwelle
durch die Bearbeitung zu begegnen, und damit einer Veränderung der gewollten Krümmung 8, kann ein Druckmittelzylinder vorgesehen werden, bei dem Kolben und
Kolbenstange hydraulisch einspannbar sind und somit ihre Lage im eingespannten Zustand nicht verändern, so daß während der Zerspanung die Kolbenstange ihre Lage
nicht ändern kann. Derartige hydraulische Einspannungen von Kolben mit Kolbenstange sind an sich bekannt und brauchen deshalb nicht weiter beschrieben zu
werden.
Es ist auch möglich, die Kraft 7, wie schon zu Fig. 4 beschrieben ist, zu bemessen.
Es ist auch möglich, die Kraft 7, wie schon zu Fig. 4 beschrieben ist, zu bemessen.
Figur 6 zeigt eine Maschine, bei der ein Druckmittelzylinder 36 parallel zur
Mittenachse 4 im Spannfutter 1 vorgesehen ist. Die Kolbenstange 29 des Druckmittelzylinders 36 soll außermittig an der Außenstirnfläche des
Kurbelwellenflansches 25 angreifen.
Der Einspannvorgang der Kurbelwelle erfolgt folgendermaßen:
Wenn die Kurbelwelle 3 in die Spannfutter 1,2 in vorgesehener Lage eingebracht ist in diesem Fall kann die Mittenachse der Kurbelwelle mit der Mittenachse 4 der Spannfutter übereinstimmen- wird der Druckmittelzylinder 36 mit Druckmittel aus dem Druckmittelerzeuger 30 beaufschlagt und etwa gleichzeitig werden die Spannbacken 22 beider Spannfutter 1,2 geschlossen. Die Kolbenstange 29 schiebt
Wenn die Kurbelwelle 3 in die Spannfutter 1,2 in vorgesehener Lage eingebracht ist in diesem Fall kann die Mittenachse der Kurbelwelle mit der Mittenachse 4 der Spannfutter übereinstimmen- wird der Druckmittelzylinder 36 mit Druckmittel aus dem Druckmittelerzeuger 30 beaufschlagt und etwa gleichzeitig werden die Spannbacken 22 beider Spannfutter 1,2 geschlossen. Die Kolbenstange 29 schiebt
dann die Kurbelwelle 3 axial gegen die Spannbacken 22 des Spannfutters 2, und nach
dem Anlegen der Kurbelwelle an die Spannbacken 22 des Spannfutters 2 wird die Kurbelwelle durch die vom Druckmittelzylinder 36 aufgebrachte Kraft 7 gebogen und
eine Krümmung 8 der Kurbelwelle 3, wie gestrichelt dargestellt, bewirkt.
Hinsichtlich der Veränderung der Steifheit der Kurbelwellen und der Beaufschlagung
der Kurbelwellen durch die Kraft 7 gelten auch hier die vor abgegebenen Erläuterungen. Die hydraulische Schaltung zur Betätigung des Druckmittelzylinders
36 ist so auszuführen, daß Kolben 33 und Kolbenstange 29 durch das Druckmittel in
zwei Richtungen bewegt werden können, hier bewirkt durch Betätigen des Wegeventils 37, damit beim Einlegen einer Kurbelwelle die Kolbenstange 29
zurückgezogen werden kann. Solche Schaltungen sind an sich bekannt.
In Fig 7 wird eine Maschine dargestellt, bei der die Kurbelwelle 3 z.B. mittig
zwischen den Spannfuttern 1,2 von einem Druckmittelzylinder 36 beaufschlagt wird.
Die Einspannung der Kurbelwelle 3 erfolgt folgendermaßen:
Die Kurbelwelle ist eingebracht in die Spannfutter 1,2. Die axiale Fixierung der Kurbelwelle 3 erfolgt an den Spannbacken 22 des Spannfutters 1. Die Kolbenstange 29 ist zurückgezogen und liegt nicht an der Kurbelwelle 3 an. Die Spannbacken 22 beider Spannfutter 1,2 werden so weit geschlossen, daß die Kurbelwelle 3 nur leicht fixiert ist. Dann wird das Wegeventil 37 so geschaltet, wie in Fig. 7 dargestellt, und die Kolbenstange 29 legt sich mit definierter Kraft 7, die durch das Druckregelventil 35 eingestellt ist, an die Kurbelwelle 3 an. Sobald die Kolbenstange 29 anliegt und sich der eingestellte Druck im Druckmittelzylinder 36 aufbaut, schließen die Spannfutter 1,2 und die Kurbelwelle 3 wird mit einer wie in der Figur 6 dargestellten Krümmung 8 gespannt und kann nun in dieser gewollten Krümmung bearbeitet werden. Bevor die Bearbeitung der Kurbelwelle 3 erfolgen kann, ist die Kolbenstange 29 durch Umschalten des Wegeventils 37 zurückzuziehen.
Die Kurbelwelle ist eingebracht in die Spannfutter 1,2. Die axiale Fixierung der Kurbelwelle 3 erfolgt an den Spannbacken 22 des Spannfutters 1. Die Kolbenstange 29 ist zurückgezogen und liegt nicht an der Kurbelwelle 3 an. Die Spannbacken 22 beider Spannfutter 1,2 werden so weit geschlossen, daß die Kurbelwelle 3 nur leicht fixiert ist. Dann wird das Wegeventil 37 so geschaltet, wie in Fig. 7 dargestellt, und die Kolbenstange 29 legt sich mit definierter Kraft 7, die durch das Druckregelventil 35 eingestellt ist, an die Kurbelwelle 3 an. Sobald die Kolbenstange 29 anliegt und sich der eingestellte Druck im Druckmittelzylinder 36 aufbaut, schließen die Spannfutter 1,2 und die Kurbelwelle 3 wird mit einer wie in der Figur 6 dargestellten Krümmung 8 gespannt und kann nun in dieser gewollten Krümmung bearbeitet werden. Bevor die Bearbeitung der Kurbelwelle 3 erfolgen kann, ist die Kolbenstange 29 durch Umschalten des Wegeventils 37 zurückzuziehen.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 | Spannfutter |
2 | Spannfutter |
3 | Kurbelwelle |
4 | Mittenachse |
5 | Krümmung |
6 | Zapfenende |
7 | Kraft |
8 | Krümmung |
9 | Hauptlagerzapfen |
10 | Hauptlagerzapfen |
11 | Hauptlagerzapfen |
12 | Hauptlagerzapfen |
13 | Hauptlagerzapfen |
14 | Absatz |
15 | Absatz |
16 | Zapfen |
17 | Abstand |
18 | Längsebene |
19 | Spindelstock |
20 | Spindelstock |
21 | Bett |
22 | Spannbacke |
23 | Antrieb |
24 | Werkzeugträger |
25 | Kurbelwellenflansch |
26 | Druckstück |
27 Federpaket
28 Durchbiegung
29 Kolbenstange
30 Druckmittelerzeuger
31 Leitung
32 Zylinderraum
33 Kolben
34 Maschinensteuerung
35 Druckregelventil
36 Druckmittelzylinder
37 Wegeventil
38 Achse
39 Zylinderraum
40 Werkzeugschneiden
41 Linie
42 unbenutzt
43 Innenseite
44 Außenseite
Claims (5)
1. Maschine für die spanende Bearbeitung von Kurbelwellen, welche einerseits
einen Flansch und andererseits ein Zapfenende mit einem Zapfen aufweisen, mit zwei auf einer Mittenachse liegenden und rotierbar in Spindelstöcken
gelagerten Spannfuttern, die mit ihren Spannbacken sich gegenüberliegend angeordnet sind, mit einem synchronen Rotationsantrieb dieser Spannfutter und
mindestens einem Zerspanungswerkzeug sowie mit einer Maschinensteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spannfutter (2), welches für die
Einspannung des Zapfenendes (6) bestimmt ist, Mittel zur Anlage an die Kurbelwelle (3) im Bereich des in das Spannfutter (2) frei hineinragenden
Zapfenendes (6) vorgesehen sind zur Ausübung einer radial zur Mittenachse (4) gerichteten Kraft von definierter Größe.
2. Maschine für die spanende Bearbeitung von Kurbelwellen, welche einerseits
einen Flansch und andererseits ein Zapfenende mit einem Zapfen aufweisen, mit zwei auf einer Mittenachse liegenden und rotierbar in Spindelstöcken
gelagerten Spannfuttern, die mit ihren Spannbacken sich gegenüberliegend angeordnet sind, mit einem synchronen Rotationsantrieb dieser Spannfutter und
mindestens einem Zerspanungswerkzeug sowie mit einer Maschinensteuerung, gekennzeichnet durch Mittel (36,29) zur Ausübung einer Kraft von
definierbarer Größe auf die Kurbelwelle (3), deren Kraftrichtung radial gegen die Kurbelwelle bezogen auf die Mittenachse (4) gerichtet ist, und dadurch,
daß diese Mittel im Bereich zwischen den Spannfuttern (1,2) angeordnet sind, wobei diese Mittel zur Erzeugung der Kraft ein Anlageelement (29) zum
Anlegen an eine in der Maschine angeordnete Kurbelwelle (3) aufweisen.
-2-
3. Maschine für die spanende Bearbeitung von Kurbelwellen, welche einerseits
einen Flansch und andererseits ein Zapfenende mit einem Zapfen aufweisen, mit zwei auf einer Mittenachse liegenden und rotierbar in Spindelstöcken
gelagerten Spannfuttern, die mit ihren Spannbacken sich gegenüberliegend angeordnet sind, mit einem synchronen Rotationsantrieb dieser Spannfutter und
mindestens einem Zerspanungswerkzeug sowie mit einer Maschinensteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Spannfutter (1) ein Anlageelement (29)
aufweisende Mittel zur Ausübung einer axial gerichteten Kraft von definierbarer Größe auf eine Kurbelwelle (3) aufweist und daß das andere
Spannfutter (2) Mittel zum axialen Abstützen der Kurbelwelle gegen die axial gerichtete Kraft aufweist, wobei das Anlageelement (29) radial zur Mittenachse
versetzt angeordnet ist.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel zur Ausübung einer Kraft einen Druckmittelzylinder aufweisen, wobei das Anlageelement (29) als Kolbenstange ausgebildet ist.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel zur Ausübung einer Kraft ein vorgespannt angeordnetes Federpaket (27) mit Druckstücken (26) aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9320104U DE9320104U1 (de) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Maschine für die spanende Bearbeitung von Kurbelwellen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9320104U DE9320104U1 (de) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Maschine für die spanende Bearbeitung von Kurbelwellen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE9320104U1 true DE9320104U1 (de) | 1994-02-17 |
Family
ID=6902655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE9320104U Expired - Lifetime DE9320104U1 (de) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Maschine für die spanende Bearbeitung von Kurbelwellen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE9320104U1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005006123A1 (de) * | 2005-02-09 | 2006-08-10 | Wera-Werk Hermann Werner Gmbh & Co. Kg | Drehlager für ein drehangetriebenes längliches Werkstück, insbesondere für eine Kurbelwelle |
DE102016215913A1 (de) | 2016-08-24 | 2018-03-01 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Spannvorrichtung |
CN113070641A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-06 | 重庆千迪科技有限公司 | 一种通用汽油机单缸曲轴的车加工工装及加工工艺 |
-
1993
- 1993-12-29 DE DE9320104U patent/DE9320104U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005006123A1 (de) * | 2005-02-09 | 2006-08-10 | Wera-Werk Hermann Werner Gmbh & Co. Kg | Drehlager für ein drehangetriebenes längliches Werkstück, insbesondere für eine Kurbelwelle |
DE102016215913A1 (de) | 2016-08-24 | 2018-03-01 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Spannvorrichtung |
CN113070641A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-06 | 重庆千迪科技有限公司 | 一种通用汽油机单缸曲轴的车加工工装及加工工艺 |
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