DE3005046C2

DE3005046C2 - Lathe for circumferential machining of non-circular piston rings

Info

Publication number: DE3005046C2
Application number: DE19803005046
Authority: DE
Inventors: Otto 5653 Leichlingen Feller; Alois 5093 Burscheid Skrobek
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1980-02-11
Filing date: 1980-02-11
Publication date: 1982-05-06
Also published as: DE3005046A1; GB2068815A; GB2068815B

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmaschine für die Umfangsbearbei.ung unrunder Kolbenringe, mit einer von einem Hydromotor angetr'ebenen Drehspindel, deren Winkelgeschwindigkeit pro Umdrehung zwischen zwei Grenzwerten mitte'"·; eines zwischen Hydropumpe und Hydromotor angeordneten verstellbaren Drosselventils, das von einer synchron mit der Drehspindel umlaufenden Kurvenscheibe gesteuert wird, veränderbar ist.The invention relates to a lathe for circumferential machining of non-circular piston rings, with a rotating spindle driven by a hydraulic motor, whose angular speed per revolution between two limit values middle '"·; one between Hydraulic pump and hydraulic motor arranged adjustable throttle valve, which is synchronized by a Rotary spindle rotating cam is controlled, is changeable.

Durch die als gattungsbildend anzusehende CH-PS I 80 VM ist bereits ein Verfahren und eine danach arbeitende Vorrichtung bekannt, wobei zum Schleifen oder Fräsen von unrunden Nocken die Winkelgeschwindigkeit des zu bearbeitenden Werkstückes derart veränderbar ist, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen der Berührungsstelle des Werkzeuges auf dem Werkstück und dem Werkstück selbst konstant oder nahezu konstant ist. Realisiert ist dies durch den Einsatz eines hydraulichen Antriebsmotors,dessen Antriebswellen — Winkelgeschwindigkeit mittels einer auf der Antriebswelle befestigten und von einem synchron mit der Schleifspindel umlaufenden und von einem Steuernocken abtastbaren Kurvenscheibe über ein zwischen der Hydropumpe und dem Hydromotor angeordnetes, verstellbares Drosselventil zwischen zwei Grenzwerten mittels eines Steuernockens steuerbar ist. Die Schleifspindel wird dabei direkt ohne Über- oder Untersetzung von dem Hydromotor angetrieben. From CH-PS I 80 VM , which is to be regarded as generic, a method and a device working according to it is already known, the angular speed of the workpiece to be machined being variable for grinding or milling non-circular cams in such a way that the relative speed between the point of contact of the tool on the Workpiece and the workpiece itself is constant or almost constant. This is achieved through the use of a hydraulic drive motor, whose drive shafts - angular speed by means of a cam that is fastened to the drive shaft and rotates synchronously with the grinding spindle and can be scanned by a control cam via an adjustable throttle valve between two limit values by means of an adjustable throttle valve arranged between the hydraulic pump and the hydraulic motor a control cam is controllable. The grinding spindle is driven directly by the hydraulic motor without any step-up or step-down.

Bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung handelt es sich um eine allgemein für das Bearbeiten unrunder Werkstücke geeignete Einrichtung. Diese Vorrichtung ist jedoch nicht ohne weiteres für die Drehbearbeitung von unrunden Kolbenringumfangsflächen einsetzbar, auch dann nicht, wenn eine beispielsweise aus der US-PS 29 32 227 bekannte Kolbenring-Unrund-Drehmaschine entsprechend der Lehre der CH-PS I 80 127 konstruktiv angepaßt werden würde. Die mechanische Abtastung eines Steuernockens zur Regelung der Menge beziehungsweise Geschwindigkeit der dem Antriebsmotor zugeführten Druckflüssigkeit gestattet nur relativ niedrige Winkelgeschwindigkeiten der Drehspindel, so daß eine anzustrebende optimale Drehbearbeitung mit relativ hohen Schnittgeschwindigkeiten bei relativ geringen Spanriuerschnitten nicht realisierbar ist.The device described above is a device generally suitable for machining non-circular workpieces. However, this device cannot easily be used for turning non-circular piston ring circumferential surfaces, even if a piston ring non-circular lathe known for example from US Pat. No. 2,932,227 would be structurally adapted in accordance with the teaching of CH-PS I 80 127 . The mechanical scanning of a control cam to regulate the amount or speed of the hydraulic fluid supplied to the drive motor allows only relatively low angular speeds of the rotary spindle, so that an optimal turning operation with relatively high cutting speeds and relatively small chip grooves cannot be achieved.

Neben dem Problem der beim Drehen wesentlich höheren Drehzahl der das Werkstück aufnehmendenIn addition to the problem of the significantly higher speed of the workpiece picking up when turning

ίο Spindel als beim Schleifen oder Fräsen stellt sich bei der Drehbearbeitung unrunder Kolbenringumfangsflächen zusätzlich das Problem der hohen Unrundabweichungen innerhalb eines relativ kurzen Umfangsabschnittes, nämlich im Bereich des späteren Ringstoßes. Eine dieseίο Spindle than when grinding or milling turns out to be Turning of non-circular piston ring circumferential surfaces also the problem of high non-circularity within a relatively short circumferential section, namely in the area of the later ring joint. One of these

ι i besonderen Bedingungen berücksichtigende Anpassung der Winkelgeschwindigkeit der Drehspindel an die tatsächliche Umfangskontur des Werkstückes würde zu extrem hohen Beschleunigungen in der Zustellbewegung des Werkzeuges im Stoßbereich des Kolbenringes führen. Diese Beschleunigungsspitzen sind nur schwer beherrschbar und mittels eines Steuernockens entsprechend der CH-PS 1 80 127 nicht realisierbar.ι i adaptation taking into account special conditions the angular speed of the rotary spindle to the actual circumferential contour of the workpiece would increase extremely high accelerations in the infeed movement of the tool in the impact area of the piston ring to lead. These acceleration peaks are difficult to control and can be controlled accordingly by means of a control cam of CH-PS 1 80 127 cannot be implemented.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, den durch die CH-PS an sich bekannten hydraulischen Antrieb mit veränderbarer Winkelgeschwindigkeit der das Werkstück aufnehmenden Spindel derart zu verbessern, daß bei gleichzeitiger Erhöhung bisheriger Arbeitsgeschwindigkeiten die Nachteile eines mechanisch abtastbaren Steuernockens in Form einer Kurvenscheibe zur alleinigen Regelung des Hydraulik-Antriebes für die Drehspindel vermieden werden.The object of the invention, on the other hand, is to provide the hydraulic system known per se from the CH-PS Drive with variable angular speed of the workpiece receiving spindle in such a way improve that while increasing previous operating speeds the disadvantages of a mechanical Scannable control cam in the form of a cam disc for sole control of the hydraulic drive for the turning spindle can be avoided.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zum Drosselventil ein von einer synchron mit der Drehspindel umlaufenden Schalteinrichtung betätigtes Absperrventil und in die Zuleitung von der Hydropumpe zum Hydromotor ein Hydrospeicher geschaltet sind.According to the invention, this object is achieved in that, in parallel with the throttle valve, one of a synchronous with the rotary spindle rotating switching device operated shut-off valve and in the supply line of the Hydraulic pump are connected to the hydraulic motor, a hydraulic accumulator.

Diesem Vorschlag liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die am weitesten voneinander abweichenden Werte der Krümmungsänderung eines unrumien Kolbenringumfanges etwa diametral gegenüberliegen, nämlich einmal im Bereich des Ringstoßabschnittes mit zwei dicht nebeneinander liegenden, relativ kleinen Krümmungshalbmessern und einmal im Bereich des Ringrückens mit einem dem halben Nenndurchmesser des Kolbenringes entsprechenden, relativ großen Krümmungshalbmesser. Unter Berücksichtigung einer solchen Unrundkontur der zu bearbeitenden Werkstückumfangsfläche erscheint die sinusförmige Veränderung der Winkelgeschwindigkeit der Drehspindel, bezogen auf die jeweils positiv und negativ zu beschleunigenden Massen, als eine brauchbare und leistungssteigernde Lösung, wobei die Änderung der Winkelgeschwindigkeit nur näherungsweise der tatsächlichen Unrundkontur des Werk-Stückes entspricht.This proposal is based on the knowledge that the most widely differing values of the Change in curvature of a non-circular piston ring circumference are approximately diametrically opposite, namely once in the area of the ring joint section with two relatively small radii of curvature lying close to one another and once in the area of the ring back with half the nominal diameter of the piston ring corresponding, relatively large radius of curvature. Taking into account such a non-circular contour The sinusoidal change in angular velocity appears on the workpiece peripheral surface to be machined the rotating spindle, based on the masses to be accelerated positively and negatively, as a useful and performance-enhancing solution, whereby the change in angular velocity is only approximate corresponds to the actual out-of-round contour of the workpiece.

Durch den vorgeschlagenen, zwischen zwei einstellbaren Grenzwerten regelbaren Hydroantrieb der Drehspindel ist es nunmehr möglich, dem Hydromotor einerseits über das verstellbare Drosselventil einen die Mindestdrehzahl der Drehspindel erzeugenden, relativ geringen Druckflüssigkeitsstrom, andererseits zur Erzielung der Maximaldrehzahl über das dem Drosselventil parallel geschaltete, geöffnete Absperrventil aber auch einen relativ großen DruckflüssigkeitsstromWith the proposed hydraulic drive that can be regulated between two adjustable limit values Rotary spindle, it is now possible, on the one hand, to the hydraulic motor via the adjustable throttle valve Minimum speed of the rotary spindle generating, relatively low hydraulic fluid flow, on the other hand to achieve the maximum speed via the open shut-off valve connected in parallel to the throttle valve also a relatively large flow of hydraulic fluid

Ί5 zuzuleiten. Die zwischen den zwei Grenzwerten dann sinusförmig verlaufende Veränderung der Winkelgeschwindigkeit wird dabei durch abwechselndes Schließen und Offnen des Absperrventil in Verbindung mitΊ5 to be forwarded. The one between the two limits then A sinusoidal change in the angular velocity is achieved by alternating closing and opening the shut-off valve in conjunction with

dem Hydrospeicher erzielt, der bei konstanter Fördermenge der Hydropumpe nach dem Schließen des Absperrventil einen Teil des Mediums aufnimmt und dieses nach dem öffnen des Absperrventiles zusätzlich zur Fördermenge der Hydropumpe in die Zuleitung zum Hydromotor abgibt. Die mit der Drehspindel verbundene Schalteinrichtung, beispielsweise in Form eines Steuernockens, dient dabei lediglich zum Auslösen jeweils eines öffnungs- und Schließimpulses pro Umdrehung cbr Drehspindel für die Betätigung des Absperrventiles. Ein an der Zuleitung hinter der Hydropumpe angeschlossenes Überdruckventil begrenzt aus Sicherheitsgründen den maximalen Druck des Mediums in der Rohrleitung.the hydraulic accumulator achieved at a constant flow rate the hydraulic pump takes up part of the medium after the shut-off valve is closed and this after opening the shut-off valve in addition to the delivery rate of the hydraulic pump in the supply line to the Hydraulic motor delivers. The switching device connected to the rotating spindle, for example in the form of a Control cam, only serves to trigger one opening and one closing pulse per Revolution cbr rotary spindle for actuating the shut-off valve. One on the supply line behind the A pressure relief valve connected to the hydraulic pump limits the maximum pressure for safety reasons of the medium in the pipeline.

Nach einer bevorzugt anzuwendenden Ausführungsvariante sind das Drosselventil und das Absperrventil in der Rückleitung zwischen Hydromotor und Hydropumpe angeordnet. Auf diese Wiese wird mit geringstem Leistungsverlust in der Zuleitung zum Hydromotor gearbeitetAccording to a preferred embodiment variant, the throttle valve and the shut-off valve are in the return line between the hydraulic motor and hydraulic pump. In this meadow there is very little Loss of power in the supply line to the hydraulic motor worked

Das Absperrventil wird synchron zur Drehung der Drehspindei mittels der an dieser befestigten Schalteinrichtung gesteuert, um einen absoluten Gleichlauf zwischen Drehspindeldrehzahl und dem taktweisen öffnen und Schließen des Absperrventiles sicherzustellen. Eine konstruktiv besonders einfache Ausbildung einer solchen Schalteinrichtung ist in der Befestigung eines Steuernockens an der Drehspindel zu sehen, der entweder mechanisch auf das Absperrventil einwirkt oder einen elektrischen Impuls zur Betätigung eines elektro-magnetischen Absperrventiles liefert. Das besonders schnelle Schließen des elektro-magnetischen Absperrventiles erhöht die Wirkung des Hydrospeichers, indem ein relativ hoher Anteil an Bewegungsenergie durch die Trägheit der abzubremsenden Massen als potentielle Energie in dqn Hydrospeicher fließt, um nach dem plötzlichen Öffnen des Absperrventiles wieder als zusätzliche Beschleunigungsenergie in das System zurückzufließen.The shut-off valve is synchronized with the rotation of the Drehspindei by means of the switching device attached to it controlled to ensure absolute synchronism between the turning spindle speed and the clockwise ensure that the shut-off valve is opened and closed. A structurally particularly simple training such a switching device can be seen in the attachment of a control cam on the rotary spindle, the acts either mechanically on the shut-off valve or an electrical pulse to operate a electro-magnetic shut-off valve supplies. The particularly fast closing of the electro-magnetic The shut-off valve increases the effect of the hydraulic accumulator by using a relatively high proportion of kinetic energy Due to the inertia of the masses to be braked, potential energy flows into the hydraulic accumulator after suddenly opening the shut-off valve again as additional acceleration energy into the System flow back.

Als Hydrospeicher dient vornehmlich ein an sich bekanntes Ausdehnungsgefäß mit einer vom Flüssigkeitsdruck beaufschlagbaren, elastisch nachgiebigen Membran als energiespeichernde Feder.A known expansion vessel with a fluid pressure is primarily used as the hydraulic accumulator loadable, elastically resilient membrane as an energy-storing spring.

Anhand einer in der Zeichnung dargestellten Prinzipskizze wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail using a schematic diagram shown in the drawing. It shows

Fig. 1 einen unrunden Kolbenring-Rohling,1 shows an out-of-round piston ring blank,

Fig. 2 die Beschleunigungskurve für das Drehwerkzeug, 2 shows the acceleration curve for the turning tool,

Fig.3 den Verlauf der Winkelgeschwindigkeit der Drehspindel und3 shows the course of the angular velocity of the Turning spindle and

Fig.4 eine schematische Darstellung des Hydroantriebes der erfindungsgemäßen Drehmaschine.4 shows a schematic representation of the hydraulic drive the lathe according to the invention.

In Fig. 1 ist ein unrunder Kolbenring-Rohling 1 dargestellt, der am Innen- und Außenumfang entsprechend seiner Unrundkontur abgedreht werden muß. Nach dem Unrunddrehen wird das Stoßstück 2 an den strichpunktiert angedeuteten Stellen herausgeschnitten. Die Unrundkontur des Kolbenringes I ist so bemessen, daß nach dem Entfernen des StoCstückes 2 der Kolbenring 1 auf einen kreisringförmigen Nenndurchmesser zusammengedrückt werden kannIn Fig. 1, a non-circular piston ring blank 1 is shown, the corresponding on the inner and outer circumference its out-of-round contour must be turned off. After the out-of-round turning, the joint 2 is attached to the Dotted lines cut out. The out-of-round contour of the piston ring I is dimensioned in such a way that that after removing the StoCstückes 2 the piston ring 1 to a circular nominal diameter can be squeezed

Die beim Unrunddrehen sich ergebende Beschleunigungskurve 3 des Drehwerkzeuges ist in Fig. 2 dargestellt. Die im Stoßbereich 4 des Kolbenringumfanges auftretende Maximalbeschleunigung ist schwerThe acceleration curve 3 of the turning tool resulting from non-circular turning is shown in FIG. 2 shown. The maximum acceleration occurring in the joint area 4 of the piston ring circumference is difficult

ίο beherrschbar und begrenzt die maximale Schnittgeschwindigkeit beim Drehen.ίο controllable and limits the maximum cutting speed when turning.

Durch eine — wie in F i g. 3 dargestellt — periodische Reduzierung der Winkelgeschwindigkeit der Drehspindel 10 beim Bearbeiten des kritischen Stoßbereiches desThrough a - as in F i g. 3 shown - periodic Reduction of the angular speed of the rotary spindle 10 when machining the critical joint area of the

in Kolbenringes kann insgesamt mit einer höheren Schnittgeschwindigkeit im übrigen Umfangsbereich gearbeitet werden, da die reduzierte Beschleunigungsspitze im bisher beherrschbaren ßeschleunigungsbereich bleibt.in the piston ring can total with a higher Cutting speed in the remaining circumferential area can be worked because of the reduced acceleration peak remains in the previously controllable acceleration range.

2u Zur Realisierung der Winkelgeschwindigkeitskurve 5 nach F i g. 3 dient ein in F i g. 4 scher, .itisch dargestellter Hydrüanirieb für die Drehmaschine. Eine Hydropumpe 6 mit konstanter Förderleistung drückt die Hydraulikflüssigkeit über eine Zuleitung 7 in einen Hydromotor 8, der über einen Riementrieb 9 mit der Drehspindei 10 der ansonsten nicht weiter dargestellten Drehmaschine verbunden ist. An die Zuleitung 7 sind ein handelsüblicher Hydrospeicher Vl und ein Überdruck-Sicherheits-Ventil 12 angeschlossen. In der Rücklaufleitung 13 sind 2u For the implementation of the angular velocity curve 5 according to FIG. 3 is used in FIG. 4 shear hydraulic drive for the lathe. A hydraulic pump 6 with a constant delivery rate presses the hydraulic fluid via a feed line 7 into a hydraulic motor 8, which is connected via a belt drive 9 to the rotary spindle 10 of the lathe which is otherwise not shown. A commercially available hydraulic accumulator V1 and an overpressure safety valve 12 are connected to the supply line 7. In the return line 13 are

jo parallel nebeneinander ein verstellbares Drosselventil 14 und ein Absperrventil 15 vorgesehen. Das Drosselventil 14 dient zur Einstellung eines der unteren Drehzahl der Drehspindel 10 entsprechenden Druckflüssigkeitsstromes, welcher bei geschlossenem Absperrventil 15 geringer ist als die Fördermenge der Hydropumpe 6. Die überschüssige Druckflüssigkeit wird dann in den Hydrospeicher 11 gepumpt. Durch Öffnen des Absperrventiles 15 kann der Förderstrom der Hydropumpe 6 und zusätzlich die im Hydro.speicher 11 unter Vorspannung gespeicherte Druckflüssigkeit den Hydromotor 8 antreiben, wobei sich dann eine entsprechend höhere Drehzahl an der Motorachse und damit über den Riementrieb 9 auch an der Drehspindel 10 einstellt.jo parallel to each other an adjustable throttle valve 14 and a shut-off valve 15 are provided. The throttle valve 14 is used to adjust one of the lower Speed of the rotary spindle 10 corresponding hydraulic fluid flow, which when the shut-off valve 15 is closed is less than the delivery rate of the hydraulic pump 6. The excess pressure fluid is then pumped into the hydraulic accumulator 11. By opening the shut-off valve 15, the flow rate of the hydraulic pump 6 and additionally that in the hydraulic accumulator 11 pressurized fluid stored under bias drive the hydraulic motor 8, then a Correspondingly higher speed on the motor axis and thus also on the rotary spindle via the belt drive 9 10 sets.

Das Absperrventil 15 ist mittels zweier Elektromagnete 16, 17 zu betätigen. Die Stromimpulse für die Elektromagnete 16, 17 werden von einem mit der Drehspindei 10 verbundenen Steuernocken 18 und einem Doppelschalter 19 synchron zur Drehspindeldrehung abgegeben. Die Drehwinkelstellungen des Steuernockens 18 zum Öffnen 20 und Schließen 21 des Absperrventils sind in Fig. 3 in die Geschwindigkeitskurve 5 eingezeichnet. Die daraus erkennbare Phasenverschiebung zwischen Schaltzeitpunkten und wirksam werdender Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Drehspindel 10 is' von der Trägheit des Artrieb-Systemes abhängig.The shut-off valve 15 can be actuated by means of two electromagnets 16, 17. The current pulses for the Electromagnets 16, 17 are connected to the rotating spindle 10 by a control cam 18 and a double switch 19 delivered in synchronism with the rotation of the spindle. The angle of rotation of the control cam 18 for opening 20 and closing 21 of the shut-off valve are shown in the speed curve 5 in FIG. 3. The phase shift that can be identified from this between switching times and the change in the peripheral speed of the Turning spindle 10 is' due to the inertia of the drive system addicted.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Lathe for circumferential machining of non-circular piston rings, with one of a hydraulic motor driven rotary spindle whose angular speed per revolution is between 2 limit values by means of an adjustable throttle valve arranged between the hydraulic pump and the hydraulic motor, which is controlled by a cam rotating synchronously with the rotary spindle, can be changed is, characterized in that parallel to the throttle valve (14) one of one shut-off valve (15) operated synchronously with the rotary spindle (10) rotating switching device (18) and a hydraulic accumulator (11) is connected in the feed line (7) from the hydraulic pump (6) to the hydraulic motor (8) is.

2. Lathe according to claim 1, characterized in that the throttle valve (14) and the The shut-off valve (15) is arranged in the return line (13) between the hydraulic motor (8) and the hydraulic pump (6) are.

3. Lathe according to Claims 1 and 2, characterized in that the switching device (18) is a control cam attached to the rotary spindle (10).