DE967063C

DE967063C - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Gleitflaechen mit in ihrer Bewegungsrichtung periodisch aufeinanderfolgenden, hydrodynamisch wirksame Schmierkeile ergebenden Keilformen

Info

Publication number: DE967063C
Application number: DEC8895A
Authority: DE
Inventors: Otto Gersdorfer
Original assignee: CARO WERK GmbH
Current assignee: CARO WERK GmbH
Priority date: 1953-04-11
Filing date: 1954-02-16
Publication date: 1957-09-26
Also published as: FR1122220A; CH332924A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von Gleitflächen, die mit in ihrer Bewegungsrichtung periodisch aufeinanderfolgenden, hydrodynamisch wirksame Schmierkeile ergebenden Keilformen ausgestattet sind.

Nach den Lehren der hydrodynamischen Schmiertheorie und den Erfahrungen aus der Praxis kann nur dort Flüssigkeitsreibung und damit ein praktisch abnutzungsfreier Lauf von Gleitflächen möglich sein, wo in der Laufrichtung sich verengende sehr schlanke, keilförmige Schmierspalte vorhanden sind.

Fig. ι zeigt schematisch die Schmierverhältnisse bei einem Gleitflächenpaar, bestehend aus den Elementen ι und 2, von denen sich das eine Element in der eingezeichneten Pfeilrichtung p entlang der gemeinsamen Trennungsfläche bewegt. Sind, wie dies die Darstellung zeigt, schlanke Keilflächen 3 vorhanden, deren Neigungswinkel α zur Lauffläche 4 in einem bestimmten Verhältnis zur Geschwindigkeit, Last und ölzähigkeit stehen, dann wird durch den entstehenden hydrodynamischen Öldruck eine Trennung der beiden Gleitpaarelemente durch den tragenden Ölfilm erreicht. Die Folge davon ist, daß sich die beiden Körper 1, 2 nicht mehr direkt berühren; es besteht keine Abnutzung, und es wird eine wesentliche längere Lebensdauer des Gleitflächenpaares erreicht. Fehlen a'ber die keilförmigen Schmierspalte, dann ist auch bei besten Werkstoffen immer mit einer gewissen Abnutzung zu rechnen.

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Nach der hydrodynamischen Schmiertheorie sind diese Schmierkeile sehr schlank; bei ebenen Gleitflächen kommen Steigungen von nur etwa 0,1 bis 5 pro mille in Frage. Außerdem weist die Keilformenprofilierung der Lauffläche überaus geringe, in der Größenordnung von nur tausendstel bis hundertstel Millimeter sich bewegende Tiefenunterschiede auf. Außer der Verwendung von sich selbst einstellenden Gleitklötzen und der Anwendung von

ίο Ausführungen, bei welchen die Keilform durch elastische Durchbiegung entsteht, kam bisher für die Herstellung solcher Keilflächen nur Handarbeit in Betracht, da es bislang an geeigneten Verfahren und Einrichtungen zur maschinellen Ausarbeitung von hydrodynamisch wirksamen Keilformen fehlte. Die Handarbeit ist aber nicht nur außerordentlich langwierig, sondern auch nur von geübten Arbeitskräften ausführbar, wobei auch keine Gewähr dafür besteht, daß die Keile eines Systems untereinander alle gleich sind. Außerdem kann bei der Handarbeit auch die geometrische Grundform der Laufflächen leicht verlorengehen.

Es sind auch schon Verfahren bekanntgeworden, bei welchen für die Serienherstellung von Gleitflächen mit hydrodynamisch wirksamen Keilformen die spanlose Verformung zur Anwendung kommt. Es wird hierbei ein Negativ der Schmierkeilform in einen Prägestempel eingearbeitet, mit dem dann die Schmierkeile eingepreßt werden. Abgesehen davon, daß die Herstellung solcher Preßstempel selbst wieder im erhöhten Maße von der Geschicklichkeit des herstellenden Arbeiters a'bhängt, ist auf die Dauer bei solchen Werkzeugen auch nur mit einer beschränkten Maßhaltigkeit zu rechnen. Wenn man bedenkt, daß sich die Anzugmaße der Keilformen in der Größenordnung von tausendstel bis wenige hundertstel Millimeter bewegen, dann ist auch leicht zu erkennen, daß schon geringe Verschiedenheiten in dem elastischen oder plastischen Verhalten des Werkstoffes zu verhältnismäßig großen Abweichungen in der Serienherstellung der Keilformen führen müssen, wodurch ebenfalls die Erreichung des angestrebten Zweckes erheblich erschwert wird. Vorliegende Erfindung bezweckt, die Herstellung von Gleitflächen mit in ihrer Bewegungsrichtung periodisch aufeinanderfolgenden, hydrodynamisch wirksame Schmierkeile ergebenden Keilformen unter Vermeidung der vorstehend aufgezeigten Nachteile auf einfache und betriebssichere Weise zu gewährleisten. Verfahrensgemäß wird dies in erster Linie dadurch erreicht, daß die Keilformen der Lauffläche mit ihren in der Größenordnung von tausendstel 'bis hundertstel Millimeter sich bewegenden Tiefenunterschieden mit Hilfe einer diese Tiefenunterschiede in Übermaß enthaltenden Schablone unter Reduktion des Schablonenübermaßes im Zuge des die Keilformen der Schablone erzeugenden Vorganges oder dessen Steuerung, ausgenommen durch elektrolytische Metallauftragung auf die Grundfläche, hergestellt werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, erhöhte Teilflächen zur Bildung von keilförmigen Schmiermittelräumen durch elektrolytische maßgerechte Metallauftragung auf die Grundfläche herzustellen.

Der die Keilformen der Lauffläche erzeugende Vorgang kann aus einer von der Schablone abhängigen Auftragung von Material auf die Lauffläche, ausgenommen elektrolytischer Metallauftragung, oder aus einer von der Schablone abhängigen Abtragung von Material von der Lauffläche oder aus einer von der Schablone abhängigen Verlagerung von Material in der Lauffläche bestehen. Im ersteren Falle kann das Material z. B. mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens auf die Lauffläche aufgebracht werden; im zweiten Falle kann das Material außer durch einen Lichtbogen z. B. auf elektrolytischem Wege durch Ionentransport oder durch einen Zerspanungsvorgang von der Lauffläche abgetragen werden; im dritten Falle läßt sich die Verlagerung des Materials in der Lauffläche z. B. durch einen Drückprozeß erreichen.

In vielen Fällen ist es vorteilhaft, daß die Keilformen in die Gleitfläche durch einen in der Richtung der Aufeinanderfolge der Keilformen fortschreitenden und von der Schablone aus gesteuerten Arbeitsvorgang eingearbeitet werden. Zweckmäßig werden bei diesem Arbeitsvorgang das Werkstück (Lauffläche) und das Formwerkzeug in der Richtung der Aufeinanderfolge der Keilformen fortlaufend und in der Querrichtung dazu periodisch durch die Schablone gesteuert, mit Bezug zueinander bewegt, wobei in zweckmäßiger Weise die periodische Quersteuerung des Formwerkzeuges oder/und des Werkstückes beim Arbeitsvorgang von der fortlaufend in Richtung der Aufeinanderfolge der Keilformen erfolgenden Arbeitsbewegung abgeleitet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient in erster Linie zur Einarbeitung von hydrodynamisch wirksamen Keilformen in ebenen, keilförmigen oder balligen Gleitflächen von Axiallagern; doch können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Keilformen auf den Zylinder- bzw. Kegellaufflächen von Radiallagern hergestellt werden, sofern bei solchen Lagern auf die Vorsehung zusätzlicher, hydrodynamisch wirksamer Keilformen Wert gelegt wird; denn im allgemeinen ergibt sich bei Zapfenlagerungen ein keilförmiger Schmierspalt schon, automatisch aus dem Lagerspiel, während bei Axiallagern 'die Schmierkeile auf jeden Fall durch künstliche Mittel herbeigeführt werden müssen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vielseitig. Dadurch, daß die Schablonen die Tiefenunterschiede der Keilformen in Übermaß enthalten, können sie leicht und billig mit der erforderlichen Genauigkeit hergestellt werden. Diese Schablonen ergeben auch bei entsprechender, jedenfalls leicht durchführbarer Reduktion oder Untersetzung des Schäbonenübermaßes überaus genaue und untereinander vollkommen gleiche Keilformen von den bereits angegebenen, überaus kleinen Steigungen und Tiefenunterschieden, ohne daß die geometrische Grundform der Lauffläche irgendwie beeinträchtigt würde. Die periodischen Ouersteuerbewegungen können von der Schablone auf das quer ge-

steuerte Element auf mechanischem Wege, aber auch durch ein fließbares Übertragungsmittel auf hydraulischem oder pneumatischem oder elektrischem Wege übertragen werden. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren periodische Ouersteuerbewegungen von verhältnismäßig geringer Amplitude für die Durchführung des gesteuerten Arbeitsvorganges in Betracht kommen, so können diese Ouersteuerbewegungen auch auf magnetostriktivem

ίο Wege bewirkt werden.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens 'besteht auch darin, daß es zu seiner Durchführung nur einfacher Einrichtungen bedarf. Die Ausbildung der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens richtet sich nach der Art des die Keilformen bildenden Vorganges. Besteht dieser aus einem fortlaufenden Arbeitsvorgang, z. B. in der Form eines fortlaufenden Zerspanungs- oder Drückprozesses, so ist die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im allgemeinen dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schablone mit in einer Richtung sich wiederholenden, gegenüber den herzustellenden Keilformen, überhöhten Steuereinheiten, z. B.

Steuerkeilen, aufweist, welche Schablone mit einer Einspannvorrichtung für das die Gleitfläche enthaltende Werkstück auf Bewegung verbunden ist und mit einer Tasteinrichtung zusammenwirkt, die durch eine ihre Steuerbewegungen mit Untersetzung übertragende Einrichtung mit einem quer zur Bewegungsrichtung der zu bearbeitenden Gleitfläche beweglichen Werkzeug bzw. Werkzeugträger steuernd in Verbindung steht. Von dieser Einrichtung können mindestens einige Teile, z. B. die Tasteinrichtung, die Übertragungseinrichtung und die das Werkzeug bzw. den Werkzeugträger steuernde Einrichtung, als Anbaugeräte für spanabhebende Werkzeugmaschinen, z. B. Drehbänke, Schleifmaschinen, Automaten od. dgl., ausgebildet sein.

Die geringsten Vorkehrungen erfordert aber, sofern eine galvanische Einrichtung bereits vorhanden ist, das galvanische Verfahren, bei dem nur noch die Schablone als Elektrode anzufertigen ist. Es ist bekannt, Lagergleitflächen, vorzugsweise Zylinderlaufflächen von Verbrennungskraftmaschinen, durch Aufrauhung oder Einarbeitung von Vertiefungen oder Rillen für die Hartverchromung der Gleitfläche geeigneter zu machen und eine \^erbesserung der Ölhaftung zu erzielen. Derartige Maßnahmen haben mit der vorliegenden Erfindung nichts zu tun und bilden auch nicht Gegenstand derselben.

In den Zeichnungen sind an Hand der Fig. 2 bis 16 verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zur Durchführung dieser Verfahren dienenden Einrichtungen schematisch veranschaulicht.

In den Fig. 2 und 2 a ist schematisch das Prinzip der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es bedeutet ι das z. B. aus einer Bund'büchse bestehende Werkstück, auf dessen Stirnfläche 1' die hydrodynamisch wirksamen Keilformen 3 ausgebildet werden sollen. Das Werkstück 1 ist in einem Einspannkopf 6 eingespannt, der mit einer ringförmigen Schablone 7 auf Drehung verbunden ist. Die Schablone 7 weist den einzuarbeitenden Keilformen 3 entsprechende, gegenüber diesen Keilformen aber stark überhöhte Steuereinheiten, z. B. Steuerkeile 8, im nachstehenden Steuermarkierungen genannt, auf, die mit einer Tasteinrichtung 9 zusammenwirken. Die durch die Steuermarkierung8 demTaster9 periodisch mitgeteilten Steuerimpulse werden durch eine mit Untersetzung arbeitende Übertragungseinrichtung 10 auf eine Wiedergabeeinrichtung 11 übertragen, welche das formgebende Werkzeug 12 bzw. einen diesem Werkzeug zugeordneten Werkzeugträger steuert. Es ist möglich, die Amplituden der Schwingungen des Werkzeuges durch geeignete Wahl des Untersetzungsverhältnisses der Übertragungseinrichtung 10 in die gewünschte Größe zu bringen. Da im Sinne einer rationellen Fertigung mit größeren Geschwindigkeiten gerechnet werden muß, kann das ganze System durch Einbau von Dämpfungsvorrichtungen möglichst frei von Eigenschwingungen gehalten werden.

Läuft, wie in den Fig. 2 und 2 a gedacht, die Schablone 7 direkt synchron mit dem Werkstück 1, dann sind auf der Schablone gleich viele Steuermarkierungen 8 als Keilformen am Werkstück 1 erforderlich. In manchen Fällen kann es jedoch vorteilhafter sein, die Schablone durch eine starre Übersetzung auf eine ganzzahlig vielfache Drehzahl zu bringen und dafür im Sinne einer einfacheren Herstellung der Schablone diese nur mit einem Bruchteil von Steuermarkierungen zu versehen. Diese Möglichkeit ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. In dieser Figur bedeutet 1 wieder das Werkstück, 7 die Schablone mit den überhöhten Steuermarkierungen 8, 9 ist die Tasteinrichtung, 10 die mit Untersetzung arbeitende Übertragungseinrichtung, 11 das Wiedergabegerät und 12 das Formwerkzeug. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel weist die Schablone an Steuermarkierungen 8 nur den dritten Teil der Anzahl der auf dem Werkstück ι auszubildenden Keilformen auf. Die Über-Setzung im Antriebsweg dieser Schablone muß daher den reziproken Wert dieses Bruchteiles aufweisen. Diese Übersetzung wird von einem Zahnradpaar 14, 15 gebildet und besitzt im vorliegenden Falle den Wert 3:1, nachdem am Werkstück z. B. sechs Keilformen einzuarbeiten sind, während die Schablone nur zwei Steuermarkierungen 8 aufweist. Dadurch wird zweifellos die Herstellung der Schablone eine einfachere und billigere.

Da die Schablone das gewünschte Steuerprofil in irgendeinem geometrischen oder physikalischen Maßstab enthalten soll, die erforderlichen Amplituden am Werkstück aber nur äußerst klein sind, ist es zweckmäßig, durch ein großes Untersetzungsverhältnis die den Amplituden entsprechenden Maße auf der Schablone zwecks leichterer Herstellbarkeit derselben möglichst groß zu halten.

Dieser Grundgedanke läßt sich auf die verschiedensten Arten verwirklichen. Bei dem als Beispiel gewählten rein mechanischen System gemäß Fig. 4 wird eine mitlaufende Schablone 7 verwendet, deren

Steuermarkierungen 8 geometrische, d. h. räumliche Form besitzen. Diese Form ist eine in einem bestimmten Maßstab, z. B. 50:1, vergrößerte Wiedergabe des angestrebten Werkstückprofils. Mit 1 ist hier wiederum das Werkstück bezeichnet, 7 ist die Schablone, 8 sind die Steuermarkierungen, und 9 ist der Taststift, der entlang der Oberfläche der Schablone gleiten kann. Der Taststift 9 ist am freien Ende eines elastischen Stabes 16 befestigt, der mit seinem anderen Ende in einer Halteeinrichtung 17, z. B. einem Maschinensupport, eingespannt ist. An einer diesem Einspannende näher liegenden Stelle steht der federnde Stab 16 mit dem Werkzeug 12 steuernd in Verbindung. Wird das freie Ende des Stabes 16 durch den Taststift 9 um ein gewisses Maß herausgebogen, dann macht das Werkzeug 12 diese Bewegung wohl auch mit, aber nur mit einem Bruchteil des Taststiftweges, da sich das freie Stäbende erheblich stärker durchbiegen kann als die nahe der Einspannstelle liegende Verbindung mit dem Werkzeug 12. Der Verlauf der Durchbiegung ist durch die bekannte elastische Linie 19 charakterisiert, die in Fig. 4 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet wurde. Man hat es so durch entsprechende, im voraus genau berechenbare Proportionen des sta'bförmigen Übertragungselementes in der Hand, bestimmte und verhältnismäßig große Untersetzungsverhältnisse zu erzielen, wie sie zur Einarbeitung kleiner Keilhöhen erforderlich, mit Hebel aber in so einfacher Form nicht erreicht werden können. Ein weiteres sehr zweckmäßiges Mittel zur Erzielung einer großen Untersetzung durch den Federstab ist auch darin gelegen, daß man den Querschnitt des Stabes vom eingespannten Ende zum freien Schwingende hin planmäßig verändert. Eine solche zweckmäßige Querschnittveränderung besteht z. B. darin, daß der Stabquerschnitt vom Einspannende aus bis zum freien Spielende hin allmählich, gegebenenfalls stufenförmig abnimmt.

Praktische Versuche mit einem solchen Übertragungssystem haben gezeigt, daß Keilflächen von einer Schabolne im bestimmten Maßstab auf das Werkstück kopiert werden können. Allerdings muß hier der Taststift dieselben Vorschu'bbewegungen mitmachen wie das Werkzeug, so daß die Schablone nicht entlang einer geschlossenen Kreislinie, sondern entlang einer sehr engen Schraubenlinie bestrichen wird, die aber in der Vorschu'brichtung mindestens so lang sein muß wie der Vorschubweg des Werkzeuges.

Die Fig. 5 und 5 a zeigen ein Beispiel, bei welchem hydrodynamisch wirksame Keilflächen in Werkstoffen von großer Härte mittels Schleifwerkzeugen eingearbeitet werden. 1 ist hier das Werkstück in Form eines aus Stahl bestehenden Anlaufringes, 7 ist die Schablone in Form eines Ringes mit an der einen Stirnseite angeordneten Steuermarkierungen 8, 9 ist der mit diesen Steuermarkierungen zusammenwirkende Taster, der am freien Ende eines federnden Armes 20 sich befindet, welcher am Schleifspindelgehäuse 21 befestigt ist. Dieses Gehäuse ist an Bändern 22 so aufgehängt, daß die Spindelachse kleine Winkelauslenkungen, die z. B. in einer Horizontalebene liegen, ausführen kann. Mit 23 ist das formbildende Werkzeug, im vorliegenden Falle eine Schleifscheibe, bezeichnet.

Die in räumlicher Gestalt ausgeführten Steuermarkierungen der Schablone drängen den Taster 9 mehr oder weniger aus seiner Lage heraus. Der elastische Mittelteil des Armes 20 überträgt aber infolge seiner Durchfederung und wegen der Steifigkeit der Aufhängungen 22 nur einen kleinen Teil der Höhenunterschiede der Schablonenprofile auf das Gehäuse 21, so daß das Werkzeug 23 mit der angestrebten Untersetzung das Profil auf das Werkstück kopiert.

Die erforderlichen Steuefbewegungen für das Werkzeug lassen sich aber auch mit Hilfe fließbarer Übertragungsmittel, wie Flüssigkeiten oder Gase, also auf hydraulischem oder pneumatischem Wege herbeiführen. Fig. 6 zeigt schematisch eine diesbezügliche Ausführungsform. Auch hier läuft wieder eine Schablone 7 mit periodisch sich wiederholenden Steuermarkierungen 8 mit dem Werkstück ι um. Die Schablone 7 wirkt mit einem Taststift 9 zusammen, der über eine die Steuerbewegungen in Bewegungs- bzw. Druckimpulse umsetzende Einrichtung 25, z. B. Membranen, Kolben, Rohrfedern od. dgl., mit dem flüssigen oder gasförmigen Übertragungsmittel steuernd in Verbindung steht. Diese Impulse werden über eine Leitung 26 auf eine Wiedergäbeeinrichtung 27 übertragen, wo die Umkehrung des Aufnahmevorganges stattfindet, d. h. mit Hilfe von Membranen 28, Rohrfedern, Kolben oder ähnlichen Einrichtungen die Impulse des flüssigen oder gasförmigen Übertragungsmittels in mechanische Steuerbewegungen des Werkzeuges 12 umgesetzt werden.

Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt ein geschlossenes Übertragungssystem dar, d. h. ein System, bei welchem das Übertragungsmittel nach außen hin vollkommen abgeschlossen ist. Die durch die Bewegungen des Taststiftes hervorgerufenen Volumenveränderungen rufen VoIumenveränderungen im selben Ausmaß in der Wiedergabeeinrichtung hervor. Durch geeignete Wahl der Durchmesser der Membranen, Kolben od. dgl. läßt sich das Untersetzungsverhältnis wahlweise bestimmen. Auch in diesem Falle wirkt das Tastorgan, das gegebenenfalls auch aus einer Rolle bestehen kann, mit der Schablone, deren sich wiederholende Steuermarkierungen räumliche Form aufweisen, gleitend bzw. abrollend zusammen. Bei diesem System ist absolute Dichtheit nach außen hin unerläßlich.

Das Übertragungssystem kann aber auch ein nach außen hin offenes sein, indem die Druckschwankungen im System durch Veränderungen des Austrittsquerschnittes einer Düse hervorrufen werden, aus welcher das fließbare Übertragungsmittel ausströmt. Die Steuerung des Austrittsquerschnittes der Düse wird durch die Schablone bewirkt. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Steuerung mit nach außen hin offe- nem Übertragungssystem. Die Schablone 7 weist

ähnlich wie beim geschlossenen System gemäß Fig. 6 periodisch sich wiederholende Steuermarkierungen 8 in räumlicher Form auf. Diese Steuermarkierungen bewegen sich an einer feststehenden, gegen die Schablone hin offenen Düse 30 von relativ kleinem Austrittsquerschnitt vorbei. Dabei verkleinert oder vergrößert sich der resultierende Austrittsquerschnitt in beabsichtigtem Rhythmus der Schablone. Wird nun die Düse 30 mit einem Strom von Flüssigkeit oder Gas mit konstantem Druck beaufschlagt, der z. B. von einer Pumpe 31 herrühren kann, so entstehen durch die Veränderung beim Düsenaustritt Durckschwankungen im System. Diese Druckschwankungen werden durch eine Leitung 26 auf die Wiedergabeeinrichtung 27 übertragen, die dann unter dem Einfluß der Druckschwankungen das Werkzeug 12 bzw. den Werkzeugträger steuert. Diese Druckschwankungen führen somit in derselben Weise wie beim geschlossenen System die gesteuerten Bewegungen des Werkzeuges herbei. Das offene System ergibt aber den Vorteil, daß vor allem die Schablone keiner Abnutzung unterliegt und daß ferner das ganze System nicht in dem Maße dicht sein muß wie das geschlossene System, da das Arbeitsmedium im Überschuß von der Pumpe oder irgendeiner anderen Druckmittelquelle geliefert wird und daher kleine Undichtheiten nicht ins Gewicht fallen.

Bei der Lagerung und Führung des Werkzeuges bzw. Werkzeugträgers ist zu beachten, daß dieses in der Richtung der Steuerbewegung kleine, aber sehr rasche Schwingungen auszuführen hat, die durch Reibung in den Führungen, Passungen od. dgl. in keiner Weise gestört werden dürfen. Wie Fig. 8 zeigt, besteht ein einfaches Mittel zur Führung des Werkzeuges darin, daß dieses in zwei parallelen Membranen 32, 33 eingespannt wird, welche jede für sich die erforderliche Schwingungsweite ohne bleibende Verformung zulassen muß. Es ist aber, wie noch später beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 beschrieben wird, auch möglich, die eine Membran, z. B. die hintere Membran, durch eine Führung des Werkzeugstabes oder Werkzeugträgers zu ersetzen. Auf alle Fälle ist aber die Anwesenheit von mindestens einer Stützmembran erforderlich.

In vielen Fällen läßt sich, wie z. B. in Fig. 8 dargestellt ist, die hintere Stützmembran 33 in ein Gehäuse 34 einbauen, dessen Raum mit Flüssigkeit oder Gas erfüllt ist. Auf diese Weise kann, wenn diese Stützmembran kleine öffnungen mit Drosselwirkung aufweist, in einfachster Art eine Dämpfung erzielt werden.

Es ist auch möglich, die Steuerbewegungen des formgebenden Werkzeuges durch elektrische Übertragungsmittel zu übertragen. Zu diesem Zweck müssen die durch die Steuermarkierungen der Schablone gegebenen Profilcharakeristiken in elektrische Größen umgewandelt werden, die dann in einem auf das Werkzeug einwirkenden Wiedergabegerät wieder in mechanische Schwingungen der erforderlichen Charakteristik gewandelt werden. In Fig. 9 ist ein solches auf elektrische Steuerimpulse ansprechendes Wiedergabegerät schematisch veranschaulicht. 34 ist hier ein Gehäuse, das einen zum Einspannen geeigneten Schaft 34' aufweist. 12 ist das Werkzeug, das in einem Werkzeugschaft 12' eingespannt ist. Dieser Schaft wird von zwei Stützmembranen 32, 33 gehalten, die ihrerseits wieder im Gehäuse 34 festgehalten sind. Der Werkzeugschaft 12' ist von einem Elektromagnetsystem 36 umschlossen, dessen Pole gegenüber dem Anker 37 liegen, der mit dem Schaft 12' verbunden ist. Der Anker 37 kann in gewissen Fällen auch von einer der Stützmembranen gebildet werden. Mit 38 sind von außen kommende elektrische Zuleitungen bezeichnet. Zweckmäßig werden die Stromimpulse auf dem Wege zum Magnetsystem 36 in einer Verstärkeranlage verstärkt. Der Raum des Gehäuses 34 innerhalb der vorderen Stützmembran 32 kann z. B. mit öl oder anderen geeigneten Flüssigkeiten gefüllt sein, damit bei Anwendung einer perforierten inneren Stützmembran 33 eine Dämpfung von unerwünschten Nebenschwingungen erzielt werden kann. Durch Wahl der Lage des Ankers 37 mit Bezug zum Manetsystem 36 kann die Richtung des Ausschwingens des Werkzeuges beeinflußt werden.

Bei den in den Fig. 10 und 11 dargestellten Wiedergabegeräten werden die magnetostriktiven Eigenschaften gewisser Werkstoffe, z. B. von Eisen-Nickel-Legierungen, zu Steuerzwecken für das Werkzeug ausgenutzt. Im Wesen ist hier das Werkzeug am äußeren Ende eines Stabes, der magnetostriktiv reagiert, eingespannt und das andere Stabende z. B. vom Maschinensupport festgehalten. Wird der Stab den Einwirkungen eines im Rhythmus der Schablone schwingenden magnetischen Feldes ausgesetzt, dann kann mit dem Werkzeug das Schablonenprofil auf das Werkstück »kopiert« werden.

Ein Ausführungsbeispiel für magnetostriktive Steuerung zeigt Fig. 10. Ein auf der einen Seite zu einem Einspannschaft ausgebildetes Gehäuse 10 ist mit dem magnetostriktiven Stab und Werkzeughalter 41 einseitig fest verbunden. Die äußere Abstützung erfolgt durch die Stützmembran 32. Der Stab ist von einer Spule 42 umgeben, welche die erforderlichen Feldwindungen enthält. Bei zu kleinen Längendehnungen kann, wie Fig. 11 als no Beispiel zeigt, die Wirkung nahezu verdoppelt werden, wenn der innere, magnetostriktiv reagierende Stab 41, der von der Spule 42 umgeben ist, nicht direkt mit dem Einspannschaft verbunden wird, sondern über den Umweg eines ebenfalls, jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen wirkenden magnetostriktiven Hohlkörpers 43 am vorderen Ende 44 des Einspannschaftes befestigt ist. Die Stützmembran 32 ist so wie beim einfachen System angeordnet. Es liegen also hier mindestens zwei magnetostriktiv reagierende Körper vor, die abwechselnd miteinander verbunden und dadurch hintereinandergeschaltet sind, wobei der an einem Ende der Hintereinanderschaltung vorgesehene Körper eingespannt ist, während der andere Körper steuernd mit dem Werkzeug in Verbindung

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steht. Allerdings lassen sich, wenn nicht der magnetostriktiv reagierende Körper allzu lang werden sollte, auch mit dieser Kombination nur Amplituden geringeren Ausmaßes erzielen, die aber für die kleinen Steuerbewegungen des Werkzeuges meist ausreichen. Die Arten der Steuermarkierungen der Schablone zur Hervorrufung elektrischer Schwingungen sowie die Arten der Umwandlung können die mannigfaltigsten sein.

ίο Man kann, wie Fig. 12 als Beispiel schematisch zeigt, Kapazitätsänderungen eines elektrischen Schwingungskreises zur Erzeugung der elektrischen »Pronlwellen« heranziehen. Zu diesem Zweck erhält die Schablone 7 in der Umfangsrichtung periodisch aufeinanderfolgende Steuermarkierungen 8 von räumlicher Gestalt. Nahe gegenüber dieser wellenförmigen Oberfläche befindet sich ein isolierter Körper 45, der über einen elektrischen Kreis 46 wieder mit der Schablone verbunden ist.

In diesem elektrischen Kreis bilden dann 7 und 45 zusammen einen Kondensator, dessen Kapazität mit dem veränderlichen Luftspalt zwischen 7 ^un<i 45 zusammenhängt. Diese beim Lauf der Schablone sich ergebenden Änderungen im Schwingungskreis 46 können dann, entsprechend verstärkt, zur Steuerung des Wiedergabegerätes verwendet werden. Es kann aber auch die elektrische Kopplung zweier Spulen über die mit räumlichen Steuermarkierungen versehene Schablone zur Steuerung elekfrischer Schwingungskreise und damit auch zur Steuerung des Wiedergabegerätes benutzt werden. Fig. 13 zeigt einen solchen Fall schematisch als Beispiel. Gegenüber der Schablone 7 mit den Steuermarkierungen 8 befindet sich ein System von zwei Spulen 48, welches einerseits an einen festen Schwingungskreis 49 und andererseits an den Steuerkreis 50 angeschlossen ist. Da der Kopplungsgrad von der wechselnden Entfernung der gegenüberliegenden Schablone abhängt, werden auch hier elektrische »Profilwellen« erzeugt, die wieder, wie im vorigen Fall, zur Steuerung des Wiedergabegerätes verwendet werden.

Es ist auch möglich, einen magnetischen Fluß so durch die Schablone zu leiten, daß der Luftspalt zwischen Schablone und Joch im Sinne der Steuermarkierungen durch deren räumliche Form verändert wird, womit ebenfalls »Profilschwingungen« im elektrischen Kreis und weiter in der »Wiedergabeeinrichtung« entstehen. Fig. 14 zeigt als Beispiel ein Schema für diesen Fall. Die Schablone 7 mit den Steuermarkierungen 8 wird von magnetischen Kraftlinien, die vom Joch 52 ausgehen, durchflutet. Das Joch 52 ist mit einer Spule 53 versehen, die mit dem elektrischen Kreis 54 verbunden ist. Der Spalt 55 zwischen Joch und Schablone verändert sich im Takt der Steuermarkierungen und steuert damit über den elektrischen Kreis die Wiedergabeeinrichtung.

Während alle bisherigen Steuermarkierungen der Schablone räumliche Gestalt besitzen, ist es auch möglich, die Steuermarkierungen der Schablone durch Quermagnetisierung, ähnlich wie die Tonspur bei magnetischen Tongeräten, auszuführen. Hier wird, wie Fig. 15 als Beispiel zeigt, auf einem am Schablonenring 7 befestigten, für Quermagnetisierung geeigneten Träger 57 die magnetische Markierung 58 aufgebracht. Das Tastgerät oder der Abnehmer 59 liegt gegenüber und verwandelt die Markierung wieder in elektrische »Pröfilwellen«, die dann in der bekannten Weise für die Steuerung des Wiedergabegerätes verwendet werden.

Eine sehr übersichtliche und anpassungsfähige Art, elektrische »Profilwellen« hervorzurufen, liefert die Photozelle, wie die Fig. 16 und 16 a sehematisch als Beispiel zeigen. Eine Schablone 7 aus beliebigem Material mit räumlichen Steuermarkierungen 8 bewegt sich vor einer Photozelle 60, die so von einer Lichtquelle 61 angeleuchtet wird, daß die Bewegung der Schablone Schwankungen der auffallenden Lichtmenge hervorruft. Damit können im Steuerkreis 62 ebenfalls elektrische »Profilwellen« erzeugt werden, die dann in beschriebener Weise das Wiedergabegerät mit dem Werkzeug beeinflussen.

Es ist auch möglich, eine lichtdurchlässige Schablone zu verwenden, deren Markierung in einer gesetzmäßig verlaufenden Schwärzung besteht.

Ein überaus einfaches Verfahren zur Herstellung von hydrodynamisch wirksamen Keilformen ist die Abtragung von Material auf elektrolytischem Wege durch Ionentransport. Bei diesem elektrolytischen Abtragungsverfahren können auch Stromblenden in Anwendung kommen.

Zur Materialabtragung von der Lauffläche zwecks Herstellung hydrodynamisch wirksamer Keilformen kann auch ein elektrischer Lichtbogen verwendet werden. Hier ist an Stelle des bei früher beschriebenen Ausführungsformen zur Materialabtragung von der Lauffläche benutzten und von der Schablone gesteuerten Schneidwerkzeuges eine Elektrode in einem Werkzeughalter isoliert eingespannt, von der der Lichtbogen zu dem nahe gegenüber befindlichen Werkstück überspringen kann. Dabei findet eine fast punktförmige Abtragung statt, die bei der Steuerung im Sinne des Bisherigen zur Formgebung benutzt werden kann. Die Steuerung des Angriffes des Lichtbogens an der Lauffläche kann durch Änderung der Stromstärke oder des Abstandes erzielt werden.

In Umkehrung dieses Verfahrens kann mit ähnlichen Maßnahmen und Steuermethoden mittels eines elektrischen Lichtbogens auch Material im gesetzmäßigen Verlauf auf die Lauffläche aufgetragen werden.

Die Erfindung eignet sich zur Herstellung von Gleitflächen aller Art mit periodisch aufeinanderfolgenden, hydrodynamisch wirksame Schmierkeile ergebenden Keilformen. So können Keilflächen sowohl auf zylindrische als auch auf ebene, kegelförmige und ballige Laufflächen übertragen werden. Dasselbe gilt auch für die Anarbeitung hydrodynamisch wirksamer Keilflächen auf Laufflächen für schiebende Bewegung, wie z. B. bei Führungen.

Es ist auch gleichgültig, ob es sich dabei um bewegte oder stillstehende Laufflächen handelt.

Das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung kann für jede Material art angewendet werden, da das formgebende Werkzeug sowohl eine als auch mehrere Schneiden haben kann (z. B. Schleifscheiben) bzw. bei elektrischer Materialauf- oder -abtragung die Elektrode der Materialart angepaßt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Gleitflächen mit in der Bewegungsrichtung periodisch aufeinanderfolgenden, hydrodynamisch wirksame Schmierkeile ergebenden Keilformen, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilformen der Lauffläche mit ihren in der Größenordnung von tausendstel bis hundertstel Millimeter sich bewegenden Tiefenunterschieden mit Hilfe einer die Tiefenunterschiede der Keilformen im Übermaß enthaltenden Schablone unter Reduktion des Schablonenübermaßes im Zuge des die Keilformen der Lauffläche erzeugenden Vorganges oder dessen Steuerung, ausgenommen durch elektrolytische Metallauftragung auf die Grundformfläche, hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Keilformen der Lauffläche erzeugende Vorgang aus einer von der Schablone abhängigen Auftragung von Material auf die Lauffläche, ausgenommen durch elektrolytische Metallabtragung auf die Grundfläche, besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Keilformen der Laufflächen erzeugende Vorgang aus einer von der Schablone abhängigen Abtragung von Material von der Lauffläche besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Keilformen der Lauffläche erzeugende Vorgang aus einer von der Schablone abhängigen Verlagerung von Material in der Lauffläche besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallabtragung auf elektrolytischem Wege durch Ionentransport erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Keilformen der Lauffläche erzeugende Vorgang in einem durch elektrischen Lichtbogen bewirkten Auftragprozeß besteht, wobei die verschiedenen Tiefen-Wirkungen durch Änderungen der Elektrodenabstände und/oder der Stromstärke bewirkt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Keilformen der Lauffläche erzeugende Vorgang in einem durch elektrischen Lichtbogen bewirkten Abtragprozeß besteht, wobei die verschiedenen Tiefenwirkungen durch Änderungen der Elektrodenabstände und/oder der Stromstärke bewirkt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilformen in die Lagerfläche durch einen in der Richtung der Aufeinanderfolge der Keilform fortschreitenden und mittels der Schablone gesteuerten Arbeitsvorgang eingearbeitet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (Lagerfläche) und das Werkzeug beim Arbeitsvorgang in der Richtung der Aufeinanderfolge der Keilformen fortlaufend und in der Querrichtung dazu periodisch durch die Schablone gesteuert, mit Bezug zueinander bewegt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Quersteuerung des Werkzeuges oder/und des Werkstückes beim Arbeitsvorgang von der fortlaufend in Richtung der Aufeinanderfolge der Keilformen erfolgenden Arbeitsbewegung abgeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsvorgang aus einem Zerspanungsprozeß besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsvorgang aus einem Drückprozeß besteht.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die periodischen Quersteuerbewegungen von der Schablone auf das quer gesteuerte Element auf mechanischem Wege übertragen werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8

bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die periodischen Quersteuerbewegungen von der Schablone auf das quer gesteuerte Element durch ein fließbares Übertragungsmittel, z. B. auf hydraulischem,pneumatischem oder elektrischem Wege, übertragen werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die periodischen Quersteuerbewegungen durch eine in Abhängigkeit von den periodischen Steuerformen der Schablone erfolgende Veränderung des Ausströmquerschnittes eines strömenden Übertragungsmittels bewirkt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schablone Veränderungen elektrischer Größen hervorgerufen und dadurch periodische, mechanische Quersteuerbewegungen in einem das quer gesteuerte Element steuernden Magnetsystem erzeugt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die steuernden elektrischen Größen durch Kapazitätsveränderungen in einem elektrischen Schwingungskreis gesteuert werden, wobei die eine Kondensatorplatte von der bewegten Schablone und die zweite Kondensatorplatte von einem isolierten Leiter

gebildet wird, der in einem Abstand von der mit periodischen Erhöhungen und Vertiefungen versehenen Schablone sich befindet.

18. Verfahren nach Anspruch i6, dadurch gekennzeichnet, daß die steuernden elektrischen Größen durch Veränderung der Induktivität in einem elektrischen Schwingungskreis gesteuert werden, wobei der Grad der Kopplung des Steuerkreises mit einem konstanten Schwingungskreis durch die periodisch mit Erhöhungen und Vertiefungen versehene Schablone geändert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Steuerkreis durch eine Photozelle gesteuert wird, vor der eine Schablone mit periodisch verlaufender Lichtdurchlässigkeit derart bewegt wird, daß ein durch die Schablone auf eine Photozelle gerichteter Lichtstrahl in seiner Stärke periodisch verändert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Steuerkreis durch eine auf der Schablone angeordnete magnetische Markierung gesteuert wird, die dem Verlauf der einzuarbeitenden Keilformen entspricht.

21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem magnetischen Kreis verkettete elektrische Steuerkreis durch periodische, mittels der Schablone herbeigeführte Veränderung des Luftspaltes im Magnetkreis gesteuert wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die periodischen Quersteuerbewegungen beim Arbeitsvorgang auf magnetostriktivem Wege bewirkt werden.

23. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schablone mit in einer Richtung sich wiederholenden, gegenüber den herzustellenden Keilformen überhöhten Steuermarkierungen aufweist, welche Schablone mit einer Einspannvorrichtung für das die Lagerfläche enthaltende Werkstück auf Bewegung verbunden ist und mit einer Tasteinrichtung zusammenwirkt, die durch eine ihre Steuerbewegungen mit Untersetzung übertragende Einrichtung mit einem quer zur Bewegungsrichtung der zu bearbeitenden Lagerfläche beweglichen Werkzeug bzw. Werkzeugträger steuernd in Verbindung steht.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone, bezogen auf die Anzahl der in die Lagerfläche einzuarbeitenden Keilformen, nur mit einer einen Bruchteil bildenden Anzahl von Steuermarkierungen ausgestattet und durch eine diesem Bruch reziproke Übersetzung mit der Einspannvorrichtung für das Werkstück auf Bewegung verbunden ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß in der Übertragungseinrichtung mindestens ein elastisches Übertragungselement, zweckmäßig ein biegeelastisches Übertragungselement eingeschaltet ist.

26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Übertragungselement aus einem elastischen Stab besteht, der mit seinem einen Ende eingespannt ist und der an einer von diesem eingespannten Ende entfernt liegenden Stellemit der Tasteinrichtung und an einer dem eingespannten Ende näher liegenden Stelle mit dem Werkzeug bzw. dem Werkzeugträger auf Bewegung verbunden ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Stabes vom Einspannende gegen das freie Schwingende hin planmäßig sich verändert, zweckmäßig allmählich oder stufenförmig abnimmt.

28. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung aus einem nach außen geschlossenen, ein flüssiges oder gasförmiges Übertragungsmittel enthaltendes Leitungssystem besteht, das über die Steuerbewegungen übertragende Einrichtungen, z. B-. Kolben, Rohrfedern, Membranen od. dgl., mit der Tasteinrichtung und mit dem Werkzeug bzw. mit dem Werkzeugträger in Verbindung steht.

29. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung aus einem durch eine Pumpe od. dgl. unter konstantem Flüssigkeits- oder Gasdruck gehaltenen Leitungssystem besteht, das durch eine im Bereich der Schablone ausmündende Düse nach außen hin offen ist und hinter der Düse über die Druckänderungen des Übertragungsmittels in Steuerbewegungen umsetzende Einrichtungen, z. B. Kolben, Rohrfedern, Membranen od. dgl., mit dem Werkzeug bzw. dessen Träger in Verbindung steht.

30. Einrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug bzw. Werkzeugträger in mindestens einer Tragmembran eingespannt ist.

31. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug bzw. der Werkzeugträger in zwei parallel zueinander verlaufenden Membranen eingespannt ist.

32. Einrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Membranen mit Drosselöffnungen ausgestattet ist.

33. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasteinrichtung mit einer elektrische Stromimpulse abgebenden Einrichtung und diese durch elektrische Übertragungsmittel mit einer die Stromimpulse in Steuerbewegungen des Werkzeuges bzw. Werkzeugträgers umsetzenden Einrichtung verbunden ist.

34. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasteinrichtung mit der Schablone zu einer elektrische Stromimpulse abgebenden Einrichtung ausgebildet und diese durch elektrische Übertragungsmittel mit einer

die Stromimpulse in Steuerbewegungen des Werkzeuges bzw. Werkzeugträgers umsetzenden Einrichtung verbunden ist.

35. Einrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stromimpulse in Steuerbewegungen des Werkzeuges bzw. Werkzeugträgers umsetzende Einrichtung aus einem Magnetsystem besteht.

36. Einrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stromimpulse in Steuerbewegungen des Werkzeuges bzw. Werkzeugträgers umsetzende Einrichtung aus mindestens einem magnetostriktiv reagierenden Körper, zweckmäßig in Stabform, besteht.

37. Einrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei oder mehrere magnetostriktiv reagierende Körper aufweist, die abwechselnd miteinander verbunden und dadurch hintereinandergeschaltet sind, wobei der an einem Ende der Hintereinanderschaltung vorgesehene Körper eingespannt ist, während der andere Endkörper steuernd mit dem Werkzeug bzw. dem Werkzeugträger in Verbindung steht.

38. Einrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der elektrischen Übertragungsmittel ein Verstärker angeordnet ist.

39. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige ihrer Teile, z. B. die Tasteinrichtung, die Übertragungseinrichtung und die das Werkzeug bzw. den Werkzeugträger steuernde Einrichtung als Anbaugerät für spanabnehmende Werkzeugmaschinen, z. B. Drehbänke, Schleifmaschinen, Automaten od. dgl., ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 583872;
USA.-Patentschrift Nr. 2572021.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen