Supportschleifer

Ein kleiner und leichter Supportschleifer für die Drehbank

Zum Fertigschleifen und für einiges anderes auf der Drehmaschine ist ein Supportschleifer unentbehrlich. Aber alles was es zu kaufen gibt, ist für meine Drehmaschine zu groß und zu schwer. Wie unmöglich das geht, siehe hier.

Also habe ich im Internet nach Anregungen gesucht, und bin hier fündig geworden. Was man noch mit so einem Teil machen kann, kann man hier und hier hier sehen.
Diese Teile sind eigentlich schon perfekt, ich habe aber für mich noch einige Änderungen vorgenommen. Es folgt der komplette Werdegang der Konstruktion und Herstellung meines Supportschleifers einschließlich auftretender Probleme und deren Lösungen. Alle Zeichnungen sind Vorschaubilder, anklicken vergrößert.

Konstruktion ✩ Motor 1 Spindel 1 Spindelhalter 1 Spanner Montage
✩ Motor 2 Spindel 2 Spindelhalter 2

Was ist geplant?

Eine Spindel mit Spannfutter, die über einen Zahnriemen angetrieben wird. Der Zahnriemenantrieb ermöglicht Über- oder Untersetzung der Drehzahl.

Ein Glockenankermotor wie im Vorbild wäre ideal, aber die habe ich nur bei Faulhaber gefunden, und da sind die mir einfach zu teuer. Daher muß ein 24 Volt Gleichstrommotor mit 0,34 Ampere vorerst ausreichen.
Der Motor macht 3800 Umdrehungen. Da das für feines Fertigschleifen zu wenig ist, wird ein Excenter um den Motor zwecks unterschiedlicher Übersetzungen einen Ausgleich von 6mm ermöglichen. Zu den möglichen Zahnradkombinationen und deren Drehzahlen später mehr.
Die Motorwelle sitzt auf der Zahnradseite in einem Kugellager, am stumpfen Ende in einem Bronzegleitlager. Da durch den Zahnriemenantrieb radiale Kräfte auf die Welle wirken, habe ich die Befürchtung, daß sich das Gleitlager einseitig ausschleift. Daher wird das Gleitlager durch ein Kugellager ersetzt.
Um mit dem Supportschleifer auch bohren und fräsen zu können (siehe die oben verlinkten Vorbildseiten), wird ein zweiter kräftigerer Motor mit 40 Volt und 75 Watt zum Einsatz kommen, für den ein weiterer Excenter konstruiert werden muß.
Da beim Bohren und Fräsen auch starke axiale Kräfte auftreten, wird die Spindel in Radialkugellagern und Axialkugellagern laufen. Besser wären zwar hier Schrägkugellager, aber die scheint es in entsprechend kleinen Ausführungen (8mm) nicht zu geben.

Konstruktion

Ausgangsmaterial ist ein Spannzangenhalter von GG-Tools mit Spannzange ER11 und einem M8 Gewinde am anderen Ende. Die Welle hat 8mm durchmesser, gehärtet und geschliffen, ideal und passend für 8mm Kugellager.
Durch die nur 8mm Welle können die Kugellager - und damit auch die Spindel - im Gegensatz zu den o.g. Vorbildern verkleinert werden. Die Radiallager sind 16mm groß und die Axiallager 19mm. Den Durchmesser der Spindelhülse werde ich damit auf 26mm verringern können.

Der Motor ist ein Crouzet Typ 82.800.837, hat 42mm Durchmesser, 87mm Länge, 6mm Welle. Bei 24 Volt dreht er 3800 mal in der Minute, und bei gemessenen 1 Ampere Stromaufnahme bei mäßiger Belastung ist er auch recht kräftig. Zum schleifen sollte das ausreichen. Gibt es etwa bei Pollin zum erschwinglichen Preis.

Der Spanzangenhalter soll in Radial- und Axialkugellagern laufen. Das Axialkugellager ist hier blau dargestellt, das Radialkugellager grün.

Kugellager-Schnitt

Der Motor mit Excenter.

Der Excenter, Achsabstand damit verstellbar von 75mm bis 81mm.

Die Spannvorrichtung für Spindel (links) und Motor (rechts).

In der Kombination Spannvorrichtung - Excenter - Zahnriemen - Zahnrad ergiebt sich nun die Möglichkeit, verschiedene Über- oder Untersetzungen zu benutzen. Der Achsabstand der Zahnriemenräder kann mittels des Excenters um 6mm verstellt werden. Zwei Beispiele:

Der Zahnriemen bleibt der gleiche ( 50 Zähne). Die grüne Kombination hat die 1:1 Übersetzung (3800 U/min), die rote Kombination 1:2,5 (9500 U/min).



    Mögliche Übersetzungen mit 50er Zahnriemen (Motordrehzahl 3800):


    Anzahl                      Spindel-Drehzahl       Achs-
    Zähne      Übersetzung    Übersetzt  Untersetzt    Abstand


    10:30          1:3           11400    1358          75

    10:25 (12:30)  1:2,5          9500    1520          77
    
    12:24 (15:30)  1:2            7200    1900          80
    
    15:24          1:1,6          6080    2375          76

    20:20          1:1                3800              75

    Natürlich sind auch andere Übersetzungen möglich, Beispiele:

    10:40          1:4           15200     950          77      ( 55er Zahnriemen )

    10:48          1:4,8         18240     790          79      ( 60er Zahnriemen )

Zusammengebaut soll das dann so aussehen:

Die auf der Spindel verwendbare Länge für die Klemmfaust beträgt 37mm.

! ! ! Irgendwie sind mir 37mm doch zu wenig. Etwa bei Innen-Bearbeitung ist die verfügbare Länge des Schleifers doch sehr begrenzt. Ein Beispiel :

Als in die erste Seite der Spindel die Lagersitze gedreht waren, habe ich mich also entschlossen, die ganze Länge des Rohlings von 95mm auch zu benutzen. Dafür mußte die Welle nun verlängert werden.

Die Verlängerung soll etwa 10mm lang mit auf Passung gefertigter Bohrung auf der Welle sitzen.

Frage: Wieso schiebe ich nicht zwecks besserem Sitz die Verlängerung noch mehr als 10mm auf die Welle?
Antwort: Bei Zahnriemenantrieben sollten die Zahnriemenräder immer so dicht wie möglich am Lager sitzen. Das soll ein verbiegen der Welle verhindern und hält die Belastung der Radiallager niedrig. Der Abstand vom Radiallager zum Zahnrad ist mit dieser Lösung bei 36mm, was vielleicht schon Grenzwertig ist. Das muß aber der laufende Betrieb zeigen.

Die Verlängerung wird Handfest gegen die Lager geschraubt, so daß die Welle Spielfrei läuft und wird dann mittels einer Schraube auf das Gewinde fixiert. Da das Gewinde der Welle auch gehärtet ist, stellt die Schraube kein Problem dar.

Das sollte doch funktionieren und die Spindelhülse kann Ihre Länge behalten oder sogar noch etwas verlängert werden.

Nachdem das ganze fertig und zusammengebaut war, stelllte sich heraus, das die Verlängerung "eiert"! Nach einigen Versuchen machte ich das Problem aus.
Die einseitig in die Verlängerung gedrehte Schraube bringt beim festziehen das Teil außer Mitte. Die Lösung: Drei um 120 Grad versetzte Schrauben, die so gleichmäßig angezogen werden, daß das ganze rund läuft.

Die auf der Spindel verwendbare Länge für die Klemmfaust beträgt jetzt 76mm.

Um die auf der Motorwelle aufgeschobenen Messingbuchsen nicht zu beschädigen habe ich die Zahnräder aufbereitet. Die Bohrung in den Zahnrädern ist auf 10mm aufgebohrt. In diese Bohrung wird eine Alu-Buchse mit 1mm Wandstärke eingepresst. Wird nun die Madenschraube des Zahnriemenrades angezogen, presst sie die Buchse auf die Motorwelle. Für diese Anwendung, bei der durch die Zahnräder nicht sehr viel Kraft übertragen wird, sollte das ausreichend sein.

Ob ich die Messingbuchsen der Motorwelle jemals wieder runter bekommen würde, ist ungewiss. Diese Alu-Buchse kann ich, sollte sie einmal unter der Madenschraube "durchgedrückt" sein, ausdrücken und durch eine neue ersetzen.

Die Klemmfaust für den Stahlhalter der Drehbank, konstruiert für meinen Schnellwechsel-Stahlhalter.

Auf den Stahlhalter aufgesetzt wird das dann so:

Zusätzlich will ich noch eine zweite, asymetrische Klemmfaust für die radiale Bearbeitung herstellen. Diese wird dann den großen Motor aufnehmen, der mit seiner hohen Leistung vorwiegend zum bohren und fräsen geeignet ist.

Um ausreichende Stabilität dafür zu haben, wird auch noch eine stabilere Spannvorrichtung gefertigt. Die Dicke der Klemmringe wird von 4 auf 9 Millimeter erhöht.

Hiermit ist die Konstruktion abgeschlossen.

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Motor 1

Da meine bereits vorhandenen Zahnriemenräder alle 8mm-Bohrungen haben, und die Spindelwelle 8mm Durchmesser hat, soll natürlich die Motorwelle auch 8mm sein. Habe ich mir also gedacht, ich drehe das auf die Motorwelle aufgeschrumpfte Schneckenrad einfach auf 8mm ab.

Dazu habe ich den Motor demontiert und die Welle in die Drehbank gespannt. Um nun das andere Ende der Motorwelle abzustützen, setze ich in den Reitstock ein mitlaufendes Bohrfutter. So eingespannt lässt sich die Welle prima bearbeiten.

Hier ist die Schnecke schon abgedreht.

In der gleichen Aufspannung habe ich jetzt das Backenfutter ein wenig gelöst, und mit Hilfe des Reitstocks die Messingbuchse zum Motor hin weiter auf die Welle gedrückt.
Dann habe ich noch eine weitere 14mm lange Messingbuchse auf die Welle gesetzt und auf ebenfalls 8mm abgedreht.

Als nächstes habe ich das Bronzelager am stumpfen Ende der Motorwelle durch ein Kugellager ersetzt. Kein Hit, Bronzelager ausdrücken, Lagersitz ausdrehen, Kugellager rein.

Nachdem das überstehende Ende der Motorwelle abgeschnitten, der Motor wieder montiert ist...

...und probeweise ein Zahnriemenrad aufgesetzt, sieht das ganze nun völlig unspektakulär so aus...

... und ist fertig für die Montage.

Für den Excenter habe ich ein Stück 50mm gezogenes Aluminium verwendet. Das ist rund genug und muß außen nicht mehr bearbeitet werden.
Befestigt wird der Excenter mit 3 Stück M3-Madenschrauben, die auf der stärkeren Seite des Excenters sitzen.

Nebenbei habe ich auch die hintere Motorabdeckung mit einer kleinen Gummitülle als Kabel-Knickschutz fertig.

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Die Spindel herstellen

Die Ausgangsmaterialien: Die Spannzangenwelle, Zwei Axiallager 19x8x7, Zwei Radiallager 16x8x5 sowie ein Zahnriemenrad.

Hier die Welle mit den erforderlichen Scheiben zwischen den Lagern.

Jetzt sollte die Verlängerung der Welle hergestellt werden. Aber zuerst musste ich mich mit dem Gewinde am Ende beschäftigen. Dieses Gewinde sieht aus, als wenn es ein Anfänger mit der Hand geschnitzt hätte. Eine mit absolut scharfem Gewindebohrer hergestellte Mutter klappert auf dem Gewinde, daß man noch nen Baumstamm zwischendurch werfen kann. Und das Gewinde ist am Ende nicht freigestellt, hat wohl der Hersteller vergessen. Somit ist es nicht möglich, eine Mutter bis Anschlag auf die Welle zu drehen.

Da die Welle gehärtet ist, kam ein Drehstahl zum freistellen des Gewindes nicht in Betracht. Ich habe in einer absolut unmöglichen Notaufspannung den Dremel auf den Werkzeughalter geschnürt.

Dies ist auch gleich ein gutes Beispiel, für welche Aufgaben der Supportschleifer gedacht ist.
Selbst der Dremel ist für meine Drehbank noch zu groß.

Mit dieser Konstruktion habe ich das Gewinde nun freigestellt, und gleichzeitig den Anschlag plan geschliffen. Der Anschlag sah fast noch schlimmer aus als das Gewinde. Hab das auf dem Foto mal mit weißem Papier hinterlegt, damit man auch sieht was gemacht wurde. Schade, das Foto ist nicht gut geworden.

Um die oben in der Konstruktion beschriebene Verlängerung mit Innenpassung zu bauen, wäre natürlich eine passende Reibahle Ideal. Hab ich aber nicht, also muß ich mir zuerst einen Stahlhalter für einen Mini-Bohrstahl bauen. Der soll diesen Vibrationsfrei und ohne daß sich der Stahl wegdrückt halten. Wie ich das gemacht habe, wird hier beschrieben.

Wenn der Stahlhalter fertig ist, gehts hier weiter....

! ! ! Heute (12.08.) hats mir erstmal meine ➜ Rotwerk-Fräsmaschine zerlegt.

Das heißt, Arbeitspause bis die Fräse repariert ist, der Stahlhalter und damit der Supportschleifer müssen warten.

Nachdem ich mir (damit es weitergeht) einen passsenden Bohrstahl + Halter besorgt habe, wurde die Spindel-Variante mit Verlängerung in Angriff genommen und sieht nun so aus:

Da meine vorhandenen Zahnriemenräder dicken von 14 mm bis 22 mm haben, ist zum Ausgleich noch eine Distanzbuchse am Ende aufgesteckt.

Vor dem Zusammenbau bekammen alle Lager noch etwas Wälzlagerfett.

Dank der Axiallager läuft das Teil absolut Spielfrei ohne daß es an den Enden wie beim Vorbild verschraubt werden muß

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Der Spann-Träger

Den Träger habe ich auf der Portalfräse gefertigt.

Dafür habe ich 12mm dickes Alu verwendet statt der geplanten 15mm, da ich das noch liegen hatte. Ich hoffe das ist am Ende Stabil genug.

Da meine Konsolenfräse immer noch auf die Teile für ihren neuen Antrieb wartet (hab mir wohl den falschen Lieferanten ausgesucht - nach 4 Wochen fehlt noch immer ein Teil der Lieferung), mußte zum schlitzen des Spanners mal wieder die Drehbank herhalten.
Die Drehbank musste jetzt "umgekehrt" benutzt werden. Ein wenig Umbau, der Stahlhalter mußte höher, Backenfutter ab und Scheibenfräser in die Spindel, und schon ging das.

Nach schlitzen, bohren und gewindeschneiden kann das Modul zusammengebaut werden:

Die Zahnriemenräder sind ein 40er und ein 12er

Zugegeben, die Untersetzung von 3,33:1 ist für diesen Motor zu hoch. Aber für die ganz großen Drehzahlen habe ich ja noch den Zweitmotor.
Dieser Motor hier leistet bis 2:1 prima Arbeit.

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Die Klemm-Faust für den Schnellwechsel-Stahlhalter

Als nächstes geht es an die Herstellung der Klemmfaust für den Schnellwechsel-Stahlhalter. Durch die Benutzung der Klemmfaust im Schnellwechsel-Stahlhalter würde sich die Schwalbenschwanz-Führung bei normalem Alu mit Sicherheit sehr schnell "ausgrackeln". Deshalb habe ich dafür ein hochfestes (gewalztes) Aluminium (Werkstoff AlZnMgCu1,5) gekauft.

Zuerst den Schwalbenschwanz für den Stahlhalter auf der Fräse fertigen.

Alle weiteren Fräs- und Bohrarbeiten werden dann im Stahlhalter eingespannt vorgenommen. Das Garantiert später auf der Drehbank die korrekte Ausrichtung der Schleifspindel.

Nachdem dann die Urform mit der Bandsäge ausgesägt war, wurde gefräst. DIe einzelnen Schritte möchte ich hier nicht darstellen, da es dabei nichts sonderlich interressantes zu sehen gibt.

Eher interessant und wichtig: Die Bohrung für die Spindel wird direkt auf der Drehmaschine hergestellt. Damit ist gewährleistet daß später die Schleifspindel zu Hauptspindel der Drehbank fluchtet.
Der Rohling für die Klemmfaust kommt also in den Stahlhalter, der Bohrer in die Hauptspindel, los gehts.

Mit dem Bohrkopf kann zum Schluß die Bohrung auf Maß gebracht werden.

Danach schlitzen, bohren und Gewinde schneiden.

Zum Schluß nur noch die Faust selbst auf dem Rundtisch formen...

... und fertig ist das Teil.

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Montage und Einsatz

Die Klemmfaust auf dem Stahlhalter:

Mit Schleifmodul:

Auf der Maschine von oben und Frontansicht:

Quer auf dem Support...

...um Fräsungen oder Bohrungen zu fertigen.

F E R T I G

Hier nochmal die Links zu den Anwendungsmöglichkeiten: klick und klick.

Noch ein Tip zur Arbeit mit dem Supportschleifer:

Immer wie auf diesem Bild zu sehen beim Schleifen einen Lappen unterlegen. Die feinen Schleifspäne sind Gift für den Schlitten und das Bett.

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Motor 2

Als Zweitmotor kommt dieses Prunkstück zum Einsatz

Der Kraftprotz "OKIN 304" macht 2400 Touren, schluckt dabei 40 Volt und hat eine Leistungsabgabe von bis zu 75 Watt bei 1,9A (max. 6A) Stromaufnahme. Drehmoment ohne Ende. Den sollte auch beim Bohren oder Fräsen mit dem Supportschleifer nichts aufhalten.
Aber wo krieg ich soviel Saft her? Natürlich - aus dem Netzteil der Fräsen-CNC-Steuerung.

Zuerst wird wieder die Schnecke abgedreht und eine straff gebohrte 8mm Achse als Verlängerung aufgepresst.

Der Excenter nimmt auf der Motorseite das Kugellager des Motors mittig auf.
Die Achse wird durch ein zweites Kugellager auf der Außenseite des Excenters radial gestützt.

Drei Madenschrauben am Umfang dienen zur Fixierung des Motors.

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Klemmfaust 2

Bei der asymetrischen Klemmfaust wird wie bei der ersten Klemmfaust die Spannbohrung im Stahlhalter der Drehbank gefertigt.
Jetzt das ganze montiert mit dem stärkeren Spanner:

Längs...

...und Quer

Mit diesen Untersetzungen (15:24 oder 12:24) kann ich nun auch mal richtig kräftig bohren und fräsen.

Anmerkung: 12 Zähne sind eigentlich für einen T5-Zahnriemen zu wenig (wegen der Durchbiegung). Ich probiere das mal aus, und wenns nicht funktioniert, wird das 15-er Zahnriemenrad benutzt.

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Spindel 2

Man könnte nach der Verlängerung der Welle auch die Lager nicht innerhalb der Verlängerung sondern außerhalb setzen. Das wäre eigentlich der logischere Weg, um den Abstand zwischen Lager und Zahnriemenrad gering zu halten.
Damit wäre nochmals eine Verlängerung der Spindel möglich. Bleibt auszutesten, ob das dann bei zuviel "freier" Länge nicht irgendwann mit vibrieren anfängt, wenn der Schleifstein am Werkstück angreift. Bei passig gedrehten Lagersitzen sollte das wohl kein Problem sein. Hier die Konstruktion:

Weiterhin gilt für die Lagerung das gleiche wie bei Spindel 1:

Kugellager-Schnitt

Zu beachten ist, daß die auf der Zeichnung rechte Lagerschale des Axialkugellagers (1) einen größeren Innendurchmesser hat. Diese Lagerschale muß als feststehende verwendet werden, damit die Welle darin frei laufen kann. Zwischen den Lagern sitzt ein dem Innendurchmesser des Außenrings des Radialkugellagers (2) angepasster Ring (3), damit dessen Innenring auch frei läuft. Die Spindelhülse muß um die mitlaufende Lagerschale des Axiallagers (4) um einige 10tel Millimeter frei gedreht werden.
Das ganze wird mittels eines zweiten Ringes (5) längs durch die Spindelhülse verspannt und sollte bei mäßigem Spanndruck leicht laufen.
Den Außenring (5) könnte man auch weglassen, aber durch eine 45 Grad Phase zwischen Ring und Spindelhülse soll der Spalt zwischen beiden so gering wie möglich gehalten werden, um das eindringen von Spänen zu verhindern. Da das Axiallager nicht gekapselt ist, ist das sehr wichtig.

Verbesserungen gegenüber Spindel 1:

Für dieses Spindelgehäuse wird V2A verwendet, für die Verlängerung Chrom-Vanadium-Stahl. Etwas hochwertigere Werkstoffe als bei Spindel 1.

Außerdem verwende ich zwei Radial-Kugellager 8 x 19 x 6, also den gleichen Außendurchmesser wie die Axial-Kugellager 8 x 19 x 7. Da dann auch die Zwischenringe 19mm im Durchmesser haben, ist nur noch 1 Durchmesser für die Lagersitze notwendig. Das Ganze ist also einfacher herzustellen.

Der Sitz der Verlängerung auf der Welle beträgt etwa 25mm. Die Bohrung in der Verlängerung wird dieses mal mit einer 8H7-Reibahle auf Maß gefertigt und sitzt dann passgenau und rundlaufend auf der Welle. Daher kann man die Verlängerung anstatt mit den Madenschrauben auch mit einem guten Kleber fixieren, sofern man die Teile vorher sauber und fettfrei bekommt.

Herstellung:

Der Rohling für die Hülse wird erstmal auf 27mm gedreht, 14mm gebohrt und die Lagersitze ausgearbeitet. Nicht weiter spannend. Wichtiger ist, erst nach der Innenfertigung wird der Außendurchmesser von 26mm zwischen zwei Spitzen fertig gedreht. Das sorgt für guten Rundlauf und somit die genaue Flucht der Spindel im Supportschleifer.

Der Rohling für die Verlängerung wird zuerst auf 13mm abgedreht. Alle weiteren Arbeitsschritte mache ich dann in einem Spannzangenfutter, das direkt in die Spindel der Drehbank gesteckt wird. Das gewährt absoluten Rundlauf der Verlängerung.

Die fertige Spindelhülse sowie die Welle mit Verlängerung, Lagern, Zwischen- und Abschlußringen:

Kugellager-Spindel

Zusammengebaut:

Lange Spindel

Mit der langen Spindel hat man richtig Freiraum zum arbeiten:

Lange Spindel

Zum Schluß der Vergleich mit der kurzen Spindel:

Lange Spindel

Links der kräftige Motor mit Untersetzung zum bohren und fräsen. Rechts der schnellere Motor mit Übersetzung zum schleifen.
Anmerkung: Die Spannzungenfutter sehen zwar verschieden aus, sind aber beide ER11, links Typ M und rechts Typ A.

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