Vorrichtung und Verfahren zum Richten eines hohlzylindrischen Werkstücks

Abstract

 Eine Vorrichtung zum Richten eines hohlzylindrischen Werkstücks, mit der das Werkstück bei einfacher Handhabung innerhalb kurzer Zeit mit geringen Toleranzen auf eine genaue Zylinderform gerichtet werden kann, weist Hal­terungen zum Halten des Werkstücks an beiden Enden, von denen eine als drehbarer Spannkopf ausgebildet ist, und einen Antrieb zum Drehen der als Spannkopf ausgebildeten drehbaren Halterung auf. Weiterhin ist ein Werk­zeugkopf vorgesehen, der in Achsrichtung des Werkstücks in dessen Innen­raum verfahr- und einstellbar angeordnet ist sowie mindestens ein gegen die Innenwand des Werkstücks führbares Druckstück aufweist. Die Vorrich­tung umfaßt ferner eine einstellbare Steuervorrichtung zur Änderung der vom Druckstück geleisteten Verformungsarbeiten derart, daß nach Einstel­lung des Druckstücks auf die Stelle der größten Maßabweichung der Wandung des Werkstücks nach innen vom Sollwert das Maximum der Verformungsarbeit an dieser Stelle geleistet wird, während die auf die beidseitig anschlies­senden Teile der Innenwand wirksame Verformungsarbeit in Richtung zu der der Stelle der größten Maßabweichung um 180° gegenüberliegenden Stelle bis auf ein Minimum, vorzugsweise den Wert 0, abnimmt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Richten eines hohlzylindri­schen Werkstücks und Verfahren zur Durchführung des Richtens.

[0002] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach handhabbare Vor­richtung dieser Gattung zu schaffen, mit der die Werkstücke innerhalb kurzer Zeit mit geringen Toleranzen auf eine genaue Zylinderform ge­richtet werden können.

[0003] Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Walzen für Druckmaschinen aus Rohrstücken, die durch Abtrennen von einem längeren Rohr erhalten werden. Derartige Rohrstücke weisen häufig Abweichungen von der genauen Zylinderform auf.

[0004] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anwendung der Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.

[0005] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. In dieser zeigt:

Fig.1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig.2 einen Teil der Steuervorrichtung der Anordnung gemäß Fig.1 im Schnitt,

Fig.3 eine Seitenansicht des Werkzeugkopfes und des Gegenlagers der Anordnung nach Fig.1, teilweise aufgeschnitten und

Fig.4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig.3.

[0006] Die in Fig.1 dargestellte Vorrichtung weist eine Grundplatte 1 auf. Auf das eine Ende der Grundplatte 1 ist ein Bock 2 aufgesetzt, der zwei Lager 3, 4 für eine Antriebswelle 5 einer als Spannkopf ausgebildeten Halterung 6 für ein hohlzylindrisches Werkstück 7 trägt. Am Bock 2 sind weiterhin ein Halter 8 für ein Untersetzungsgetriebe 9 und ein Elektro­motor 10 angebracht. Auf der Welle des Übersetzungsgetriebes 9 sitzt ein Keilriemenrad 11, das über einen Keilriemen 12 ein fest auf der Antriebswelle 5 sitzendes Keilriemenrad 13 antreibt.

[0007] Das Keilriemenrad 13 weist - wie aus Fig.2 ersichtlich - eine Mehrzahl von achsparalleln Bohrungen 14 auf. In die Bohrungen 14 können zwei Kupplungsstifte 15 einer Steuerscheibe 16 unter der Wirkung einer Kupp­lungsdruckfeder 17 eingreifen. Die Kupplungsdruckfeder 17 stützt sich an einem fest auf die Antriebswelle 5 aufgesetzten Flansch 18 ab. Diese Teile bilden eine Rastkupplung. Anstelle der gezeigten Rastkupplung kön­nen jedoch auch andere Kupplungen, z.B. Reibungskupplungen, Verwendung finden. Die Steuerscheibe 16 weist einen kreisrunden Außenumfang auf und ist mit einer zum Außenumfang exzentrisch angeordneten Bohrung frei drehbar auf die Antriebswelle 5 aufgesetzt. Die Steuerscheibe 16 arbei­tet mit einem Potentiometer 19 derart zusammen, daß durch Drehung der Steuerscheibe der Abgriff des Potentiometers bewegt wird. Das Potentio­meter 19 ist einem Elektromotor 20 vorgeschaltet. Mit dieser Steuer­vorrichtung kann daher die Drehzahl des Elektromotors 20 kontinuierlich verändert werden.

[0008] Der Elektromotor 20 sitzt fest an einem Lagerbock 21, der seinerseits an einem Schlitten 22 befestigt ist. Der Schlitten 22 ist geradlinig an der Grundplatte 1 verschiebbar geführt und mittels einer Klemmvorrich­tung 51 feststellbar angeordnet. Am Lagerbock 21 ist weiterhin mittels eines rohrförmigen Trägers 23 ein Werkzeugkopf 24 befestigt. Durch den rohrförmigen Träger 23 ist - wie Fig.3 zeigt - eine Antriebswelle 25 geführt, deren eines Ende mit dem Elektromotor 20 verbunden ist. Auf das andere Ende der Antriebswelle 25 ist fest ein Steuernocken 26 aufgesetzt. Der Steuernocken 24 wirkt mit einem geradlinig im Werkzeugkopf 24 ver­schiebbar geführten Schieber 27 zusammen. Der Schieber 27 trägt an sei­nem äußeren Ende ein Druckstück 28, das beim Ausführungsbeispiel als Kugel ausgeführt ist. Anstelle einer Kugel könnte jedoch auch ein zylindrisches Druckstück, dessen Achse parallel zur Antriebswelle 25 verläuft, oder ein balliger Körper Verwendung finden. Zwischen dem Schie­ber 27 und einem Deckel 29 des Werkzeugkopfes 24 ist weiterhin eine Druckfeder 30 angeordnet, die den Schieber 27 in Richtung des Pfeiles a zu drücken sucht. Die Bewegung des Druckstücks in Richtung des Pfei­les a nach außen erfolgt daher stets unter konstanten, von der Drehzahl des Steuernockens 26 unabhängigen Bedingungen. Der Schieber weist eine nutförmige Aussparung 52 auf, in die ein fest im Deckel 29 angeordneter stiftförmiger Anschlag 53 zur Wegbegrenzung des Schiebers eingreift.

[0009] Im Bereich eines Lagers 31 für das den Steuernocken 26 tragende Ende der Antriebswelle 25 ist weiterhin auf der dem Druckstück 28 gegenüber­liegenden Seite des Werkzeugkopfes 24 eine Stützschale 32 vorgesehen. Zwischen der Stützschale 32 und dem Kopf 24 sind Druckfedern 33 vorge­sehen, die die Außenkontur der Schale über die Außenkontur des Werk­zeugkopfes 24 hinausdrücken. Der größte Ausstellweg der Stützschale 32 ist dabei durch Anlage einer Ausnehmung in der Stützschale am Kopf einer in den Werkzeugkopf 24 eingesetzten Schraube 34 bestimmt. Zusätzliche Stützschalen können im Werkzeugkopf 24 jeweils um 90° versetzt zur Stütz­schale 32 vorgesehen sein.

[0010] Parallel zum rohrförmigen Träger 23 erstreckt sich, ausgehend vom Schlitten 22, ein weiterer Träger 35. Der Träger weist an seinem freien Ende Platinen 36 auf, zwischen denen eine Stützrolle 37 geführt ist, die auf der Grundplatte 1 läuft. Um einen weiteren zwischen den Plati­ nen 36 angeordneten Bolzen 38 ist ein Widerlager 39 mit einem Auflage­teil 40 schwenkbar gelagert. Das Widerlager 39 weist einen Ansatz 41 auf, in den eine Schraube 42 eingeschraubt ist. Die Schraube 42 durch­setzt frei eine Bohrung größeren Durchmessers in einem weiteren An­satz 43, der fest mit dem Träger 35 verbunden ist. Zwischen dem An­satz 43 und dem Kopf 44 der Schraube 42 ist eine Druckfeder 45 gespannt, die das Widerlager 39 in der in Fig.3 wiedergegebenen Lage zu halten sucht.

[0011] Auf der Grundplatte 1 ist weiterhin als zweite Halterung 46 für das Werk­stück 7 eine Lünette befestigt. Sollen Werkstücke unterschiedlicher Länge gerichtet werden, so kann die Halterung 46 an der Grundplatte 1 verschieb- und feststellbar angeordnet sein. Von der Halterung 46 und einem weiteren am Bock 2 angeschlossenen Träger 47 ist eine Welle 48 gehalten. Die Wel­le 48 verläuft parallel zur Achse des eingespannten Werkstücks 7. Auf der Welle 48 sind mehrere Meßuhren 49 angeordnet. Durch Drehen der Welle 48 können die Meßuhren 49 gleichzeitig in ihre Meßposition geschwenkt werden, in der die Meßstifte 50 am Werkstück 7 anliegen und zwar senkrecht über der Mantellinie, entlang derer das Druckstück 28 verfahrbar ist. Der Dreh­weg der Welle 48 kann durch Anschläge begrenzt werden. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn eine verschiebbar auf der Welle 48 angeordnete Meßuhr vorhanden ist. Die Messung läßt sich jedoch erheblich beschleu­nigen, wenn mehrere Meßuhren vorgesehen sind, mit denen gleichzeitig die Maßabweichungen in mehreren senkrechten Ebenen ermittelt werden können.

[0012] Zum Richten eines hohlzylindrischen Werkstückes wird dieses in die Halte­rung 46 frei drehbar eingeschoben und an der Halterung 6 festgespannt. Anschließend werden die Meßuhren 49 in die Meßposition gedreht, in der die Meßstifte 50 an der Außenwand des Werkstücks 7 anliegen. Nunmehr wird das Werkstück 7 mittels des Elektromotors 10 langsam gedreht. Hier­bei werden die Maßabweichungen der Außenwand des Werkstücks ermittelt.

[0013] Handelt es sich beispielsweise um ein Werkstück, dessen Mittellängsachse nicht genau gerade, sondern leicht gekrümmt ist, so wird das Werkstück 7 so lange gedreht, bis diejenige Mantellinie an den Meßstiften 50 anliegt, die die größte Maßabweichung vom Sollwert nach außen hat. Auf die senk­recht unter ihr liegende Mantellinie der Innenwand muß daher die maxi­male Verformungsarbeit ausgeübt werden. Es werden daher in dieser Lage der Motor 10 angehalten, die Steuerscheibe 16 vom Keilriemenrad 13 ent­kuppelt und dann so eingestellt, daß die Stelle maximaler Exzentrizität zum Potentiometer 19 weist. In dieser Lage wird die Steuerscheibe 16 wieder mit dem Keilriemenrad 13 gekuppelt.

[0014] Anschließend wird mittels des Schlittens 22 der Meßkopf 24 in den Innen­raum des Werkstücks 7 verfahren, bis das Druckstück 28 in der Ebene der Meßuhr steht, die die maximale Abweichung vom Sollwert angezeigt hat. Jetzt werden die Elektromotore 10 und 20 eingeschaltet. Der Elektro­motor 10 dreht das Werkstück 7 langsam, der Elektromotor 20 dreht über die Antriebswelle 25 den Steuernocken 26 im Bereich der größten Maßab­weichung etwa mit einer Drehzahl zwischen 600 und 1 000 U/min. Das Druck­stück 28 bewegt sich daher oszillierend mit der gleichen Schlagzahl und übt damit die größtmögliche Verformungsarbeit aus. Der langsamen Drehung des Werkstücks 7 folgt die Steuerscheibe 16, die über das Potentiometer 19 die Drehzahl des Elektromotors 20 zunächst kontinuierlich vermindert, bis das Werkstück 7 sich um 180° gedreht hat. In dieser Lage wird der Elektromotor 20 kurzzeitig stillgesetzt oder läuft mit sehr klei­ner Drehzahl, so daß auf diesen Teil des Werkstücks praktisch keine Verformungsarbeit vom Druckstück 28 ausgeübt wird. Im Verlaufe der weiteren Drehung steigt dann wiederum die Drehzahl des Elektromotors 20 bis auf den maximalen Wert an, so daß sich eine laufend vergrößerte Verformungsarbeit auf die Innenwand des Werkstücks 7 ergibt. Durch die somit auf den Innenumfang des Werkstücks 7 aufgebrachte, sich mit dem Drehwinkel kontinuierlich ändernde Verformungsarbeit wird sicher­gestellt, daß die Rundheit des Rohres erhalten bleibt.

[0015] Während der Arbeit des Druckstücks 28 stützt der Auflageteil 40 des Widerlagers 39 das jeweils der Einwirkung des Druckstücks 28 unterwor­fene Teil der Wandung des Werkstücks 7 nach außen ab. Eine weitere Ab­stützung erfolgt durch die Stützschale 32. Weist das Werkstück 7 eine größere Wandstärke auf, so ist es möglich, auf das Gegenlager 39 und/oder die Stützschale 32 zu verzichten.

[0016] Zeigt die Meßuhr 49 an, daß in der Ebene, in der das Druckstück 28 ar­beitet, die Maßabweichungen des Werkstücks innerhalb der Toleranz lie­gen, so kann der Werkzeugkopf 24 in die Ebenen der benachbarten Meßuhren gefahren werden und dort etwa noch vorhandene Maßabweichungen in glei­cher Weise wie vorher beschrieben beseitigen. Bei diesem Richtvorgang ist es nicht zwingend notwendig, daß das Druckstück zunächst auf die Ebene der größten Maßabweichung einwirkt. Der Richtvorgang kann auch in der Ebene einer Meßuhr beginnen, die nicht die maximale Maßabweichung anzeigt.

[0017] Sollte sich beim ersten Meßvorgang nach Einspannen eines noch unbearbei­teten Werkstücks 7 herausstellen, daß die Wandung dieses Werkstücks in einer Ebene unrund ist, beispielsweise eine partiell eingedrückte Außen­wand aufweist, so wird durch Drehen des Werkstücks 7 die Lage der maxi­malen Eindrückung ermittelt. Anschließend wird das Werkstück 7 um 180° gedreht und dann die Steuerscheibe 16 wiederum so eingestellt, daß der Elektromotor 20 in dieser Lage auf den maximal eingedrückten Wandteil die maximale Verformungsarbeit leistet. Nunmehr wird bei abgeschaltetem Elektromotor 10 und mit voller Drehzahl laufendem Elektromotor 20 der Schlitten 22 im Bereich der Eindrückung hin- und herbewegt, bis das Druckstück 28 die Ausbeulung beseitigt hat. Um die Einstellung des Werk­stücks 7 für eine derartige Bearbeitung zu vereinfachen, ist es zweck­mäßig, die Steuerscheibe 16 mit einer Gradeinteilung zu versehen, die einer festen Marke, beispielsweise am Potentiometer 19, gegenüber­gestellt werden kann.

[0018] Anstelle der gezeigten Elektromotore können auch pneumatische oder hydraulische Antriebsaggregate zur Betätigung des Druckstückes und zur Drehung des Werkstückes Verwendung finden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Richten eines hohlzylindrischen Werkstücks, gekennzeichnet durch
Halterungen (6, 46) zum Halten des Werkstücks (7) an beiden Enden, von denen eine als drehbarer Spannkopf ausgebildet ist, einen Antrieb (9, 10) zum Drehen der als Spannkopf ausgebildeten drehbaren Halterung (6), einen Werkzeugkopf (24), der in Achsrichtung des Werkstückes (7) in dessen Innenraum verfahr- und einstellbar an­geordnet ist sowie mindestens ein gegen die Innenwand des Werkstücks (7) führbares Druckstück (28) aufweist und
eine einstellbare Steuervorrichtung (13 bis 19) zur Änderung der vom Druckstück (28) geleisteten Verformungsarbeit derart, daß nach Einstellung des Druckstücks (28) auf die Stelle der größten Maß­abweichung der Wandung des Werkstücks (7) nach innen vom Sollwert das Maximum der Verformungsarbeit an dieser Stelle geleistet wird, während die auf die beidseitig anschließenden Teile der Innenwand wirksame Verformungsarbeit in Richtung zu der der Stelle der größten Maßabweichung um 180° gegenüberliegenden Stelle bis auf ein Mini­mum, vorzugsweise auf den Wert 0, abnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck­stück (28) oszillierend gegen die Innenwand des Werkstücks (7) führbar und die Frequenz der oszillierenden Bewegung des Druckstücks (28) zur Änderung der Verformungsarbeit veränderbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck­stück (28) unter der Wirkung einer Druckfeder (30) gegen die Innen­wand führbar und mittels eines mit veränderbarer Drehzahl angetrie­benen Steuernockens (26) von der Innenwand abhebbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck­stück (28) in einem senkrecht zur Innenwand bewegten Schieber (27) im Werkzeugkopf (24) gelagert ist, an dem die Druckfeder (30) und der Steuernocken (26) angreifen, und Wegbegrenzungsanschläge (52, 53) für den Schieber (27) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Druckstück (28) als Kugel oder Zylinder mit zur Werkzeugachse paralleler Achse ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­kennzeichnet, daß im Werkzeugkopf (24) zumindest auf der dem Druck­stück (28) gegenüberliegenden Seite eine abgefederte Stützschale (32) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­kennzeichnet, daß parallel zum gehalterten Werkstück (7) eine Welle (48) angeordnet ist, auf der mindestens eine Meßuhr (49) sitzt, deren Meßstift (50) durch Drehung der Welle an der Außen­wand des Werkstücks (7) zur Anlage bringbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Steuervorrichtung eine mit einer exzentri­schen Bohrung auf der Antriebswelle (5) der drehbaren Halterung (6) sitzende, gegenüber dieser Welle mittels einer Kupplung in verschiedenen Drehlagen arretierbare, runde Steuerscheibe (16) aufweist, deren Außenrad mit dem Abgriff eines Potentiometers (19) zur Veränderung der Größe der Verformungsarbeit bei Drehung der drehbaren Halterung (6) zusammenwirkt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (16) mittels einer Kupplungsdruckfeder (17) in Anlage an einem Keilriemenrad (13) der Antriebswelle (5) gehalten ist und mindestens einen Kupplungsstift (15) aufweist, der in eine einer Mehrzahl von Bohrungen (14) des Keilriemenrades (13) eingreift.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Werkzeugkopf (24) und ein das Werkstück (7) unterhalb des Druckstücks (28) abstützendes Widerlager (39) mittels Trägern (23, 35) an einem gemeinsamen, geradlinig verfahrbaren und feststellbaren Schlitten (22) angebracht sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (39) federnd gegenüber dem Träger (35) abgestützt ist.

12. Verfahren zum Richten eines hohlzylindrischen Werkstücks mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, das eine von der Sollinie abweichen­de Mittellängsachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Maßabweichung der Außenwand des Werkstücks nach außen mittels der Meßuhr oder -uhren in verschiedenen Querschnitts­ebenen ermittelt wird,
dann der Werkzeugkopf mit dem Druckstück auf eine gegenüber die­ser Stelle um 180° versetzte Stelle der Innenwand eingestellt wird,
darauf die Steuervorrichtung so eingestellt wird, daß auf diese Stelle der Innenwand die maximale Verformungsarbeit ausgeübt wird und anschließend das Werkstück so lange gedreht wird, bis die Maßabweichung der Außenwand beseitigt ist.

13. Verfahren zum Richten eines hohlzylindrischen Werkstücks mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, das eine partiell vom Sollwert abweichende, eingedrückte Außenwand aufweist, dadurch gekenn­zeichnet, daß
die Maßabweichung der Außenwand des Werkstücks mittels der Meß­uhr oder -uhren ermittelt wird,
dann der Werkzeugkopf mit dem Druckstück auf die Stelle maximaler Eindrückung eingestellt wird,
darauf die Steuervorrichtung so eingestellt wird, daß auf diese Stel­le der Innenwand die maximale Verformungsarbeit ausgeübt wird und anschließend der Werkzeugkopf so lange im Bereich der Eindrückung parallel zur Mittellängsachse des Werkstücks hin- und herbewegt wird, bis die Maßabweichung der Außenwand beseitigt ist.

Zeichnung