DE9320104U1

DE9320104U1 - Maschine für die spanende Bearbeitung von Kurbelwellen

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Publication number: DE9320104U1
Application number: DE9320104U
Authority: DE
Original assignee: Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Current assignee: Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2003-12-30

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

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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.

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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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

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

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.

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

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.

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

• · I Schutzansprüche

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.

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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.