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DE19962792C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen von Gelenksternen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen von Gelenksternen

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DE19962792C1
DE19962792C1 DE19962792A DE19962792A DE19962792C1 DE 19962792 C1 DE19962792 C1 DE 19962792C1 DE 19962792 A DE19962792 A DE 19962792A DE 19962792 A DE19962792 A DE 19962792A DE 19962792 C1 DE19962792 C1 DE 19962792C1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen insbesondere von Gelenksternen mit zumindest zwei Gelenkzapfen, bei welchen zumindest zwei Gelenkzapfen zugleich in derselben Aufspannung des Gelenksterns mit um die Gelenkzapfen geführten Schleifscheiben geschliffen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von Gelenksternen.
In der DE 41 03 091 C2 wird eine Vorrichtung zum Schleifen insbesondere von Nocken einer Nockenwelle beschrieben, wobei jedem Nocken bzw. jedem Noc­ kenpaar eine Schleifeinheit zugeordnet ist. Dazu sind die Schleifeinheiten über die Länge der Nockenwelle gestaffelt und sternförmig angeordnet, und es wird eine gleichzeitige Bearbeitung sämtlicher Nocken möglich, ohne daß die Schleifeinheiten sich gegenseitig stören. Zum Schleifen wird die Nockenwelle innerhalb der sie tragenden Aufnahme um ihre Längsachse gedreht, und die rotie­ renden Schleifscheiben werden programmgesteuert um voneinander abhängige Wege von der Längsachse weg und auf diese zu bewegt, um so die Nocken- Außenkontur der einzelnen Nocken in die Rohkontur der Nocken der Nocken­ welle einzuschleifen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Tatsache, daß das Schleifen nur senkrecht zur Längsachse der Nockenwelle erfolgen kann.
Insbesondere Gelenksterne mit mehr als zwei Gelenkzapfen, wie beispielsweise Tripoden, können mit der beschriebenen Vorrichtung nicht in einem einzigen Ar­ beitsschritt bzw. Takt geschliffen werden, da die Längsachsen der Gelenkzapfen jeweils einen Winkel von 120° zueinander bilden.
Üblicherweise werden Gelenksterne daher in einer zentrischen Bohrung senkrecht zur Ebene der durch die Gelenkzapfen verlaufenden Längsachsen in einem Spann­ futter aufgenommen und zentriert. Zum Schleifen wird das Schleifwerkzeug mit dem Gelenkstern in Eingriff gebracht und der Gelenkstern um die Längsachse des zu schleifenden Gelenkzapfens gedreht. Nach dem Schleifen eines Gelenkzapfens, wird das Werkstück zum nächsten zu schleifenden Gelenkzapfen weitergedreht, d. h. im vorliegenden Fall um 120°. Das Weiterdrehen bzw. Weitertakten kann durch einen im Spannfutter integrierten Mechanismus erfolgen oder durch eine separate Vorrichtung. Bei Gelenksternen mit einer geraden Anzahl von Gelenk­ zapfen ist es möglich, zumindest zwei gegenüberliegende Gelenkzapfen gleich­ zeitig zu bearbeiten, da sie auf derselben Längsachse liegen. Eine Vorrichtung vertaktet den Gelenkstern dann um den entsprechenden Winkel, um ein weiteres Paar gegenüberliegender Gelenkzapfen zu schleifen.
Durch das Vertakten der Gelenksterne wird jedoch im allgemeinen die Teilge­ nauigkeit verschlechtert. Dies ist z. B. der Fall, wenn die zentrale Symmetrieachse des Gelenksterns längs der zentrischen Bohrung nicht exakt mit der Drehachse beim Vertakten übereinstimmt. Darüber hinaus ist die herkömmliche Technik zeitaufwendig, da die einzelnen Gelenkzapfen bzw. Gelenkzapfenpaare nur hin­ tereinander geschliffen werden können.
Neben herkömmlichen runden Gelenkzapfenquerschnitten werden in der Industrie auch Gelenkzapfen mit unrunden bzw. ellipsenförmigen Querschnitten benötigt. Die Unrundheit dieser Gelenkzapfen, d. h. das Verhältnis eines Durchmessers D1 zum zweiten Durchmesser D2 der Ellipse, muß bei diesen Gelenkzapfen im Hun­ dertstel-Millimeter-Bereich liegen. Um diese Konturen schleifen zu können, ist ähnlich wie beim Herstellen von Nockenwellen mit der vorher beschriebenen Vorrichtung eine radiale Bewegung der Schleifscheiben senkrecht zur Längsachse der Gelenkzapfen notwendig, d. h. eine Zustellbewegung. Wie beim Nocken­ schleifen muß dazu bei den herkömmlichen Verfahren die Bewegung der Schleif­ scheiben mit der Drehung der Gelenkzapfen koordiniert sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von Gelenksternen zu schaffen, mit dem bzw. mit der eine effizientere (produktionszeit-reduzierte) und maßgenauere Bearbeitung von Ge­ lenksternen möglich ist, wobei die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile überwunden werden.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Schleifen von Gelenksternen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß An­ spruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Schleifen von Gelenk­ sternen mit zumindest drei Gelenkzapfen, bei welchem zumindest drei Gelenkzap­ fen zugleich in derselben Aufspannung des Gelenksterns mit um die Gelenkzap­ fen geführten Schleifscheiben geschliffen werden, kann vorteilhaft die Bearbei­ tungszeit für einen einzelnen Gelenkstern deutlich verringert werden. Dadurch wird eine Reduktion der Stückkosten von Gelenksternen erreicht.
Vorteilhafter Weise kann auf ein Vertakten des Werkstücks verzichtet werden, so daß die Teilgenauigkeit verbessert wird.
Das Verfahren ist gleichermaßen für Gelenksterne mit einer geraden wie einer ungeraden Anzahl von Gelenkzapfen zum gleichzeitigen Schleifen aller Gelenk­ zapfen geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit mit gleicher Effizienz auf unterschiedliche Gelenksterne, unabhängig von der Anzahl der Gelenkzapfen anwendbar.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht das Schleifen von Gelenksternen mit drei Gelenkzapfen bzw. von Tripoden vor, bei welchen der jeweils zwischen zwei Längsachsen von Gelenkzapfen eingeschlossene Winkel 120° beträgt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, Gelenkzapfen unrund oder rund zu schleifen. Diese Anwendungsmöglichkeit ist von Bedeutung, da von der Industrie in zunehmendem Maße unrunde, z. B. ellipti­ sche Querschnittsprofile für spezielle Anwendungen verlangt werden. Das erfin­ dungsgemäße Verfahren ist gleichermaßen für unrunde wie auch runde Gelenk­ zapfen anwendbar, da jede zum Schleifen dieser Querschnittprofile notwendige Bewegung der Schleifwerkzeuge gemäß einer Ausführungsform durch Kombina­ tion einer Zirkular- und einer Linearbewegung erreicht werden kann, oder gemäß einer anderen Ausführungsform durch Kombination zweier Zirkularbewegungen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die genannten Quer­ schnittsprofile auch durch Kombination zweier insbesondere zueinander senk­ rechter Linearbewegungen möglich. Diese Variante ist technisch vorteilhaft, da zur Realisierung der Linearbewegungen jeweils dieselbe Vorrichtung verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist so ge­ staltet, daß zumindest drei Spindelstöcke mit zumindest je einer Schleifscheibe vorgesehen sind, welche zugleich mit den zu schleifenden Gelenkzapfen in Ein­ griff bringbar sind, wobei die Schleifscheiben in den Spindelstöcken so gelagert sind, daß sie beim Schleifen um die Gelenkzapfen bewegbar sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Werkstück zentral zwischen den die Schleifscheiben tragenden Spindelstöcken aufgespannt, wodurch es möglich wird, alle erforderlichen Spindelstöcke an die zu schleifenden Gelenkzapfen zuzustel­ len. Besonders vorteilhaft erweist sich diesbezüglich eine zentralsymmetrische Anordnung der Schleifstöcke um das Werkstück.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Bewegung der Schleifscheiben um die Gelenkzapfen beim Schleifen mit einem in einem Spin­ delstock drehbaren Gehäuse erreicht, in dem eine Schleifspindeleinheit exzen­ trisch gelagert und zur Drehachse des Gehäuses radial bewegbar ist. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Bewegung der Schleifscheiben um die Ge­ lenkzapfen beim Schleifen mit einem Spindelstock realisiert, beim dem in einem ersten drehbaren Gehäuse drehbar exzentrisch ein zweites Gehäuse gelagert ist, in welchem wiederum die Schleifspindeleinheit exzentrisch gelagert ist. Das Bewe­ gen der Schleifscheiben wird bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform durch einen im Spindelstock angeordneten Kreuzschlitten erzielt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnung, in welcher:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Maschine zum Schleifen von Gelenksternen mit drei Gelenkzapfen (Tripoden) darstellt;
Fig. 2 eine Vorderansicht eines Schleifspindelstockes entlang des Schnittes V-V aus Fig. 1 ist;
Fig. 2A eine weitere Ausführungsform eines Schleifspindelstockes entlang des Schnittes V-V aus Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine spezielle Ausführungsform der Aufspannung einer Tripode zeigt;
Fig. 4 eine schematische Ansicht der Bewegung einer Schleifscheibe um einen Gelenkzapfen zeigt; und
Fig. 5 einen Tripodenzapfen mit einem elliptischen Querschnittprofil veran­ schaulicht.
In den Fig. 1 bis 5 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Ein Maschi­ nenständer 1 dient zur Aufnahme von drei Spindelstöcken 3. Die drei Spindel­ stöcke 3 sind für eine optimale Zustellung zu einem Werkstück 7, z. B. einem Ge­ lenkstern so angeordnet, daß die Längsachse eines Schleifdorns 5 eines Spindel­ stockes 3 jeweils in Richtung (Z1; Z2; Z3) der Längsachse eines Gelenkzapfens 11 des Gelenksterns 7 verschiebbar ist. Der Gelenkstern 7, hier in Form einer Tripode, weist zwischen den Längsachsen seiner Gelenkzapfen 11 jeweils einen Winkel von 120° auf. Die Tripode 7 ist zentralsymmetrisch zwischen den Schleifscheiben 6 tragenden Spindelstöcken 3 aufgespannt. Zum Schleifen von Gelenksternen 7 mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Gelenkzapfen 11 ist es möglich die Spindelstöcke 3 auf dem Maschinenständer 1 geeignet zu ver­ setzen und so anzuordnen, daß alle Schleifscheiben 6 zugleich mit allen Gelenk­ zapfen 11 in Eingriff stehen.
Wie in Fig. 2 gezeigt folgt das Schleifen eines Gelenkzapfen 11 mittels einer ro­ tierenden Schleifscheibe 6, die auf dem Schleifdorn 5 einer Schleifspindeleinheit 4 aufgenommen ist. Der Schleifdorn 5 ist an einem im Spindelstock 3 drehbar gelagerten Gehäuse 3A exzentrisch montiert. Darüber hinaus kann der Schleif­ dorn 5 und somit die Schleifscheibe 6 mittels einer im Gehäuse 3A vorgesehenen Mechanik radial zur Drehachse des Gehäuses 3A über eine Strecke X11 bewegt werden. Dadurch ist eine Schleifscheiben-Verschleißkompensation sowie ein Zustellen der Schleifscheibe 6 zu dem zu schleifenden Gelenkzapfen 11 möglich. Durch die exzentrische Anordnung führt die Schleifscheibe 6 bei Drehung des Gehäuses 3A durch einen Motor eine Kreisbewegung aus und ist beim Schleifen somit um einen Gelenkzapfen 11 bewegbar. Durch Kombination der Drehbewe­ gung des Gehäuses 3A mit der Linearbewegung des Schleifdorns 5 längs der Strecke X11 während des Schleifens können darüber hinaus eine unrunde, bei­ spielsweise elliptische Bewegung der Schleifscheibe 6 um einen Gelenkzapfen 11, aber auch andere komplizierte Bewegungen erreicht werden.
Eine weitere Ausführungsform für eine mögliche Lagerung des Schleifdorns 5 im Spindelstock 3 ist in Fig. 2A beschrieben. Hier ist im Gehäuse 3A exzentrisch zu dessen Drehachse im Spindelstock 3 drehbar exzentrisch ein zweites Gehäuse 3B gelagert, in welchem wiederum der Schleifdorn 5 exzentrisch gelagert ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine Schleifscheiben-Verschleißkompensation sowie ein Zustellen der Schleifscheibe 6 zu dem zu schleifenden Gelenkzapfen 11 möglich. Beim Schleifen ist durch geeignete Koordination der Drehungen der beiden Gehäuse 3A, 3B ein Bewegen der Schleifscheibe 6 beim Schleifen um den Gelenkzapfen 11 möglich und es können unrunde wie auch runde Profilquer­ schnitte geschliffen werden.
Für ein präzises Bearbeiten der Tripode 7 sind sämtliche Achsen der Vorrichtung als CNC-Achsen ausführbar. Sämtliche Bewegungen sowohl der Spindelstöcke 3 als auch der Schleifdorne 5, wie die Drehbewegungen der Gehäuse 3A, 3B die Drehgeschwindigkeiten der Schleifscheiben 6 und die Schleifdauer können dar­ über hinaus Mikroprozessor-gesteuert werden.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Aufspannung der Tripode 7 gezeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein mit dem Maschinenständer 1 fest ver­ bundener Sockel 12 mit einem Dorn 15 versehen, in welchem ein Zentrierdorn 14 aufgenommen ist. Mittels des Zentrierdorns 14 wird die Tripode 7 in Bezug auf die vertikale Achse des Dorns 15 zentriert und durch einen von oben angeordne­ ten Druckzylinder 13 fixiert. Die Tripode 7 wird dadurch an ihren Planflächen 8 und 9, durch welche eine zentrale Bohrung 10 ausgeführt ist, eingespannt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, den Zentrierdorn 14 als Spanndorn auszuführen, mittels welchem die Tripode 7 direkt eingespannt werden kann und wodurch das Verwenden ein Druckzylinders 13 nicht mehr nötig ist.
Fig. 4 zeigt schematisch die Bewegung der Schleifscheibe 6 um den Gelenkzap­ fen 11. Fig. 5 veranschaulicht einen unrunden Gelenkzapfen 11, der eine ellipti­ sche Form, d. h. zwei unterschiedliche Durchmesser D1 und D2 aufweist. Übli­ cherweise ist einer der Durchmesser im hundertstel Millimeter-Bereich kleiner als der andere Durchmesser. Bestimmte Ausführungsformen von Gelenkzapfen 11 können auch Einstiche oder Radien aufweisen, die direkt mit entsprechenden Schleifscheiben 6 eingeschliffen werden können. Darüber hinaus kann mit der vorliegenden Erfindung auch das Schleifen von Planseiten am Ende des Gelenk­ zapfens 11 oder an der Stirnseite durchgeführt werden.
Vorzugsweise erfolgt das Schleifen der Gelenkzapfen 11 mit Korund- oder CBN- Schleifscheiben. Als CBN-Schleifscheiben können abrichtbare, keramisch ge­ bundene Schleifscheiben verwendet werden, oder galvanisch belegte CBN- Schleifscheiben, die nicht abrichtbar sind.
Bezugszeichenliste
1
Maschinenständer
2
Zustellschlitten
3
Spindelstock
3
A,
3
B Gehäuse
4
Schleifspindeleinheit
5
Schleifdorn
6
Schleifscheibe
7
Werkstück, Gelenkstern, Tripode
8
,
9
Planflächen
10
Bohrung
11
Gelenkzapfen
12
Sockel
13
Druckzylinder
14
Zentrierdorn
15
Dorn

Claims (14)

1. Verfahren zum Schleifen von Gelenksternen (7) mit zumindest drei Ge­ lenkzapfen (11), bei welchem ein Gelenkstern (7) stationär und zentral zwischen die Schleifscheiben (6) tragenden Spindelstöcken aufgespannt wird,
die Schleifscheiben (6) mit den Gelenkzapfen (11) zugleich in Eingriff ge­ bracht werden, und
die rotierenden Schleifscheiben (6) zugleich um die Gelenkzapfen (11) ge­ führt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zumindest eine Schleifscheibe (6) um einen Gelenkzapfen (11) in einer unrunden Bahn geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem zumindest eine Schleif­ scheibe (6) um einen Gelenkzapfen (11) in einer runden Bahn geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem jede Schleif­ scheibe (6) um den Gelenkzapfen (11) in einer Bahn geführt wird, die durch die Kombination einer Zirkular- und einer Linearbewegung be­ schrieben ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem jede Schleif­ scheibe (6) um den Gelenkzapfen (11) in einer Bahn geführt wird, die durch die Überlagerung zweier Zirkularbewegungen beschrieben ist, wo­ bei das Bahnzentrum einer Zirkularbewegung außerhalb der Längsachse des zu schleifenden Gelenkzapfens (11) liegt und das Bahnzentrum der anderen Zirkularbewegung mit der Längsachse des Gelenkzapfens (11) im wesentlichen übereinstimmt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem jede Schleif­ scheibe (6) um den Gelenkzapfen (11) in einer Bahn geführt wird, die durch die Kombination zweier Linearbewegungen beschrieben ist.
7. Vorrichtung zum Schleifen von Gelenksternen (7) mit mindestens drei Gelenkzapfen (11) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zumindest drei Spindelstöcke (3), die um einen stationär aufspannbaren Gelenkstern (7) zentralsymmetrisch angeordnet sind und zumindest je eine Schleifscheibe (6) so aufweisen, dass diese zugleich mit den Gelenkzapfen (11) in Eingriff bringbar und um diese bewegbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Anzahl der Spindelstöcke (3) gleich der Anzahl der zu schleifenden Gelenkzapfen (11) des Gelenk­ sterns (7) ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch zumindest einen Spindelstock (3) mit einem drehbaren Gehäuse (3A), in dem eine die Schleifscheibe (6) tragende Schleifspindeleinheit (4) exzent­ risch gelagert ist, die radial zur Drehachse des Gehäuses (3A) bewegbar ist, wobei die Schleifscheibe (6) beim Schleifen um den Gelenkzapfen (11) bewegbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch zumindest einen Spindelstock (3) mit einem ersten drehbaren Gehäuse (3A), in dem drehbar exzentrisch ein zweites Gehäuse (3B) gelagert ist, in welchem eine die Schleifscheibe (6) tragende Schleifspindeleinheit (4) ex­ zentrisch gelagert ist, wobei die Schleifscheibe (6) in Richtung zur Mit­ telachse des ersten drehbaren Gehäuses (3A) bewegbar und beim Schleifen um den Gelenkzapfen (11) bewegbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch zumindest einen Spindelstock (3) mit einem Kreuzschlitten, auf dem eine die Schleifscheibe tragende Schleifspindeleinheit (4) angeordnet ist, wobei die Schleifscheibe (6) beim Schleifen um den Gelenkzapfen (11) bewegbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch zumindest eine Korundschleifscheibe.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch zumindest eine keramisch gebundene CBN-Schleifscheibe.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch zumindest eine galvanisch belegte CBN-Schleifscheibe.
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