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Maschine zum Schleifen gekröpfter Wellen, wie Kurbelwellen o. dgl.
Die nachstehende Beschreibung betrifft eine Erfindung, die sowohl als Zusatzgerät
zu Werkzeugmaschinen der verschiedensten Art als auch als Spezialschleifmaschine,
insbesondere Kurbelwellenschleifmaschine, verwendet werden kann.
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Es ist bekannt, z. B. an Drehbänken Supportschleifmaschinen anzuordnen
und dadurch die Drehbank behelfsmäßig als Rundschleifmaschine verwenden zu können.
Im allgemeinen werden derartige Supportschleifmaschinen mit einer Topfscheibe ausgerüstet,
die durch den Transport des Supports von der Leitspindel aus an der zu schleifenden
Fläche entlang geführt wird. Handelt es sich dabei umkürzere Schleiflängen, die
beiderseits scharf begrenzt sind, so läßt sich eine genaue Umsteuerung der Transportbewegung
des Schleifsupports von Hand nicht ohne weiteres durchführen. Handelt es sich um
das behelfsmäßige Schleifen von Kurbelzapfen auf einer Drehbank, so muß bei Verwendung
einer üblichen Supportschleifmaschine die Kurbelwelle mittels besonderer Aufnahme-
und Schlittenführungen exzentrisch zur Maschinenachse zwischen Spindelkasten -und
Reitstock aufgespannt werden, was mit erheblichem Arbeitsaufwand und unvermeidlichen
Meßfehlern verbunden ist.
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Demgegenüber sind zwar auch schon Maschinen zum Schleifen gekröpfter
Wellen bekanntgeworden, die mittels der Stirnfläche einer Topfscheibe arbeiten,
welche an einen parallel zur Werkstückachse verschiebbaren und in einer zu dieser
senkrechten Ebene frei schwenkbaren Support derart gelagert ist, daß die Schleifscheibe
der Eigenbewegung des Kurbelzapfens folgen kann. Man hat durch diese Anordnung zwar
schon eine gewisse Vereinfachung gegenüber den bisherigen Maschinen erzielt, war
aber noch nicht in der Lage, ein vollkommen selbst arbeitendes Aggregat zu schaffen,
so
daß mit den bisherigen Maschinen beispielsweise keine Ziehschliffbewegung ausgeführt
werdenkonnte und bei denen es nicht möglich war, sämtliche im allgemeinen vorkommenden
Kröpfungsabmessungen auf ein und derselben Maschine zu bearbeiten.
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Demgegenüber wird durch die vorliegende Erfindung eine Maschine geschaffen,
die neben erheblichen Verbesserungen des Schleifprozesses an sich noch den Vorteil
einer universellen Anwendbarkeit und der nahezu vollständigen Selbsttätigkeit aller
mit der Durchführung des Schliffes erforderlichen Schaltbewegungen bringt. So kann
man beispielsweise Kurbelwellenzapfen mit jeder normalen Drehbank schleifen, ohne
die Kurbelwelle jedem Zapfen entsprechend exzentrisch umspannen zu müssen, also
unter Beibehaltung ihrer Lage zwischen Spitzen, die in die beiden Enden der Kurbelwelle
eingreifen. Erfindungsgemäß ist bei der neuartigen Maschine die Schleifscheibe derart
an dem Support schwingend gelagert, daß sich deren Stirnfläche in einer zu der zu
bearbeitenden Werkstückoberfläche tangential liegenden Ebene bewegt, und zwar einmal
eine zur Werkstückachse im wesentlichen parallel schwingende und zum anderen eine
zu dieser im wesentlichen senkrecht hin und her gehende Bewegung ausführt. Hierdurch
ist es möglich, ohne Verschiebung des Werkstückes den gesamten Zapfen einer Kurbelwellenkröpfung
in einem Arbeitsgang zu 'schleifen, und zwar unter Anwendung des Ziehschliffverfahrens
und, gleichzeitig die Hohlkehle in der Art, wie dies gemäß Patent 583 755 durchgeführt
wird, zu bearbeiten.
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Da aber, wie in dem älteren, oben genannten Schutzrecht ausgeführt,
zum Schleifen der Hohlkehle der Abstand von Schleifachse zu Werkstückachse konstant
'bleiben muß, so ist es erforderlich, daß während dieses Teiles des Arbeitsganges
die Ziehschliffbewegung unterbrochen wird. Zu diesem Zweck ist gemäß weiterer Ausbildung
der Erfindung die Anordnung einer die zur Werkstückachse im wesentlichen senkrecht
hin undher gehende Bewegung der Schleifscheibe steuernde Vorrichtung vorgesehen,
die derart arbeitet, daß diese Bewegung in den Scheitelpunktbereich der zur Werkstückachse
im wesentlichen parallel schwingenden Bewegung zum Stillstand kommt, d. h. zu Null
wird.
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Auf Grund der schwingend gelagerten Schleifscheibe führt der Schleifscheibenmittelpunkt
eine um die Schwenkachse des Schleifscheibenträgers verlaufende bogenförmige 'konkave
Kurve aus, die aber zweckmäßig in einer gerade oder darüber hinaus in eine konvex
verlaufende Kurve überzuführen ist. Hierdurch wird mit der inneren und äußeren scharfen
Kante der Topfschleifscheibe ein leichtes Schleifen und Schneiden sowie eine gleichmäßige
Abnutzung der Scheibenfläche mit hohem Nutzeffekt erreicht. Die konvex verlaufenden
Auf- und Abbewegungen der Topfschleifscheibe stellt einen sogenannten Bogenziehschliff
dar. Dieser wird gemäß Erfindung durch die bereits erwähnte Anordnung der die Bewegung
der Schleifscheibe steuernden Vorrichtung erreicht, indem diese so arbeitet, daß
bei den zur Werkstückachse im wesentlichen parallel schwingenden Bewegung der Schleifscheibe,
deren Stirnflächenmittelpunkt Kurven beschreibt, die stetig von 'konkav bis konvex,
bezogen auf die Schwenkachse des Schleifscheibenträgers, veränderbar sind.
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In besonderer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schleifscheibenwelle
am freien Ende einer vorzugsweise als zweiarmiger Hebel ausgebildeten, als Schleifscheibenträger
dienenden Schwingplatte gelagert ist, deren anderes Ende gegebenenfalls als in einer
Kurbelscheibe laufende Kulisse ausgebildet ist, wobei man den Kurbelradius veränderlich
gestalten kann, um somit verschiedene Schwingungsamplituden einzustellen. Ferner
ist die Schwenkachse der Schwingplatte in einem vorzugsweise als einarmiger Hebel
ausgebildeten Schwingbügel gelagert, der durch ein Mehrgelenkgetriebe o. dgl. angetrieben
ist, wodurch die Schwingplatte die oben beschriebene hin und her gehende Bewegung
ausführt. Der Antrieb der schon oben mehrfach beschriebenen Steuervorrichtung kann
aus einem auf der mit der Schwingplattenkulisse gekuppelten Kurbelscheiben sitzenden
Nocken o. dgl. bestehen, der mit dem vorzugsweise als doppelarmiger Hebel ausgebildeten
Antriebsglied des Mehrgelenkgetriebes zusammenwirkt. Durch entsprechende Wahl der
Nockenform kann hierbei auch die hin und her gehende Bewegung der Schwingplatte
so gesteuert werden, daß sie im Bereich der Hohlkehle zum Stillstand kommt. Um den
Radius der Hohlkehle einstellen zu können, ist es zweckmäßig, eine längs veränderliche
Koppel des erwähnten Mehrgelerikgetriebes zu verwenden, die ihrerseits mit dem Antriebsglied
so gekuppelt ist, daß dessen Länge, etwa durch einen selbsthemmend wirkenden Zahntrieb,
ebenfalls veränderbar ist; mit der Längenveränderung des Antriebsgliedes kann man
die Amplitude der Ziehschliffbewegung steuern.
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Gemäß einer besonderen Ausbildung der 'erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei welcher der feststehende Teil des Schleifsupports, nämlich der Schleifarm, als
Koppelglied eines Viergelenkgetriebes ausgebildet ist, erhält das Gelenkglied, das
die Verbindung zwischen dem Supportschlitten und dem Koppelglied herstellt, eine
Länge, die mehr als das Doppelte des Betrages einer Kurbelkröpfung des Werkstückes
ausmacht. Dies bietet die Möglichkeit einer allgemeinen Verwendung der Maschine
für alle in der Praxis vorkommenden Werkstückabmessungen. Das Gelenkglied selbst
kann entweder als die Supportführung umfassender Doppelhebel, Hülse oder Ring ausgebildet
werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. i eine Draufsicht auf die frei schwingende Supportanordnung,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Supports, wobei die schwingende Lagerung der Schleifscheibe
zu erkennen ist, sowie der dazugehörige Antrieb, Fig.3 eine Teildarstellung des
Werkstückes, woraus die Bewegung der Schleifscheibe in bezug auf die Werkstückachse
zu ersehen ist,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die gelenkige Lagerung
der Koppel des Mehrgelenkgetriebes, das zum Antrieb der hin und her gehenden Bewegung
der Schleifscheibe dient, Fig. 5 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 4.
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Einen Gesamtüberblick über die erfindungsgemäßen Anordnungen zeigt
Fig. i, wobei der Supportschlitten 1 entweder an einer senkrecht stehenden Säule
2 oder aber auch an einer waagerecht liegenden Bank verschiebbar angeordnet ist.
Der Supportschlitten ist durch ein Gelenkglied mit dem eigentlichen, die Schleifscheibe
3 tragenden Schleifarm .4 verbunden, das in dem vorliegenden Beispiel als Hülse
5 ausgebildet ist. Andererseits kann es auch aus einem Ring, Doppelhebel o. dgl.
bestehen. An einem Ende des in dem Gelenk 6 schwingend gelagerten Schleifarmes 4
sitzt der Antriebsmotor 7, der durch einen Treibriemen 8 mit der Antriebswelle 9
der Topfschleifscheibe 3 gekuppelt ist. Außerdem trägt der Schleifarm noch die Lünette
io, welche in dem Bereich, in welchem die Stirnfläche der Topfschleifscheibe 3 das
Werkstück tangiert, beispielsweise den Zapfen 1 i einer Kurbelwelle 12 umgreift.
Die drei Auflagestellen der Lünette können in zwangsläufiger Abhängigkeit voneinander
beispielsweise durch den Hebeltrieb 14 derart eingestellt werden, daß sie das runde
Werkstück zentrisch umfassen, und dessen schwingende Bewegung auf dem beweglichen
Schleifarm übertragen. Das Werkstück, nämlich die Kurbelwelle 12, kann entweder
senkrecht oder waagerecht gelagert werden und wird durch eine besondere, in der
Zeichnung nicht dargestellte Antriebsvorrichtung angetrieben, so daß sie sich beispielsweise
um die Achse 15 dreht. Die Maßverhältnisse sind in der Zeichnung nicht genau eingehalten.
Hierbei wird nun der Schleifarm 4 mitgenommen, so daß an jeder beliebigen Stellung
des Werkstückes die Schleifscheibe mit der Werakstückoberfläche in Berührung bleibt.
Das Ganze bildet gewissermaßen ein Viergelenkgetriebe, wobei die Kurbelwange das
Antriebsglied, der Schleifarm 4 die Koppel und die Hülse 5 das Antriebsglied darstellen.
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Die Ausbildung des Schleifarmes 4 ist aus Fig. 2 zu ersehen. Hierbei
ist die Schleifscheibe 3 an einer als Schleifscheibenträger dienenden Schwingplatte
16 gelagert, und zwar um die Schwenkachse 17. Am hinteren Ende trägt die Schwingplatte
16 eine aus zwei Armen 18 und i9 gebildete Kulisse, die mit der Kurbelscheibe 2o
durch Eingreifen des Kulissetisteines 21 zusammenwirkt. Der Kulissenstein ist auf
der Kurbelscheibe 2o radial verschiebbar, so daß die Amplitude der Schwingungsbewegung
des Mittelpunktes der Schleifscheibe 3 am anderen Ende der Schwingplatte eingestellt
werden kann. Außerdem trägt die Schwingplatte 16 im Bereich der Schleifscheibe zwei
die Schleifscheibe übergreifende Anschlagbügel 22, die gegebenenfalls auch aus einem
Ring bestehen können. Diese haben den Zweck, die schwingende Bewegung der Schleifscheibe,
die im wesentlichen parallel zur Werkstückachse verläuft, nach oben und unten bzw.
bei liegender Anordnung der Kurbelwelle nach rechts und links durch Anschlag an
dem feststehenden Teil 23 des Support angeordnete Hubeinstellknaggen 24 zu begrenzen.
Die Knaggen 24 sind verschiebbar gelagert und können durch die Einstellschrauben
25 je nach Zapfenlänge verstellt werden. Ferner ist aus der Zeichnung zu ersehen,
daß die Schwenkachse 17 in einem Schwingbügel 26 gelagert ist, der selbst um eine
feste Achse 27 schwingt. Der Schwingbügel 26 bildet zusammen mit dem Ziehschliffgestänge
28 und dem Kulissenhebel 29 ein Viergelenkgetriebe, wobei der Kulissenhebel 29 das
Antriebsglied, das Ziehschliffgestänge 28 die Koppel und der Schwingbügel 26 das
Antriebsglied darstellt, was dazu dient, dem Schleifscheibenmittelpunkt eine im
wesentlichen senkrecht zur Werkstückachse verlaufende hin und her gehende Bewegung
zu erteilen. Der Antrieb selbst erfolgt durch einen Nocken 3o, der auf der Kurbelscheibe
20 sitzt und lediglich zur besseren Veranschaulichung nach rechts hinausgezogen
ist. Der Nocken wirkt mit der Rolle 31 des als Doppelhebel ausgebildeten Kulissenhebels
29 zusammen. Die Amplitude der oben beschriebenen hin und her gehenden Schwingbewegung
der Platte 16 bzw. des Schleifscheibenmittelpunktes wird durch eine Änderung der
wirksamen Länge des Antriebsgliedes, nämlich des Kulissenhebels 29, verändert, indem
der Gelenkpunkt 32 der Koppel in der Kulisse 33 verstellt wird. Außerdem kann die
Koppel bzw. das Ziehschliffgestänge 28 in seiner wirksamen Länge durch eine Einstellschraube
34 verändert werden, worauf noch weiter unten näher eingegangen wird.
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Wie aus der Zeichnung weiter zu ersehen ist, weist der Nocken eine
bestimmte Form auf, derart, daß im äußeren und mittleren Bereich konzentrisch zur
Nockendrehachse liegende Teile 35 angeordnet sind. Kommt die Rolle 31 während des
Betriebes mit einem Teil 35 in Zusammenwirkung, so setzt die hin und her gehende
Bewegung der Schwingplatte 16 so lange aus, bis die Rolle diesen Teil wieder verläßt.
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Fig. 4 und 5 zeigt die konstruktive Ausgestaltung des Gelenkpunktes
32, der zweckmäßig durch Anwendung eines selbsthemmenden Getriebes in der Kulisse
verschiebbar angeordnet werden soll. Zu diesem Zweck greift das Auge 36 des Ziehschliffgestänges
um die Achse eines Ritzels 37, das mit einer Zahnstange 38, die die eine Seite der
Kulisse 33 bildet, 'kämmt. Das Ritzel trägt außerdem eine Scheibe 39, die in einer
Nut 4o des Hebels 29 läuft und durch eine Feder 41 gegen die Nutenwand gepreßt wird,
so daß eine erhöhte Reibung entsteht. Außerdem ist noch eine Bandfeder 42 vorgesehen,
deren umgebogene Enden mit den Zahnlücken des Ritzels 37 zusammenwirken.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgendermaßen.
Beim Einschalten der Maschine wird die Kurbelwelle 12 gedreht und der zu bearbeitende
Zapfen i i nimmt durch die Lünette io den Schleifarm auf seiner gesamten Kreisbewegung
mit, wobei gleichzeitig die entsprechend eingestellte Schleifscheibe 3 mit ihrer
Stirnfläche gegen die
Zapfenoberfläche gedrückt wird. Gleichzeitig
treibt der Motor 7 die Schleifscheibe 3 und die Kurbelscheibe 2o an. Je nach Zapfenlänge
werden die Knaggen 24 durch die Einstellschrauben 25 eingerichtet, so daß am Ende
der erforderlichen Amplitudenlänge der Schwingung die Anschlagbügel an den Knaggen
24 anstoßen und die Bewegung begrenzen. Stimmt nun hiermit die Stellung des Kulissensteines
21 nicht überein, was durchaus nicht erforderlich ist, sondern ist .der hier eingestellte
Radius etwas größer, so dreht sich die Scheibe 2o weiter. Der entsprechende Kulissenarm
wird durch den Stein 21 gegen die Wirkung der Feder 43 gehoben, ohne diese Bewegung
auf die Schwingplatte 16 zu übertragen. Die Ziehschliffbewegung, d. h. die Amplitude
der hin und her gehenden Bewegung der Schwingplatte, wird durch entsprechende Einstellung
des Gelenkpunktes 32 in der Kulisse 33 des Hebels 29 erreicht. Um gleichzeitig die
Hohlkehle am Übergang von Kurbelzapfen zu Wange zu schleifen, muß gemäß Patent 583
755 der Abstand der Zapfenachse von Sehleifschneidachse einen entsprechenden Wert
aufweisen. Dieser Betrag wird durch Verändern der Länge des Ziehschliffgestänges
28 mittels der Einstellschraube 34 eingestellt. Da es aber erforderlich ist, daß
zum Schleifen der genannten Hohlkehle dieser eingestellte Betrag bei dem Schleifvorgang
immer gleich bleiben muß, um einen gleichbleibenden Kehlenradius zu erzielen, muß
die hin und her gehende Bewegung im Bereich der Hohlkehle bzw. in den Scheitelpunktsbereichen
der zur Werkstückächse ungefähr parallel verlaufenden Schwingungsbewegung zum Stillstand
kommen.
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Hierzu ist die Form des Nockens so ausgebildet, daß, wie oben schon
beschrieben, konzentrisch verlaufende Teile 35 vorgesehen sind, so daß an der Stelle,
an der der Schwingungsausschlag der Schwingplatte 16 am größten ist, der Hebel 29
keine Schwingungsbewegung mehr ausführen kann. Das ist der Bereich, in dem die Hohlkehle
geschliffen wird.
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Auf Grund der zur Werkstückachse im wesentlichen parallel verlaufenden
Schwingungsbewegung der Stirnfläche der Schleifscheibe 3 beschreibt der Schleifscheibenmittelpunkt
eine Kurve 44, die als Kreisbogen um die Achse 17 der Schwingplatte verläuft,
d. h. sie ist, bezogen auf die Schwenkachse 17, konkav. Es ist aber im Sinne
eines einwandfreien Schleifvorganges zweckmäßig, diese Kurve über eine Gerade hinaus
in eine !konvexe Kurve, bezogen auf die Schwenkachse 17, umzuwandeln, was durch
eine entsprechende Wahl der Nockenform des Nockens 3o erreicht wird; man erhält
auf diese Weise die Bogenziehschliffkurve 45. Zur übersichtlichen Kontrolle der
Bewegung der Schleifscheibe 3 gegenüber der Achse des Werkstückes enthält der feststehende
Teil 23 des Supports ein Fenster 46, das den Durchblick auf ein dahinter befestigtes,
leicht auswechselbares Modell 47 der Schleifscheibenstirnseite freigibt und über
ein Faderikreuz 48 es ermöglicht, jeweils die genaue Lage der Schleifberührungslinien
auf der Stirnfläche der Topfscheibe zu kontrollieren. Das Modell des Steines macht
sämtliche Bewegungen der Schwingplatte mit.