DE3686801T3

DE3686801T3 - Feinstbearbeitungsvorrichtung und Verfahren.

Info

Publication number: DE3686801T3
Application number: DE3686801T
Authority: DE
Inventors: Judge, Jr.; Norman R. Judge; Arthur G. Reiser
Original assignee: IND METAL PROD CORP
Current assignee: IND METAL PROD CORP
Priority date: 1985-10-08
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2006-10-08
Also published as: US4682444A; DE3686801T2; EP0219301B2; JPH059225B2; JPS62173161A; EP0219301B1; DE3686801D1; EP0219301A2; EP0219301A3

Description

Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Metalloberflächenbearbeitung und insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Feinbearbeitung von Metalloberflächen mittels beschichteter Schleifbandmaterialien.
Eine Vielzahl von Maschinenteilen benötigen eine präzise gesteuerte Oberflächenbearbeitung, um eine zufriedenstellende Funktion zu gewährleisten. Beispielsweise ist einen präzise Steuerung der Oberflächenbeschaffenheit, die auch als Feinbearbeitung bezeichnet wird, besonders wichtig bei der Herstellung von Gleitlager- und Nockenflächen, wie sie in Verbrennungsmaschinen bei Kurbelwellen, Nockenwellen und Transmissionswellen und bei anderen bearbeiteten Oberflächen auftreten. Für Gleitlager sind sehr präzise geformte Oberflächen notwendig, um den gewünschten Lagereffekt zu erzielen, der daraus resultiert, daß Schmiermittel zwischen den Wellenzapfen und das zugehörige Lager gepreßt wird. Unzureichend bearbeitete Lagerflächen können zu einem vorzeitigen Lagerausfall führen und die Belastungsfähigkeit des Lagers begrenzen.
Gegenwärtig besteht ein Bedarf für eine feiner kontrollierte Oberflächenbearbeitung von Lagerflächen durch die Hersteller von Verbrennungsmotoren aufgrund folgender Anforderungen:
höhere Haltbarkeitserfordernisse, um weitergehende Produktgarantie gewähren zu können,
höhere Betriebsgeschwindigkeiten, die von Motoren (insbesondere in Automobilen) heute verlangt werden,
und größere Lagerbelastungen, die aufgrund der verbesserten Effektivität der Motorkonstruktionen entstehen.
Über Lagerstrukturen hinaus muß eine kontrollierte Oberflächenbearbeitung für Motor-Zylinderwände angewendet werden, um die gewünschte Öl- und Gasdichtung mit den Kolbenringen zu schaffen. Viele andere Arten von Maschinenteilen bedürfen ebenfalls einer kontrollierten Oberflächenbearbeitung, insbesondere entlang von Bereichen mit Gleitkontakt zwischen Maschinenteilen.
Die Feinbearbeitung wurde im Stand der Technik durch verschiedene Arten von Bearbeitungstechniken ausgeführt. Bei der Stein-Feinbearbeitung wird ein feststehender Honstein gegen die gewünschte Oberfläche gebracht. Bei der Feinbearbeitung zylinderischer Wellenzapfenlagerflächen wird der Honstein quer von einem Ende des Lagerzapfens zum, anderen hin- und herbewegt, während das Werkstück gegenüber dem Stein gedreht wird. Dieses Verfahren weist einen Anzahl von erheblichen Nachteilen auf. Aufgrund der Anforderung, daß der Honstein weich genug ist, um selbstschleifend zu sein und um die gewünschten Materialabtrageigenschaften zu bieten, nimmt der Stein durch die Benutzung die Form des bearbeiteten Teils an. Anstatt geometrische Variationen in dem feinzubearbeitenden Teil zu korrigieren, verursacht dieses Verfahren geradezu, daß solche Variationen auftreten. Da Honsteine weiterhin leicht abschleifend sind, müssen sie häufig ausgewechselt und nachgeschliffen werden. Schließlich ist es extrem schwierig, Honsteine mit einheitlicher Qualität zu finden, wodurch sich erhebliche Unterschiede in den bearbeiteten Teilen ergeben, wenn diese mit verschiedenen Steinen bearbeitet wurden.
Ein anderer wesentlicher Nachteil der Stein-Feinbearbeitung von Wellenzapfenlagern mit Hilfe von Honsteinen liegt in der Tatsache, daß der Stein einige Bereiche der bearbeiteten Oberfläche seitlich nicht überstreichen kann, da die Lager im allgemeinen nach außen hervorragende Radiuskanten aufweisen, was zu einem ungleichmäßigen Steinabrieb führt. Ein solcher ungleichmäßiger Abrieb verursacht eine Veränderung in der Profilform des Honsteins, und diese Form wird folglich auch in nachfolgend bearbeiteten Teilen erzeugt. Da der Honstein schließlich scharfe Endkanten hat, kann er nicht zur Feinbearbeitung nahe an den Radiuskanten der Lagerfläche verwendet werden.
In einem anderen bekannten Feinbearbeitungsverfahren, das im folgenden als herkömmliche Feinbearbeitung mit beschichtetem Schleifband bezeichnet wird, läßt man die bearbeitete Oberfläche rotieren und bringt ein beschichtetes Schleifband unter Druck in Kontakt mit dieser Oberfläche. Während das Teil gedreht wird, reduziert das Schleifmaterial die Rauhigkeit der Oberfläche. In dem herkömmlichen Verfahren wird das Band in Kontakt mit der rotierenden Oberfläche gebracht, indem kompressible elastische Einsätze Druck ausüben, die typischerweise aus Urethan-Kunststoffverbindungen bestehen. Die herkömmliche Feinbearbeitung mit beschichtetem Schleifband überwindet einige der mit der Stein- Feinbearbeitung verbundenen Nachteile. Dieses Verfahren ermöglicht die Feinbearbeitung des Wellenzapfens im Radiusbereich der Ausrundung, da das Band relativ flexibel ist. Ferner benutzt dieses Verfahren eine erneuerbare Schleiffläche, die mit einer einheitlichen Qualität eingerichtet werden kann. Andere Probleme der Stein-Feinbearbeitung werden von diesem Verfahren jedoch nicht gelöst. Der bedeutendste Nachteil dieses Verfahrens ist in der Tatsache begründet, daß das Verfahren keine geometrischen Variationen in dem feinbearbeiteten Teil korrigieren kann, da der Einsatz, welcher das beschichtete Schleifband unterstützt, aus flexiblem Material besteht, und sich das Band daher an das Oberflächenprofil der bearbeiteten Komponentenoberfläche anpaßt.
In einer weiteren Abwandlung der im Stand der Technik be kannten Feinbearbeitungsverfahren, wie in US-A-1 905 821 gezeigt, wird ein fester Einsatz verwendet, um das mit Schleifmittel beschichtete Papier- oder Gewebematerial in Kontakt mit einer relativ dazu bewegten Werkstückoberfläche zu drücken. Mit Schleifmittel beschichtete Papier- oder Gewebematerialien sind jedoch relativ dick und kompressibel, und daher ermöglicht dieses Verfahren keine wesentlichen Korrekturen der Werkstückgeometrie, da das Papier oder Gewebe nachgibt und sich an feine Unregelmässigkeiten in der Werkstückoberfläche anpaßt.
Über die oben genannten Nachteile der bislang bekannten Feinbearbeitungsverfahren hinaus erwies es sich als große Schwierigkeit, Ferritüberstände zu entfernen, die sich auf der bearbeiteten Oberfläche von Gußeisenwerkstücken befinden. Diese harten Überstände befinden sich auf der Außenfläche des Lagers und können zu einem vorzeitigen Lagerausfall führen.
In Hinblick auf die oben beschriebenen Nachteile der Feinbearbeitungsgeräte und -verfahren im Stand der Technik besteht die vornehmliche Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Feinbearbeitung zu schaffen, die Geometriefehler in bearbeiteten Oberflächen korrigieren können. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Oberflächen mit Glätteeigenschaften einheitlich herzustellen, die den mit herkömmlichen Einrichtungen erreichbaren überlegen sind.
In US-A-1 905 821 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Feinbearbeitung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 18 offenbart. Gemäß diesem Stand der Technik wird ein Schleifband verwendet, beispielsweise schleifmittelbeschichtetes Papier. Die vorliegende Erfindung benutzt, wie in den Ansprüchen 1 oder 18 festgelegt, ein mit Schleifmittel beschichtetes Band, das verglichen mit solchem Papierband nicht kompressibel ist, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wodurch geometrische Fehler in der bearbeiteten Oberfläche korrigiert werden können. Die Ansprüche 1 und 18 begrenzen auch den Winkel bereich, über den sich die Auflageflächen für das feste Band über den Umfang einer zylinderischen Werkstückoberfläche erstrecken, um eine Feinbearbeitung mit bestmöglicher Genauigkeit und Effizienz zu erreichen. In dieser Hinsicht sei auf unsere ältere EP-B-O 161 748 verwiesen, die nicht vor dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde und die nicht ausdrücklich diese bevorzugte und vorteilhafte Winkelausdehnung der Auflagefläche für das feste Band offenbart.
Das Feinbearbeitungssystem der Erfindung verwendet ein im wesentlichen nichtkompressibles, schleifmittelbeschichtetes Band, welches in Kontakt mit einem rotierenden Werkstück gebracht wird und durch einen festen, präzisionsgeformten Stützeinsatz in Kontakt mit dem Werkstück gedrückt wird. Dieser feste Einsatz bewirkt nicht, daß das schleifmittelbeschichtete Band aus Polymer-Kunststoff sich an das Oberflächenprofil des Werkstücks anpaßt. Stattdessen bewirkt der feste Einsatz, daß das Schleifband mit höherem Andruck gegen solche Bereiche der Werkstückoberfläche gedrückt wird, die über das gewünschte Oberflächenmaß hinausgehen, und bewirkt dadurch einen größeren Materialabtrag in solchen Bereichen. Dieses System erlaubt dem Feinbearbeitungssystem daher, Geometriefehler in dem Werkstück zu korrigieren. Bei der Anwendung der Erfindung ist es wesentlich, daß das schleifmittelbeschichtete Band aus einem Material hergestellt ist, das relativ nicht kompressibel ist, so daß sich das Band nicht an Unregelmäßigkeiten anpaßt, sondern stattdessen die Entfernung dieser Unregelmäßigkeiten ermöglicht. Da der Einsatz nicht das eigentliche Schneidwerkzeug ist, ist sein Profil bei der Verwendung nicht von wesentlichen Veränderungen betroffen. Die festen Einsätze können mit geeigneten zusätzlichen Komponenten so ausgelegt werden, daß sie zum Polieren der Radiusbereiche der Ausrundung geeignet sind. Es hat sich herausgestellt, daß das Feinbearbeitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen erheblichen Fortschritt in der Technik der Feinbearbeitung schafft, die die einheitliche Erzeugung von Oberflächenbearbeitungen ermöglicht, die mit den aus dem Stand der Technik bekann ten Geräten und Verfahren nicht erreichbar waren.
Weitere Vorzüge und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, beim Lesen der bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen deutlichen werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine bildliche Ansicht einer Kurbelwelle, die gedreht wird; so daß einer ihrer Wellenzapfen durch Anklemmen einer Polierbackenanordnung gegen den Wellenzapfen feinbearbeitet wird;
Fig. 2 ist eine Querschnittansicht durch eine Polierbackenanordnung gemäß Stand der Technik;
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 3-3 aus Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Querschnittansicht einer Polierbackenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 5-5 aus Fig. 4;
Fig. 6 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines festen Stützeinsatzes mit vertieften Bereichen;
Fig. 7 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 7-7 aus Fig. 6;
Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit einem abgewandelten festen Stützeinsatz;
Fig. 9 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 9-9 aus Fig. 8;
Fig. 10 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, wobei ein fester Stützeinsatz mit flexiblen Einsätzen verwendet wird, so daß Ausrundungsradiusbereiche feinbearbeitet werden können;
Fig. 11 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, wobei feste Stützeinsätze in Verbindung mit einem perforierten, schleifmittelbeschichteten Band verwendet wird, das den Fluß von Annäßmittel zu der bearbeiteten Oberfläche verbessert;
Fig. 12 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung, wobei eine abgewandelte Einrichtung zur Anbringung der Polierbackenanordnung gezeigt ist;
Fig. 13 zeigt eine siebte Ausführungsform der Erfindung, wobei ein elastischer Einsatz vorgesehen ist, um den Ausrundungsradius und die Seitenwandbereiche eines Werkstücks zu polieren; und
Fig. 14 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 14-14 aus Fig. 13, wobei insbesondere der elastische Einsatz gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 1 ist eine Polierbackenanordnung gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Polierbackenanordnung 10 ist mit der zugehörigen, schematisch dargestellten Trägeranordnung gezeigt, und ist in einer Stellung zum Feinbearbeiten einer Lagerfläche einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors dargestellt. Wie in der Figur dargestellt, wird die Kurbelwelle 12 an gegenüberliegenden Enden durch einen Kopfstock 14 und Fußstock 16 eines Spindelstocks gehalten, die zusammen die Rotation der Kurbelwelle um ihre Mittelachse in Längsrichtung bewirken. Die Kurbelwelle 12 weist eine Mehrzahl von zylinderischen Lagerflächen auf, die feinbearbeitet werden müssen, einschließlich der Lagerzapfen 18, die im Betrieb mit einer Rolbenverbindungsstange verbunden werden, und Hauptlager 20, die die Kurbelwelle drehbar im Motorblock halten. Die Polierbackenanordnung 10 ist an einem Arm 22 angebracht. Die Polierbackenanordnung 10 wird seitlich über die zu bearbeitende Oberfläche hin- und herbewegt, entweder indem die Backenanordnung hin- und herbewegt wird, oder indem das Werkstück relativ zu der Backenanordnung bewegt wird. Der Arm 22 gewährleistet, daß die Polierbackenanordnung 10 mit dem Wellenzapfen 18 umläuft, da der Wellenzapfen exzentrisch in Bezug auf die Drehachse der Kurbelwellenhauptlager 20 liegt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist eine Polierbackenanordnung gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Polierbackenanordnung 10 enthält zwei Hälften, die obere Backe 32 und die untere Backe 34 (die teilweise in gestrichelten Linien dargestellt sind). Die Hälften sind mit einer Trägerstruktur verbunden, die hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagende Zylinder, welche auf die Backenhälften einwirken (wie in den gestrichelten Linien in Fig. 2 gezeigt), enthalten kann, oder können von einer scherenartigen Verbindungseinrichtung gehalten werden. Die Polierbackenanordnung ist mit einer halbkreisförmigen Fläche 24 versehen, die eine Vielzahl von mit Abstand zueinander liegenden Schwalbenschwanznuten 26 aufweist. In den Schwalbenschwanznuten 26 sind angepaßt geformte Urethan-Einsätze 28 installiert. Diese Einsätze sind aufgrund des Materials, aus dem sie hergestellt sind, vergleichsweise flexibel und eindrückbar und haben eine Durometer-Härte von 90 oder weniger. Jedes der Backenteile enthält Einrichtungen zum Einspannen von schleifmittelbeschichtetem Band 30, das unter Andruck in Kontakt mit der Oberfläche des Wellenzapfens 18 gebracht wird. Bei Abschluß der Feinbearbeitung des einen Wellenzapfens 18 werden die oberen und unteren Backen 32 und 34 getrennt und auf einem anderen Wellenzapfen 18 oder einem Hauptlager 20 festgeklemmt. Alternativ kann eine Mehrzahl von Polierbackenanordnungen vorgesehen sein, so daß das ganze Werkstück in einem Arbeitsgang bearbeitet werden kann. Gleichzeitig mit der Trennung und der Wiederzusammenführung der Backen wird das Band 30 vorgeschoben, sodaß eine vorgegebene Länge von neuem Schleifmaterial in die Backenanordnung 10 eingebracht wird. Dieser Vorschub bewirkt eine kontinuierliche Erneuerung der Schleiffläche.
Fig. 3 stellt eine Querschnittansicht von Fig. 2 dar und zeigt den Kontakt zwischen Einsatz 28 und Wellenzapfen 18. Der Einsatz 28 wird quer in Bezug auf die Oberfläche des Wellenzapfens 18 bewegt, wie durch den Pfeil A angedeutet. Der Einsatz 28, der aus einem flexiblen Material hergestellt ist, paßt sich an das vorhandene Oberflächenprofil des Wellenzapfens 18 an. Falls Oberflächenfehler der Lagerfläche bestehen, wie etwa eine Welligkeit, eine Verjüngung oder eine konvexe oder eine konkave Form, so wird sich das Schleifband 30 an die fehlerhafter Form anpassen. Als Folge davon, korrigiert dieses herkömmliche Feinbearbeitungsverfahren geometrische Fehler in den feinbearbeiteten Teilen nicht richtig.
Fig. 4 zeigt eine Polierbackenanordnung 60 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Polierbackenanordnung 60 enthält eine obere Backe 62 und eine untere Backe 64. Die Polierbackenanordnung 60 unterscheidet sich von der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Backenanordnung 10 in erster Linie dadurch, daß die Urethan-Einsätze 28 durch Steineinsätze 36 ersetzt sind. Diese Einsätze sind vorzugsweise aus einem Honsteinmaterial hergestellt. Die. Steineinsätze 36 sind dadurch ausgezeichnet, daß sie vergleichsweise nichtdeformierbar sind und eine Durometer-Härte von mehr als 90 aufweisen, sich jedoch leicht bearbeiten lassen und ein gewisses Maß an reibschlüssigem Eingriff mit dem beschichteten Schleifband 30 bieten. Die Steineinsätze 36 sind jeweils an einem Halter 38 angebracht. Vorzugsweise sind die Steineinsätze und die Halter 38 mit einem leichten Spiel in Bezug auf die oberen und unteren Backen angebracht, wodurch sie sich leicht drehen können, wie durch den Pfeil B in Fig. 5 angezeigt. Diese relative Drehung wird in dieser Ausführungsform durch die Anbringungshalter 38 unter Verwendung von Befestigungszapfen 40 ermöglicht. Wie bei der Backenanordnung 10 wird das beschichtete Schleifband 30 von den Backen 62 und 64 unterstützt, so daß, wenn sie gegen die Wellenzapfenlagerfläche 18 drücken, das Band in Kontakt mit der feinzubearbeitenden Oberfläche gedrückt wird.
Die grundsätzlichen Vorteile des Aufbaus der Polierbackenanordnung 60 lassen sich am besten mit Bezug auf Fig. 5 erläutern. Es ist der Steineinsatz 36 vorgesehen, der eine Oberfläche mit vorgegebener Krümmung aufweist, die fest ist und eine Druckkraft auf das Band 30 gegen den Wellenzapfen 18 ausübt. Da die Steineinsätze 36 fest sind und vergleichsweise nicht formanpas send sind, werden Oberflächenwelligkeit, Verjüngungen, konvexe und konkave Formen der Oberfläche des Wellenzapfens 18 korrigiert, da in diesen Fällen nicht passende Bereiche der Oberfläche des Wellenzapfens 28 in größeren Andruck gegen das beschichtete Schleifband 30 gedrückt werden und daher mehr Material von diesen Bereichen abgetragen wird, bis der Wellenzapfen 18 das gewünschte Oberflächenprofil annimmt. Das beschichtete Schleifband 30 ist vorzugsweise aus einem polymerischen Kunststoffilm hergestellt, der vergleichsweise inkompressibel ist. Polyesterfilme hergestellt aus Polyethylen-Terephtalat wie etwa MYLAR (ein Warenzeichen der EI du PONT de NEMOURS Co.) haben sich aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen Kompressibilität als zufriedenstellend erwiesen. Die Dicke des Bandes 30 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 2 und 8 mil. In Kombination stellen die Festigkeit oder das Fehlen an Kompressibilität der Einsätze 36 und des Bandes 30 sicher, daß Fehler von dem Werkstück abgetragen werden. Schleifmittelbeschichtetes Papier oder Gewebematerial sind im allgemeinen ungeeignet zur Anwendung in Verbindung mit dieser Erfindung, da sie vergleichsweise kompressibel sind verglichen mit polymerischen Kunststoffbandmaterialen von der oben beschriebenen Art. Außerdem ist die Netzgröße von schleifmittelbeschichtetem Papier im allgemeinen nicht so gleichförmig wie die von schleifmittelbeschichtetem polymerischen Kunststoffmaterial. Wie in den herkömmlichen Geräten werden die Einsätze 36 und die Backenanordnung 60 relativ zu dem Wellenzapfen 18 hin- und herbewegt, während das Lager relativ zu der Backenanordnung gedreht wird, wie durch den Pfeil A in Fig. 5 angezeigt ist. Eine solche seitliche Bewegung wird durch Bewegung des Werkstücks relativ zur Polierbackenanordnung 62 oder durch Bewegung der Polierbackenanordnung relativ zu dem Werkstück bewirkt, oder durch eine Kombination von beiden. Wenn die relative seitliche Bewegung beginnt, ist ein reibschlüssiger Eingriff zwischen dem Steineinsatz 36 und dem schleifmittelbeschichteten Band 30 erforderlich, damit eine seitliche Bewegung des Bandes erzwungen wird. Aus diesem Grund sind harte Materialien mit einer glatte Oberfläche, wie etwa bearbeitete Metalle, im allgemeinen ungeeignet für die Einsätze 36, wenn sie nicht hinreichend aufgerauht sind, um einen reibschlüssigen Eingriff mit der Rückseite des beschichteten Bandes 30 zu leisten. Als geeignetes Material für den Einsatz 36 haben sich herkömmliche Hohnsteinmaterialien erwiesen. Diese Materialien zeigen die gewünschte Härte und die Reibungseigenschaften, und es hat sich gezeigt, daß sie hervorragende Ergebnisse erzielen.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 ein anderes Merkmal gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der in Fig. 4 gezeigte Winkel C bezeichnet den maximalen Bereich von Kontaktpunkten auf den Backen 36 auf einer Seite des Werkstücks innerhalb jeweils einer der Backen 62 oder 64. Die Erfinder haben herausgefunden, daß der Winkel C etwa 160º betragen sollte, um die Vorzüge in Bezug auf die Werkstückgeometriekorrektur und die Geschwindigkeit des Materialabtrages im Vergleich zu Backen mit einem kleineren Winkelkontaktbereich zu erreichen. Die Verbesserungen in der Geometriekorrektur der Teile sind vermutlich der Tatsache zuzusprechen, daß sich die Backen mit einem größeren Kontaktwinkel (Winkel C) selbst stärker an einen Zylinder annähern und daher erzwingen, daß auch das Werkstück eine solche Form annimmt. Die gesteigerte Materialabtragsrate ist vermutlich einem Keileffekt zuzuschreiben, wobei der in den äußeren Bereichen des Kontakts auftretende Andruck der Backen größer ist.
Im Verlauf der Entwicklung dieser Erfindung haben die Erfinder weiterhin entdeckt, daß die Geschwindigkeit der seitlichen Hin- und Herbewegung der oberen und unteren Backen 62 und 64 eine wichtige Rolle bei der Erzeugung der gewünschten Bearbeitungswirkung spielt. Die Backen 62 und 64 werden seitlich hin- und herbewegt, während das Werkstück gedreht wird (oder das Werkstück wird seitlich bewegt, während die Backen feststehend sind). Das schleifmittelbeschichtete Band 30 bewirkt, daß sich ein Kreuzschraffurmuster auf der Werkstückoberfläche entwickelt. Dieses Kreuzschraffurmuster kann durch Linien definiert werden, die mit der Richtung der Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem schleifmittelbeschichteten Band 30 übereinstimmt, wie am besten in Fig. 5 gezeigt ist. Der Kreuzschraffurwinkel ist eine Funktion der Geschwindigkeiten der Werkstückrotation und der Backen Hin- und Herbewegung und des Werkstückoberflächendurchmessers. Die Erfinder haben herausgefunden, daß der Kreuzschraffurwinkel, definiert durch den Winkel D, im Bereich des Längszentrums des Wellenzapfens 2º übersteigen muß, um akzeptable Oberflächenqualität und Lagereigenschaften zu erreichen. Dieser Kreuzschraffurwinkel (Winkel D) ist etwas größer als der bei herkömmlichen Maschinen und Verfahren auftretende und trägt zur Verbesserung der Qualität der erzeugten Lagerflächen bei.
Moderne Kurbelwellen werden werden häufig aus Gußeisen hergestellt, das eingebettete Kugelferrite aufweist. Diese Kugelferrite stellen sich als Überstände auf der Lageroberfläche dar, die entfernt werden sollten, um die gewünschten Lagereigenschaften zu erhalten. Im Verlauf der Entwicklung dieser Erfindung wurde gefunden, daß die Entfernung dieser Ferritüberstände möglich ist, indem das Werkstück zunächst in eine Richtung gedreht wird und dann in die entgegengesetzte Richtung. Es wird angenommen, daß dieses Verfahren wirksam ist, da die feinen Schleifkörner auf dem Band 30 auf der einen Seite abgestumpft werden, während sie auf der anderen Seite scharf bleiben, so daß durch Umkehr der Rotationsrichtung die scharfen Kornseiten auch Material abtragen können.
Die Fig. 6 und 7 stellen eine zweite Ausführungsform gemäß dieser Erfindung dar. In dieser Ausführungsform sind Bereiche der Einsätze 136 teilweise vertieft ausgebildet, so daß sie keinen hohen Andruck zwischen dem schleifmittelbeschichteten Band 30 und dem Wellenzapfen 18 bewirken. Fig. 6 zeigt ein Paar gegenüberliegender Vertiefungsbereiche 142, die durch gekrümmte Grenzen 144 definiert werden. Die Oberfläche des Wellenzapfens 18 bewegt sich in Bezug auf den Einsatz 136 in die durch den Pfeil C angezeigte Richtung. Diese zweite Ausführungsform be wirkt, daß ein größerer Schleifmaterialabtrag an den getrennten Enden der Oberfläche des Wellenzapfens 18 auftritt. Diese zweite Ausführungsform tendiert daher dazu, der Wellenzapfenoberfläche eine leicht ausgebauchte oder tonnenförmige Gestaltung zu geben, so daß der Durchmesser an beiden Enden jeweils etwas geringer ist als der Durchmesser in der Mitte. Eine solche "Ausbauchung" ist manchmal erwünscht, um optimale Lagerflächen zu schaffen.
In den Fig. 8 und 9 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform erzeugt ebenfalls eine leicht ausgebauchte Wellenzapfenlageroberfläche, aber erzielt dieses Ergebnis in einer anderen Weise als gemäß den Fig. 6 und 7. In dem Einsatz 236 ist eine abgewandelte zylinderische Kontur erzeugt, indem der Radius der gekrümmten Einsatzoberfläche an den Punkten nahe den Enden des Wellenzapfenlagers geringer ist als in der Mitte des Wellenzapfenlagers. Wie in Fig. 8 dargestellt, findet eine relative Bewegung zwischen dem Wellenzapfen 18 in Bezug auf den Einsatz 236 entlang der durch den Pfeil C angezeigten Richtung statt. Wie in Fig. 9 dargestellt, sind die Bereiche der Oberfläche des Einsatzes 236 nahe den seitlichen Kanten durch das Bezugszeichen 254 bezeichnet und weisen einen etwas geringeren Krümmungsradius als das mittlere Segment 256 der Backe auf (die Unterschiede im Krümmungsradius sind in Fig. 9 aus Darstellungsgründen übertrieben gezeichnet). Diese Ausführungsform schafft daher ein weiteres Mittel, um eine nichtzylindrische Oberfläche eines bearbeiteten Werkstücks zu schaffen. Gemäß dieser Ausführungsform ergibt sich eine solche Formung, indem die gewünschte Oberflächenkontur direkt in den Steineinsatz 236 eingearbeitet wird, und diese Kontur wird dann in das entsprechende Werkstück eingeprägt und eingearbeitet.
In Fig. 10 ist eine vierte Ausführungsform dieser Erfindung gezeigt, die die Seitenwandbereiche 68 des Wellenzapfens 18 zu bearbeiten erlaubt und weiterhin gestattet, daß Grate entfernt werden, die zwischen dem Ausrundungsradius 46 und der Zapfenoberfläche vorhanden sind. Gemäß dieser Ausführungsform sind flexible Einsätze 348 und 350 an dem Einsatz 36 vorgesehen. Diese flexiblen Einsätze üben eine Druckkraft gegen das schleifmittelbeschichtete Band 30 aus, wenn die Einsätze in ihre seitliche Außenposition gebracht werden. Obwohl die Verwendung von flexiblem Material für die Einsätze 348 und 350 die gleichen Nachteile wie bei herkömmlichen Verfahren zur Folge hat, ist es im allgemeinen nicht notwendig, die Profilformen dieser Oberflächen in hohem Maße zu kontrollieren. Da es notwendig ist, daß sich das Band 30 erheblich durchbiegt, wenn es in Kontakt mit den Seitenwandbereichen 68 gebracht wird, ist es manchmal erforderlich, Kantenschnitte in dem Schleifband vorzusehen, gemäß den im Stand der Technik bekannten Prinzipien. Die Verwendung der Einsätze 348 und 350 erlaubt ferner, die Entfernung von Graten oder scharfen Kanten, die an den Kanten 51 der Lagerfläche des Zapfens 18 auftreten können, wenn der Ausrundungsradius tief in das Werkstück eingeschnitten ist (wie in Fig. 10 gezeigt). Durch Anbringung der Einsätze 348 und 350 in der Weise, daß sie eine leichte Druckkraft auf die Oberfläche des Zapfens 18 ausüben, wird das Band 30 veranlaßt, solche Grate zu entfernen, wenn der Einsatz das Band in die Ausrund drückt.
Fig. 11 zeigt eine fünfte Ausführungsform gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet Einsätze 36 und obere und untere Backen 62 und 64 wie in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dadurch, daß ein schleifmittelbeschichtetes Band 430, welches einen Vielzahl von Perforationen 452 entlang seiner Länge aufweist, verwendet wird. Die Perforationen 452 gestatten, daß Schleif- oder Schneidflüssigkeiten in Kontakt mit den bearbeiteten Oberflächen kommen. Die Zuleitung von Schleif- oder Schneidflüssigkeiten zu dem Werkstück wird durch einen Kanal 70 innerhalb der oberen und unteren Backen 62 und 64 durchgeführt.
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben. Wie in dieser Figur dargestellt, ist eine untere Backe 564 an einem Befestigungszapfens 540 in einer Wanne 566 angebracht. Dieser Befestigungszapfen gewährleisten eine Drehbarkeit der unteren Backe 564 in Bezug auf die Wanne 566. Eine ähnliche Anbringungsweise wäre auch für die obere Backe 562 (nicht gezeigt) vorzusehen. Diese Anordnung ermöglicht die "Spiel-" oder "Schwimm"-Eigenschaften wie in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben, wobei individuelle Befestigungszapfen 40 für jeden der Einsätze 36 vorgesehen sind. Die in Fig. 12 dargestellte Konstruktion hat in erster Linie den Vorteil, einfacher aufgebaut zu sein. Im Betrieb verhält sich diese Ausführungsform wie in Verbindung mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen erläutert.
In den Fig. 13 und 14 ist eine siebte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform sieht andere Mittel zum Feinbearbeiten der Seitenwandbereiche 68 eines Zapfens 18 oder 20 vor. Gemäß dieser Ausführungsform enthalten die obere Backe 62 und/oder die untere Backe 64 elastische Einsätze 672, die zum Polieren der Seitenwandbereiche 68 eingesetzt werden. Wie aus Fig. 13 ersichtlich, sind die obere Backe 62 und die untere Backe 64 identisch zu den in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen aufgebaut, mit Ausnahme der Tatsache, daß ein odere mehrere Steineinsätze 36 durch elastische Einsätze 672 ersetzt sind. In Fig. 14 ist ein elastischer Einsatz 672 im Detail dargestellt. Wie in dieser Figur dargestellt, ist der Einsatz 672 aus einem elastischen Material wie etwa einer Urethan-Verbindung hergestellt und weist abgerundete Kantenflächen 674 und 676 auf. Der Einsatz 672 hat eine seitliche Breite, die über die des Steineinsatzes 36 hinausgeht, so daß, sobald die Polierbackenanordnung 60 seitlich verschoben wird, die abgerundeten Seitenflächen 674 und 676 das schleifmittelbeschichtete Band 30 in Kontakt mit den Seitenwandbereichen 68 drücken und dadurch eine Feinbearbeitung dieses Bereiches bewirken. Vorzugsweise ist der elastische Einsatz 672 mit einer elastischen Vorspannung innerhalb des zugehörigen Backenbereichs beaufschlagt, die eine radiale und seitliche Bewegung in Bezug auf die zugehö rige Zapfenoberfläche ermöglicht. Wie in Fig. 14 dargestellt, wird eine seitliche Nachgiebigkeit des elastischen Einsatzes 672 durch Verwendung einer Gewindestange 678 erreicht, die biegbar ist, um eine Bewegung des Einsatzes in seitlicher Richtung in Bezug auf die obere Backe 62 zu ermöglichen. Die maximale seitliche Nachgiebigkeit wird durch Kontakt zwischen dem elastischen Einsatz 672 und dem Einsatzhalter 682 begrenzt. Eine radiale Nachgiebigkeit des Einsatzes 672 wird durch Verwendung einer Spiralfeder 680 bewirkt, die eine nach unten gerichtete Druckkraft auf das schleifmittelbeschichtete Band 30 ausübt. Die maximale radiale Verschiebung wird durch die Position des Kopfen 684 der Gewindestange 678 eingestellt. Diese Ausführungsform schafft eine weitere Möglichkeit, die Vorteile eines festen Einsatzes gemäß dieser Erfindung zu verwirklichen und weiterhin die Seitenwand- und Radiusbereiche einer feinzubearbeitenden Lagerfläche zu bearbeiten.

Claims

1. Vorrichtung (10) zur Feinbearbeitung einer zylindrischen Oberfläche eines Werkstücks (18), welche Vorrichtung ein Schleifband (30) als Bearbeitungsmittel einsetzt, mit: einem Paar von Backenanordnungen (62, 64), von denen jede Mittel zum Befestigen des Bandes und wenigstens eine feste Oberfläche aufweist, um das Band in Schleifkontakt mit der Werkstückoberfläche zu drücken, zwei Armen (22), von denen jeder jeweils eine der Backenanordnungen trägt, und Mitteln, um eine relative Drehung zwischen dem Werkstück und den Backenanordnungen zu bewirken, so daß eine Relativbewegung zwischen der Werkstückoberfläche und dem Band (30) auftritt während das Werkstück, relativ zu dem Band, gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifband (30) aus einem im wesentlichen inkompressiblen polymerischen Kunststoffolienmaterial hergestellt ist, und daß der Bereich des von der festen Oberfläche unterstützten Schleifkontaktes zwischen der jeweiligen Backenanordnung und der zylindrischen Werkstückoberfläche einen Winkel von etwa 160º an der Achse der zylindrischen Kontur des Werkstückes überdeckt und wobei die Kontur der festen Oberfläche der Backenanordnung der gewünschten Oberfläche des Werkstückes entspricht.

2. Vorrichtung zur Feinbearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks nach Anspruch 1, wobei das schleifmittelbeschichtete Band (30) aus Polyethylen-Terephthalat oder Polyester hergestellt ist.

3. Vorrichtung zur Feinbearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks nach Anspruch 1, wobei die feste Oberfläche rauh ist und aus Metall besteht.

4. Vorrichtung zur Feinbearbeitung der Oberfläche eines Werkstückes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die feste Oberfläche mit einem oder mehreren Einsätzen (36) versehen ist, die an der Backenanordnung befestigt sind.

5. Vorrichtung zur Feinbearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks nach Anspruch 4, wobei der eine oder die mehreren Einsätze (672) an jeder der Backenordnungen durch einen Befestigungszapfen (678) angebracht sind, der eine leichte relative Drehung des Einsatzes in Bezug auf die Backenanordnung um eine Achse ermöglicht, die im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Werkstücks steht.

6. Vorrichtung zur Feinbearbeitung eines Werkstücks nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Backenanordnung (564) an dem Arm durch einen Befestigungszapfen (540) so angebracht ist, daß eine leichte relative Drehung zwischen der Backenanordnung in bezug auf den Arm (566) um eine Achse, die im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Werkstücks steht, möglich ist.

7. Vorrichtung zur Feinbearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei der eine oder die mehreren Einsätze (36) aus einem Hohnsteinmaterial bestehen.

8. Vorrichtung zur Feinbearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die feste Oberfläche eine Härte aufweist, die ein Äquivalent von 90 Durometer übersteigt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei alle Bereiche der festen Oberfläche sich über die gleiche Umfangsstrecke erstrecken.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die feste Oberfläche (136) sich an ihren seitlichen Enden über eine größere Umfangsstrecke erstreckt, so daß von ausgewählten Bereichen der Werkstückoberfläche mehr Material abgetragen wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die feste Oberfläche (236) mit Segmenten mit veränderlichen Radien geformt ist, wodurch eine gewünschte Profilform in dem Werkstück erzeugt wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jede der Backenanordnungen weiterhin wenigstens einen elastischen Einsatz (348) aufweist, der benachbart dem oder den Einsätzen (36), welche die feste Oberfläche schaffen, angebracht ist, wobei der elastische Einsatz so gestaltet ist, daß er das Band in Kontakt mit einem Ausrundungsradius drückt, wo die Werkstückoberfläche seitlich mit radial nach außen vorstehenden Oberflächen (46) abschließt, um dadurch den Ausrundungsradius dazwischen zu formen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, welche weiterhin einen oder mehrere zweite Einsätze (672) aufweist, die aus einem elastischen Material mit einer größeren seitlichen Breite als die harten Einsätze hergestellt sind, wobei die zweiten Einsätze vorgesehen sind, um eine Druckkraft auf die radial nach außen vorstehenden Oberflächen des Werkstücks auszuüben und dadurch die Oberfläche zu bearbeiten.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, welche weiterhin nachgiebige Befestigungsmittel (680) für den zweiten Einsatz aufweist, die gebogen werden, wenn die Backenanordnung in ihre äußere Seitenposition bewegt wird.

15. Verfahren zur Feinbearbeitung der zylindrischen Oberfläche eines Werkstücks, welches Verfahren die Schritte aufweist: Drehen des Werkstücks und Veranlassen, daß feste Oberflächen der Backen, welche von einem Paar von Armen getragen werden, zwischen denen das Werkstück aufgenommen ist, ein Schleifband berühren und gegen die Werkstückoberfläche in Schleifkontakt damit drücken, wobei die festen Backenoberflächen eine vorgegebene Form haben, wodurch eine gewünschte Werkstückoberflächenform in dem Werkstück erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifband aus einem relativ inkompressiblen polymerischen Kunststoffolienmaterial, welches mit Schleifmittel beschichtet ist, hergestellt ist und so in Kontakt mit dem Werkstück gedrückt wird, daß ein Bereich von mit fester Backenoberfläche unterstütztem Schleifkontakt zwischen jedem Arm und der zylindrischen Werkstückoberfläche besteht, welcher Bereich einen Winkel von etwa 160º in Bezug auf die Achse der Werkstückoberfläche überdeckt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die feste Oberfläche eine Härte aufweist, die ein Äquivalent von 90 Durometer übersteigt.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das schleifmittelbeschichtete Band aus einem Polyester-Kunststoff hergestellt ist.

18. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das schleifmittelbeschichtete Band aus Polyethylen-Terephthalat hergestellt ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, welches weiter den Schritt aufweist, einen elastischen Einsatz das schleifmittelbeschichtete Band gegen die Werkstückoberfläche und gegen die nach außen vorstehenden Oberflächen des Werkstücks drücken zu lassen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, welches weiter den Schritt aufweist, die feste Backenoberfläche seitlich zu bewegen, während das Werkstück gedreht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Relativgeschwindigkeiten der Drehung und der seitlichen Bewegung so gewählt sind, daß eine Kreuzschraffur mit einem Neigungswinkel von wenigstens 2º auf der Werkstückoberfläche erhalten wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei welchem das Werkstück zunächst in eine Richtung und dann in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird.