[0001] Die Erfindung betrifft eine Schleifvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
[0002] Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (DE 44 41 623 A1) dient zur Feinbearbeitung
einer am Rand der Werkstück-Bohrung angeschliffenen Fase, die als Dichtsitz für eine
Ventilnadel dient. Solche Ventilbohrungen sind beispielsweise in Einspritzpumpen für
Brennkraftmaschinen vorgesehen. Sie haben einen sehr kleinen Durchmesser von nur einigen
Millimetern und müssen hochgenau bearbeitet sein. Die den Rand der Bohrung bildende
oder ihn umgebende Stirnfläche des Werkstückes muß ebenfalls genau bearbeitet sein;
beim Anschleifen oder bei der Oberflächenbearbeitung einer Fase ist außerdem darauf
zu achten, daß die kegelstumpfförmige Flache genau konzentrisch zur Bohrungsachse
liegt. Die bekannte Vorrichtung hat zur Oberflächenbearbeitung der Fase eine konische
Schleiffläche an dem um die Bohrungsachse rotierend angetriebenen Schleifwerkzeug.
Dabei ist die Form der Fase unmittelbar von der Form der Schleiffläche des Schleifbelages
abhängig, der in der Serienfertigung häufig abgerichtet werden muß. Da Schleifbeläge
allgemein inhomogen sind, ist die Formgenauigkeit und die Oberflächenqualität der
Fase in der Serienfertigung bei sehr hohen Anforderungen unzureichend.
[0003] Es sind auch Planhonvorrichtungen bekannt, bei denen das Honwerkzeug mit seinem Schleifbelag
auf der zu bearbeitenden Oberfläche verschoben wird. Diese Vorrichtungen sind aber
wegen ihrer relativ großen Abmessungen bei beengten Platzverhältnissen nicht einsetzbar.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung mit möglichst geringem
Platzbedarf so auszuführen, daß auch kleine Stirnflächen, insbesondere Ringflächen
am Rand einer Bohrung mit sehr hoher Genauigkeit erzeugt oder bearbeitet werden können.
[0005] Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
[0006] Das periodische Verschieben des Schleifwerkzeuges quer zur Achse des Führungszapfens
ermöglicht die Oberflächenbearbeitung der Stirnfläche des Werkstückes und auch die
Erzeugung einer Fase an der Bohrungskante mit einer planen Schleiffläche, deren Form
also durch Abnutzung und Abrichten nicht verändert wird, so daß in der Serienfertigung
eine sehr hohe Genauigkeit und Güte der fertigen Oberfläche erreicht werden. Die Verschiebebewegung
kann auf engstem Raum realisiert werden, womit sich eine geringe Baugröße der gesamten
Vorrichtung ergibt.
[0007] Während der Verschiebebewegung wird das Schleifwerkzeug zweckmäßig über eine Antriebswelle
rotierend angetrieben, beispielsweise mit 2000 bis 6000 U/min, wobei die periodische
Verschiebung mittels eines Exzenters erzeugt werden kann, der vorzugsweise Bestandteil
einer angetriebenen Hohlwelle mit Exzenterbohrung ist. Vorzugsweise wird die Hohlwelle
gegensinnig zu der Antriebswelle mit einer Drehzahl von 500 bis 2000 U/min angetrieben.
Dar Weg der Querverschiebung ist so bemessen, daß die Schleiffläche die zu bearbeitende
Stirnfläche vollständig überstreicht, wobei die Wegstrecke bei der Bearbeitung des
Umgebungsbereichs sehr dünner Bohrungen beispielsweise 0,5 bis 3 mm beträgt.
[0008] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0009] Zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schleifvorrichtung werden im folgenden
anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- die Schleifvorrichtung mit einer zugehörigen Haltevorrichtung für das Werkstück im
Axialschnitt,
- Fig. 2
- einen Schnitt nach II-II in Fig. 1,
- Fig. 3
- einen Schnitt nach III-III in Fig. 2,
- Fig. 4
- einen ausschnittsweisen Axialschnitt durch die Vorrichtung und ein zu bearbeitendes
Werkstück mit einer anderen Ausbildung und Lagerung des Werkzeuges in schematischer
Darstellung.
[0010] Die Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 3 hat ein Schleifwerkzeug 1, das als Honleiste
3 mit einem Schleifbelag 23 ausgeführt und an einer Halterung 22 befestigt ist. Die
Halterung 22 ist ein zylindrischer Schieber, in den parallel zu seiner Achse die Honleiste
3 eingesetzt ist, und der in einer Durchgangsöffnung 21 eines Schaftes 17 verschieblich
angeordnet ist. Der Schaft 17 ist einstückig mit einem Führungszapfen 7 ausgeführt,
der in die fertig gehonte Bohrung 5 eines Werkstückes 6 eintaucht. Das Werkstück 6
ist in bekannter Weise in einer Haltevorrichtung 8 mit kardanischer Aufhängung der
Werkstück-Spannvorrichtung angeordnet, so daß es mittels des Führungszapfens 7 genau
auf dessen Achse 2 ausgerichtet wird, die mit der Achse des Schaftes 17 zusammenfällt.
Der Schaft 17 bildet das Innenglied einer Teleskop-Antriebswelle, deren Außenrohr
10 in einer Hohlwelle 9 mittels Lagern 11 und 12 abgestützt ist. Der Schaft 17 ist
mit dem Außenrohr 10 in Drehrichtung der Antriebswelle 10, 17 formschlüssig über einen
Querbolzen 19 verbunden, der den Schaft 17 durchsetzt und mit seinen Enden in einem
Längsschlitz 18 des Außenrohres 10 liegt. Eine innerhalb des Außenrohres befindliche
Druckfeder 20 belastet den Schaft 17 in Richtung auf das Werkstück 6; ihre Vorspannung
ist mittels einer Stellschraube 30 einstellbar, die in das obere Ende des Außenrohres
10 eingesetzt ist. Der Schaft 17 ist in dem Außenrohr 10 unter Belastung der Druckfeder
20 axial verschieblich, wobei der Verschiebeweg durch die Länge des Längsschlitzes
18 begrenzt ist.
[0011] Die Antriebswelle 10, 17 und die Hohlwelle 9 werden gegensinnig angetrieben. Das
Außenrohr 10 der Antriebswelle hat zu diesem Zweck am oberen Ende eine Außenverzahnung
15, und dieses obere Ende liegt innerhalb eines napfförmigen Abschnittes 13 der Hohlwelle
9, die dort eine Innenverzahnung 14 aufweist. In beide Verzahnungen 14 und 15 greift
ein Antriebsritzel 16 ein.
[0012] Die Hohlwelle 9 hat eine zu der gemeinsamen Achse 2 der Wellen und des Führungszapfens
exzentrische Bohrung 24 innerhalb ihres unteren Abschnittes 9a, der damit einen Exzenter
bildet. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist der zylindrische Schieber 22 in der Durchgangsöffnung
21 des Schaftes 17 so angeordnet, daß er mit seinen beiden konvexen Stirnflächen 25
flächig an der Wandung 26 der Exzenterbohrung 24 anliegt und damit dort gleitend abgestützt
ist. Die Durchgangsöffnung 21 ist durch einen bis in den Führungszapfen 7 reichenden
Schlitz 21a schlüssellochförmig gestaltet, wobei der Schieber 22 an der zylindrischen
Wandung der Durchlaßöffnung 21 gleitend anliegt, während die Honleiste 3 innerhalb
des Schlitzes 21a liegt (Fig. 2). Im Bereich des Führungszapfens 7 ragt die Honleiste
3 mit dem Schleifbelag 23 an beiden Enden des Schlitzes 21a nach außen (Fig. 1). Der
Schleifbelag 23 kann darum mit seiner Schleiffläche 23a die zu bearbeitende Stirnfläche
4 des Werkstückes 6 vollständig überstreichen.
[0013] Die Hohlwelle 9 ist mittels Lagern 27 in einem strichpunktiert angedeuteten Vorrichtungsträger
28 gelagert, der an - nicht dargestellten - Führungen axial in Richtung auf das Werkstück
6 zustellbar ist.
[0014] Vor Beginn der Bearbeitung werden der Träger 28 und die Haltevorrichtung 8 so zueinander
ausgerichtet, daß der Führungszapfen 7 koaxial zu der Werkstückbohrung 5 steht. Der
Träger 28 wird dann in Richtung auf das Werkstück 6 zugestellt, wobei der Führungszapfen
7 in die Werkstückbohrung 5 eintaucht, die durch Honen vorbearbeitet oder fertigbearbeitet
ist. Dabei richtet sich das kardanisch gehalterte Werkstück 6 genau auf die Achse
2 aus, die dann mit der Bohrungsachse zusammenfällt. Der Führungszapfen 7 kann mit
einem verschleißfesten Belag beschichtet sein oder auch Führungsleisten 29 aufweisen,
die aus verschleißfestem Werkstoff, beispielsweise Hartmetall bestehen.
[0015] Die Zustellung kann in bekannter Weise wegeabhängig und auch zusätzlich kraftabhängig
gesteuert werden, wobei eine stufenweise oder stetige Zustellung möglich ist. Kurz
bevor der Schleifbelag 23 der Honleiste 3 mit der Ringfläche 4 des Werkstückes in
Berührung kommt, werden die gegenläufigen Drehbewegungen der Antriebswelle 10, 17
und der Hohlwelle 9 über das Antriebsritzel 16 eingeleitet. Hierfür kann die Zustellbewegung
verlangsamt oder kurzzeitig unterbrochen werden. Bei weiterer Zustellung legt sich
die Schleiffläche 23a des Schleifbelages 23 an die Werkstückfläche 4 an, die dann
durch rotierende Bewegung und zugleich etwa radiale, periodische Verschiebebewegungen
des Werkzeuges 1 bearbeitet wird. Die Rotation wird von der Antriebswelle 10, 17 erzeugt
und die Verschiebebewegung von dem Exzenter 9a der Hohlwelle 9, wobei der Schieber
22 mit seinen Stirnflächen 25 an der Wandung 26 der Exzenterbohrung 24 gleitet und
zusammen mit der Honleiste 3 in der Durchgangsöffnung 21, 21a radial zur Achse 2 periodisch
gegenläufig verschoben wird. Mit dieser kombinierten Bewegung überstreicht die Schleiffläche
23a die gesamte Werkstück-Ringfläche 4.
[0016] Während der Bearbeitung wird infolge der weiteren, stetigen oder schrittweisen Zustellung
die Druckfeder 20 zunehmend gespannt. Die Zustellbewegung wird gestoppt, sobald der
Schleifbelag 23 der Honleiste 3 unter dem Druck der Feder 20 mit einer vorgegebenen
Bearbeitungskraft an der Werkstückfläche 4 anliegt. Die vorzugebende Bearbeitungskraft
ist durch Vorgabe des Zustellweges einstellbar, oder - bei kontinuierlicher Zustellung
- durch Einstellung der Federkraft mittels der Stellschraube 30. Zum Abschalten der
Zustellung bei Erreichen des vorgegebenen Endmaßes können bekannte Wege- und/oder
Kraft-Meßeinrichtungen vorgesehen sein.
[0017] Fig. 4 zeigt die Vorrichtung im Bereich der Bearbeitungszone in einem vergrößerten
Teil-Axialschnitt. Bei dieser Ausführung ist ein Schleifwerkzeug 1' vorgesehen, mit
dem an der Kante der Werkstückbohrung 5 eine Fase in Form einer konischen Ringfläche
4' geschliffen wird. Die Fase 4' kann mittels des Schleifwerkzeuges 1' durch Abtragen
der Bohrungskante erzeugt werden; es kann aber auch die Oberfläche einer bereits vorhandenen,
vorher erzeugten Fase auf genaues Maß und genau konzentrisch zur Achse 2 fertigbearbeitet
werden.
[0018] Das Schleifwerkzeug 1' besteht aus einer mit einem Schleifbelag 23' versehenen Honleiste
3', die entsprechend der Darstellung in Fig. 2 in einen Schieber 22' eingesetzt ist.
Eine Durchgangsöffnung 21' des Schaftes 17 erstreckt sich ebenfalls bis in den Führungszapfen
7, verläuft aber mit ihrer Mittelachse 21A des oberen Bereiches schräg zur Achse 2
des Führungszapfens 7. Der zylindrische Schieber 22' ist dementsprechend schräg in
dem Schaft 17 angeordnet, so daß seine konvexen Stirnflächen 25' im Axialschnitt entsprechend
abgeschrägt sind. Die Mittelachse des Schiebers 22' fällt mit der Achse 21A der Durchgangsöffnung
zusammen, und die Schleiffläche 23a' des Schleifbelages 23' liegt parallel zu dieser
Achse 21A. Der Winkel zwischen der Schleiffläche 23a' und der Achse 2 entspricht dem
Sollwinkel der Fase 4'. Die Honleiste 3' ist derart dimensioniert und am Schieber
22' angeordnet, daß sie sich zum Teil bis in die Werkstückbohrung 5 erstreckt und
während der Dreh- und Schiebebewegungen des Werkzeuges 1' die konische Ringfläche
bzw. Fase 4' vollständig überstreicht. Die Dreh- und Schiebebewegungen werden wie
beschrieben mittels der Antriebswelle und der äußeren Hohlwelle 9 erzeugt.
1. Vorrichtung zum Schleifen einer Stirnfläche, insbesondere einer Ringfläche, am Rand
einer Werkstück-Bohrung, mit einem angetriebenen Schleifwerkzeug (1), dessen Schleiffläche
winklig zur Achse (2) eines Führungszapfens (7) ausgerichtet ist, der zum paßgenauen
Eintauchen in die bearbeitete, beispielsweise gehonte Bohrung dimensioniert und mit
dem Schleifwerkzeug (1) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (1) quer zur Achse (2) des Führungszapfens
(7) periodisch verschiebbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszapfen (7) fluchtend zu einer Antriebswelle
(10, 17) angeordnet ist, über die das Schleifwerkzeug (1) rotierend angetrieben ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zum periodischen Verschieben des Schleifwerkzeuges (1)
ein Exzenter (9a) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (9a) Bestandteil einer angetriebenen Hohlwelle
(9) mit Exzenterbohrung (24) ist, in der eine Halterung (22) des Schleifwerkzeuges
(1) quer zur Achse der Hohlwelle (9) verschieblich gelagert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (1) in einer quer zur Achse (2) des
Führungszapfens (7) liegenden Durchgangsöffnung (21) eines Schaftes (17) verschieblich
geführt ist, an dem der Führungszapfen (7) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (17) das Innenglied der als Teleskopwelle ausgeführten
Antriebswelle (10, 17) ist, deren Außenrohr (10) angetrieben ist, wobei der Schaft
(17) in dem Außenrohr (10) der Antriebswelle (10, 17) begrenzt axial verschieblich
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (17) in einem Längsschlitz (18) des Außenrohres
(10) der Antriebswelle (10, 17) mittels eines Querbolzens (19) geführt ist, der den
Schaft (17) durchsetzt und die Formschlußverbindung zwischen Schaft (17) und Außenrohr
(10) in Drehrichtung der Antriebswelle (10, 17) herstellt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (1) in Richtung auf das Werkstück
(6) zustellbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (17) in Richtung auf das Werkstück (6) federbelastet
ist, vorzugsweise über eine Druckfeder (20), deren Vorspannung mittels einer Stellschraube
(30) einstellbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (10) und der Führungszapfen (7) einstückig
ausgeführt sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (22) des Schleifwerkzeuges (1) ein vorzugsweise
zylindrischer Schieber ist, dessen Stirnflächen (25) konvex ausgebildet und an der
Wandung (26) der Exzenterbohrung (24) gleitend abgestützt sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (1) ein Planhonwerkzeug ist, wobei
vorzugsweise das Schleifwerkzeug (1) mindestens eine Honleiste (3) mit einem die Schleiffläche
(23a) bildenden Schleifbelag (23) aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 und 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (21) des Schaftes (17) zur Aufnahme
der Honleiste (3) und deren Halterung (22) etwa schlüssellochförmig mit einem Schlitz
(21a) ausgebildet ist, der sich bis in den Führungszapfen (7) erstreckt, und aus dem
die Honleiste (3) mit ihrem Schleifbelag (23) an mindestens einem seitlichen Schlitzende
übersteht.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (10, 17) in der die Exzenterbohrung
(24) aufweisenden Hohlwelle (9) gelagert und gegensinnig zu ihr angetrieben ist, wobei
vorzugsweise die Antriebswelle (10, 17) einen Abschnitt mit Außenverzahnung (15) aufweist,
der innerhalb eines Abschnittes (13) der Hohlwelle (9) mit Innenverzahnung (14) liegt,
und daß in beide Verzahnungen (14 und 15) ein Antriebsritzel (16) eingreift.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifvorrichtung eine Haltevorrichtung (8) mit kardanisch
aufgehängter Spannvorrichtung für das Werkstück (6) zugeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszapfen (7) mindestens eine Führungsleiste
(29) zur Abstützung an der Wandung der Werkstück-Bohrung aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (1) mit seiner planen Schleiffläche
(23a) senkrecht zur Achse (2) des Führungszapfens (7) verschiebbar ist oder das Schleifwerkzeug
(1) mit seiner planen Schleiffläche (23a) zur Achse (2) des Führungszapfens (7) in
einem Winkel verschiebbar ist, der dem Sollwinkel einer Fase an der Kante der Werkstück-Bohrung
entspricht.