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Schleifen - Schleifmaschinen

Sonderschleifmaschinen

Schleifmaschinen

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 772-791

Hier werden die gängigen Arten von Sonderschleifmaschinen vorgestellt: Dazu gehören Walzenschleifmaschinen, Nockenwellen- und Kurbelwellenschleifmaschinen.

Walzenschleifmaschinen

Die Einsatzbedingungen von Walzenschleifmaschinen sind vielfältig, wobei grundsätzlich diese Art von Werkzeugmaschinen höchste Anforderungen hinsichtlich Konturgenauigkeit, Oberflächenqualität und Abtragsleistungen erfüllen müssen. Es kann hierbei zwischen Maschinen für die Aufarbeitung von verschlissenen Walzen für die Herstellung von Flachprodukten aus Stahl und Nichteisenmetallen in Warm- und Kaltwalzwerken sowie für die Walzenherstellung unterschieden werden. Ein weiteres Anwendungsfeld stellt die Papierindustrie dar, wobei auch hier eine Erneuerung der Funktionsfläche der Walzen, also des Walzenballens, erfolgt, welche infolge des Verschleißes beim Einsatz im Walzgerüst auftritt. Weiterhin sind Walzen in der Druckindustrie und in speziellen Einrichtungen der Nahrungsmittelindustrie im Einsatz

Beispiel für eine Walzenschleifmaschine mit verfahrbarem Werkstück (© Maschinenfabrik Herkules)

Nockenwellenschleifmaschinen

Die Entwicklung des modernen Verbrennungsmotors zielt auf einen energieeffizienten und sparsamen Einsatz der Kraftstoffe ab. Niedrige Emissionen sind eine wichtige Kenngröße. Auch die Massereduzierung der eingesetzten Komponenten gehört zu den Möglichkeiten der Leistungssteigerung. Ein typisches Bauteil, welches einer grundlegenden konstruktiven und technologischen Neubewertung unterzogen wurde, ist die Nockenwelle. Die geforderte Fertigungsqualität für die Funktionsflächen einer Nockenwelle ist ein typisches Beispiel für die steigenden Anforderungen an die Fertigungstechnologie. Hierbei wird als Fertigungsverfahren das Schleifen alternativlos eingesetzt. Dies betrifft sowohl das Rundschleifen als auch das Formschleifen (DIN 8589), häufig als Unrundschleifen bezeichnet.

In der modernen Fertigungstechnik nimmt das Formschleifen eine exponierte Stellung ein. Waren es in der Vergangenheit Nachform- bzw. Kopierverfahren, hat sich in der Gegenwart das NC-Formschleifen durchgesetzt. Dabei wird die Werkstückkontur durch Interpolation zwischen der Zustellachse für das Werkzeug und der Drehachse für das Werkstück erzeugt. In jedem Viertakt-Verbrennungsmotor sind Funktionselemente, die mit diesem Fertigungsverfahren bearbeitet
wurden. Daraus resultieren sehr hohe Bedarfe und eine sehr große Vielfalt an Nockenformen:

Übersicht verschiedener Nockenwellen (© Emag Maschinenfabrik GmbH)

Es werden verschiedene Arten von Nockenwellen eingesetzt:

  • Gegossene Nockenwellen aus Schalenhartguss
  • geschmiedete Nockenwellen
  • gebaute Nockenwellen.

Bei der Fertigbearbeitung werden die Nockenform und die Lagerstellen vollautomatisch auf Spezialmaschinen geschliffen. In Einzelfällen werden bei den gebauten Nockenwellen präzisionsgesinterte Nocken montiert, welche dann auch ohne nochmalige Feinbearbeitung zum Einsatz gelangen.

Kurbelwellenschleifmaschinen

Die Kurbelwelle ist eine der Hauptkomponenten des Motors. Die Aufgabe der Kurbelwelle ist es, eine translatorische Bewegung, beispielsweise eines Kolbens, über eine Pleuelstange in eine Drehbewegung umzuwandeln. Der Großteil aller Kurbelwellen wird heutzutage gegossen oder geschmiedet. Es gibt aber auch gebaute Kurbelwellen. Das heißt, die Kurbelwelle wird aus Einzelteilen hergestellt, zusammengebaut und fertig bearbeitet. In der Praxis findet man einhübige Kurbelwellen mit nur einem Hublager und mehrhübige Kurbelwellen mit mehreren Hublagern in unterschiedlichen Winkellagen.

Einhübige Kurbelwellen

Einhübige Kurbelwellen bestehen aus nur einem Hublager und sind meist einfach zu bearbeiten, da sie eine etwas höhere Steifigkeit als mehrhübige Kurbelwellen aufweisen. Diese Art von Kurbelwellen finden ihre Verwendung meist in Kompressoren für Kühlschränke, Bremsanlagen, Pumpen, Zweiradmotoren etc.

Mehrhübige Kurbelwelle

Mehrhübige Kurbelwellen haben mehrere Hublager, die meistens winkelversetzt zueinander stehen. In Bezug auf die Torsion sind mehrhübige Kurbelwellen sehr verdrehsteif, hinsichtlich der Durchbiegung weisen sie jedoch eine geringe Steifigkeit auf. Mehrhübige Kurbelwellen finden ihre Verwendung u. a. im allgemeinen Motoren und Maschinenbau.

Besonderheiten bei der Schleifbearbeitung von mehrhübigen Kurbelwellen

Auf Grund der Vorbearbeitung beispielsweise durch Fräsen, Drehen, Verdichten und Härten haben mehrhübige Kurbelwellen häufig einen inhomogenen Eigenspannungsverlauf in der Werkstückrandzone. Beim Abschliff der Randschicht wird ein Teil dieser Eigenspannungen freigesetzt. Hierdurch kann sich beispielweise der Rundlauf der Lager zu den Zentren sprunghaft verändern. Aus diesem Grund müssen die Lagerstellen inkl. der Radien und Schultern häufig vorgeschliffen werden. Falls die Mittellager der Kurbelwelle als Gleitlagerung ausgeführt werden, können die zur Schmierung eingebrachten Öllochbohrungen das Schleifergebnis in Bezug auf die Rundheit negativ beeinflussen. Um die Qualität hinsichtlich der Rundheit zu verbessern, können bei NC-Maschinen beim Überschleifen der Öllochbohrungen spezielle Formkorrekturen vorgenommen werden.

Typische Schleifaufgaben an Kurbelwellen

Eine weitere Besonderheit ergibt sich durch die geometrischen Randbedingungen der Kurbelwelle. Auf Grund der exzentrischen Anordnung der Hubzapfen müssen die eingesetzten Schleifscheiben einen entsprechend großen Durchmesser aufweisen. Da Kurbelwellen radial nur eine relativ geringe Steifigkeit aufweisen, müssen die Wellen bei der Bearbeitung durch Setzstöcke abgestützt werden. Bei schweren Kurbelwellen dienen die Setzstöcke zudem dazu, den durch das Eigengewicht hervorgerufenen Durchhang zu kompensieren. Wie beschrieben, bestehen einige besondere Anforderungen an die Schleifbearbeitung von Kurbelwellen. Daher werden häufig speziell ausgerüstete Schleifmaschinen für die Bearbeitung von Kurbelwellen eingesetzt.

Arbeitsraum einer Mehrscheiben-Schleifmaschine zur Bearbeitung des Hauptlagers einer Kurbelwelle

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 772-791
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