DE1962877C3 - Vorrichtung zum Zentrieren eines Rotationskörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beseitigung der Exzentrizität der Rotationsachse eines zu bearbeitenden oder zu prüfenden, grob voizentrierten und in Drehung versetzten, innerhalb einer Aufspannvorrichtung rechtwinklig zu seiner Rotationsachse verschiebbaren Rotationskörpers und der Rotationsachse der Aufspannvorrichtung, insbesondere der Rotationsachse einer in ihrer Aufspannebene in Drehung versetzten magnetischen Spannplatte, während der Drehbewegung des Rotationskörpers mit einem Fühler zur Aufnahme der Exzentrizität an einer mit dem Rotationskörper !Unbewegten ringförmigen Anlagefläche.

Bevor ein Rotationskörper weiter bearbeitet werden kann oder dieser Rotationskörper einer Prüfung auf Abweichungen von der idealen geometrischen Gestalt, z. B. Welligkeit oder sonstige Unebenheiten der Rotationsflächen, unterzogen werden kann, muß seine Rotationsachse mit der Rotationsachse des ihn aufnehmenden Spannzeuges, also einer Bezugsachse, in Übereinstimmung gebracht werden. Dieser Vorgang, d. h. die Verkleinerung des Abstandes der beiden parallel zueinander verlaufenden Achsen bis zum Wert Null, wird als »Zentrieren« bezeichnet.

Der einfachste, aber auch langwierigste und zu wenig genauen Ergebnissen führende Weg besteht darin, den zu zentrierenden Gegenstand von Hand auszurichten. Dieses Verfahren wird heute noch bei sehr großen Werkstücken angewandt

Bekannt sind jedoch auch eine ganze Reihe von Verfahren und Vorrichtungen zur Zentrierung von Werkstücken, bei denen zur Vermeidung von subjek-

*° tiven Einflüssen des Bedienenden auf den Zentriervorgang maschinelle Hilfsmittel angewandt werden.

So ist in der deutschen Offenlegungsschrift 1 477 864 eine Zentriervorrichtung mit umlaufendem Tastfinger beschrieben, wobei der Taststift in radia-

ler Richtung verstellbar ist und die vorhandene Exzentrizität über einen Stromkreis ermittelt und über ein Signalgerät angezeigt wird.

Ein Gerät zur Prüfung der Mittigkeit zweier geometrischer Achsen im Maschinenbau, bei dem gleichfalls ein elektrischer Strom als Kriterium für die vorhandene Exzentrizität dient, zeigt die Patentschrift 57 207 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin. Dabei kommen vom Taststift Stromimpulse in Abhängigkeit von der Berührungsdauer

an der Meßfläche und in der Häufigkeit der Betriebsdrehzahl, die Glühlampen speisen und durch den Helligkeitsgrad dieser Glühlampen die Exzentrizität nach Größe und Lage anzeigen.

Diese bekannten Geräte dienen jedoch nur der Anzeige der Exzentrizität. Es ist damit nicht möglich, eine Zentrierung vorzunehmen, vielmehr müssen hierfür besondere, nicht beschriebene Hilfsmittel eingesetzt werden.

Ein Verfahren zum Prüfen der Oberflächen- und Fehlgestalt γ'-ps Werkstückes, das nur grob zentriert und ausgeri"hi * ist, ist Inhalt der deutschen Patentschrift 1 1Oi -j/s Dieses bekannte Verfahren schließt auch cincii .'_Λ 'i*nervorgang ein, und zwar lädt eine von dei 'λ ■· >.trizität abhängige Fehlerspannung Kondensatoren auf, die einen Magneten erregen, so daß kleine Schläge auf die das Werkstück aufnehmenden Spannbacken ausgeübt werden. Abgesehen vom komplizierten Aufbau der dabei verwendeten Vorrichtung dauert der Zentriervorgang verhältnismäßig lange. Auch vermittelt diese Vorveröffentlichung keine Lehre zur kontinuierlichen Verlagerung des Werkstückes im Sinne einer Verkleinerung der Exzentrizität.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 907 996 ist eine Radauswuchtvorrichtung bekanntgeworden, bei der ein in der Radebene verschiebbarer zylindrischer Körper mit dem auszuwuchtenden Autorad in Verbindung steht. Die Exzentrizität des rotierenden Rades wird in Form von Impulsen aufgenommen, die angezeigt werden; eine Bedienungsperson verschiebt den zylindrischen Körper so lange, bis die Abgabe von Impulsen aufgehoben ist. Das Bewegen eines bezüglich einer Gesamtmasse exzentrischen

Rotationskörpers in eine zentrale Lage wird also dazu benutzt, um die vorhanciene Unwucht des Autorades zu bestimmen.

Die britische Patentschrift 1 077 134 betrifft ein Gerät zum Positionieren von Werkstücken, bei welchem das Werkstück einschließlich der Spannplatte zentriert wird. Die Spannplatte ist dabei in zwei Koordinatenrichtungen beweglich und wird über zwei Stellmotoren verschoben, welche innerhalb eines neben den Stellgliedern Fühler und Regler enthaltenden Regelkreises liegen.

Schließlich ist in der britischen Patentschrift 1 168 132 eine Vorrichtung zur Beseitigung von Exzentrizität-., beschrieben und dargestellt, bei der ein Rotationskörper durch zwei diesen gabelförmig umgreifende Hebel zentriert wird. Dir exzentrische Lage wird über die Hebel von Kontrollampen angezeigt, die eine Bedienungsperson veranlassen, die Hebel in die erforderliche Richtung zu bewegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Zentrierung zu schaffen, mit der ein Werkstück mit rotationssymmetrischer Ausbildung während seiner Drehung schnell, kontinuierlich, selbsttätig und genau zentriert werden kann.

Bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die Exzentrizität als Impuls" entsprechend der Drehzahl und der Exzentrizität dei Rotationskörpers in an sich bekannter Weise aufnehmende Fühler durch das mit der als Teil der Außenumfangsfiäche des Rotationskörpers ausgebildeten Anlagefläche unter Anpreßdruck in Berührung bringbare Stellglied gebildet ist. das in an sich bekannter Weise durch einen Vorschubmechanismus während der Dauer der als Einzelsignale entsprcchend der Berührungsdauer und Berührungshäufigkeit zwischen dem Fühler und dem Rotationskörper wirkenden Impulse kontinuierlich im Sinne einer Verkleinerung der Exzentrizität verschiebbar ist und bei dauernder Berührung zwischen dem Rotationskörper und dem Fühler die Vorschubbewegung abbricht, wobei der Vorschubmechanismus in an sich bekannter Weise innerhalb eines den Fühler, einen Regler sowie das Stellglied enthaltenden Regelkreises liegt.

In Weiterbildung der Erfindung ist zur Verringerung der Ausgangsexzentrizität in der gegenüber der Verschieberichtung des Stellgliedes um 90 versetzten Richtung ein feststellbarer Anschlag verschiebbar angeordnet, an dem die Anlagefläche zum Vorzentrieren anliegt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Anschlag in Richtung der Rotationsachse des Rotationskörpers abklappbar ist.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist der mit dem Stellglied verbundene Vorschubmechanlsmus als Getriebe- oder Schrittmotor ausgebildet.

In den folgenden Abschnitten ist die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen F i g. 1 a und 1 b schematisch das exzentrisch gelagerte Werkstück in einer Anfangsstellung und in einer um 180° verdrehten Stellung,

F i g. 2 schematisch den Informationsfluß zwischen den einzelnen Elementen und Geräten,

Fig.3 einen z.B. von elektrischem Strom durchflossenen Regelkreis mit den in Reihe geschalteten Elementen und Geräten und

F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zentrieren.

In den Fig. la und 1 b ist ein rotationssyminstrisches Werkstück (Rotationskörper 1) als rechtwinklig zur Zeichenebene stehendes Zylinderstück mit der Achse A dargestellt. B bezeichnet die Achse des Bezugssystems (Bezugsachse), z.B. die Rotationsachse einer nicht weiter dargestellten magnetischen Spannplatte. Die Achse A des Rotationskörpprs 1 ist um den Betrage, der Exzentrizität, von der Bezugsachse B entfernt. In der Nähe der Rotationsfläche des Rotationskörpers 1, im vorliegenden Fall des Mantels 2, ist ein Stellglied 3 angeordnet

F i g. 1 a zeigt den Rotationskörper 1 in einer Lage, bei der seine Rotationsachse A vom Stellglied 3 weg weist, so daß zwischen der Stirnseite des Stellgliedes 3 und dem Mantel 2 des Rotationskörpers 1 ein Spalt von der doppelten Größe der Exzentrizität e besteht.

Wenn das Bezugssystem um die Bezugsachse B rotiert, beschreibt die Achse A einen Kreis (gestrichelt gezeichnet) um B. Dabei verlagert sich die Achse A von der Stellung in F i g. 1 a in die in F i g. 1 b gezeigte Stellung, bei der die Achse A nach einer Drehung des Bezugssystems um 180° zum Stellglied 3 hin weist. Gleichzeitig berührt der Mantel 2 die Stirnseite des Stellgliedes 3, d. h. der Rotationskörper 1 gibt an das Stellglied 3 einen Impuls ab.

Wie das Schema der F i g. 2 zeigt, in dem der Signalfluß durch Pfeile versinnbildlicht ist, werden diese Impulse, die eine Funktion der Drehzahl des Bezugssystems und der Lage des Rotationskörpers 1 im Bezugssystem sind, als Eingangsgröße einem Regler 4 zugeführt, der sie in eine Ausgangsgröße umwandelt, die einem mit dem Stellglied 3 gekoppelten Vorschubmechanismus S zugeleitet wird. Dadurch wird der Vorschubmechanismus 5 veranlaßt, das Stellglied 3 relativ zum Rotationskörper 1 zu verschieben. Solange die Impulse dem Regler 4 als Einzelsignale zugehen — das ist der Fall, wenn zwischen den beiden Achsen A und B noch eine Exzentrizität vorhanden ist — wird das Stellglieds zum Rotationskörper 1 hin verschoben. Dabei übt das Stellglied 3 auf den Rotationskörper 1 eine Kraft aus, die in der Lage ist, den Rotationskörper 1 relativ zum Bezugssystem, der Spannplatte, unter Verkleinerung der Exzentrizität zwischen den beiden Achsen A und B zu verschieben. In dem Moment, in dem der Rotationskörper I zentrisch umläuft, nämlich dann, wenn die beiden Achsen A undß zusammenfallen, gehen die als Einzelsignale wirkenden Impulse in ein Dauersignal über. Das Dauersignal wird im Regler 4 in den Befehl an den Vorschubmechanismus 5 umgeformt, die Vorschubbewegung des Stellgliedes 3 zu beenden und das Stellglied 3 in seine Anfangslage zurückzuführen. Der Rotationskörper 1 ist zentriert und kann nun bearbeitet oder geprüft werden. Wie sich aus der Beschreibung ergibt, hat das Stellglied 3 nicht nur die Aufgabe, den Rotationskörper 1 relativ zum Bezugssystem zu verschieben, sondern das Stellglied 3 dient gleichzeitig als Impulsaufnehmer, d. h. stellt ein Fühlglied dar.

Aus dem vorangegangenen folgt, daß die Rotationsfläche des Rotationskörpers 1, die mit dem Stellglied 3 in zeitweiser oder — im Moment des Zusammenfallens der beiden Achsen A undß — dauernder Berührung steht, der geometrisch idealen Rotationsfläche nahekommen muß. Geringe Abweichungen von dieser idealen Gestalt werden allerdings von der Eigenelastizität des Stelleliedes 3 komoensiert und

können deshalb den Zentriervorgang nicht beeinflussen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich der Rotationskörper 1 mit einer Genauigkeit von etwa 1 bis 2 μηι zentrieren.

Werden als den Vorschubmechanismus S steuernde Impulse elektrische Kenngrößen gewählt, so ist eine Anordnung der einzelnen Geräte und Elemente nach F i g. 3 vorteilhaft. Die Geräte und Elemente sind gegenüber dem Bezugssystem elektrisch isoliert, zusammen mit dem Rotationskörper 1 in Reihe geschaltet und bilden einen Regelkreis, der entsprechend der Berührdauer und Berührfrequenz zwischen Stellglied3 und Rotationskörper 1 von Strom durchflossen ist. Die Strom- bzw. Spannungsimpulse werden dem Regler 4 eingegeben und dort in entsprechende Befehle an den Vorschubmechanismus 5 umgewandelt. Selbstverständlich können die Stell- und Regelgrößen des Regelkreises auch mechanischer, pneumatischer oder hydraulischer Art oder eine Kombination der verschiedenen Arten sein.

In F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit den als erfinderisch herausgestellten Merkmalen gezeigt. Auf dem Fundament 6 ist eine Spannplatte 7 mit eingesetzten Magneten 8 drehbar gelagert. Ein mit einer der Stirnseiten auf der Spannplatte? aufgesetzter Rotationskörper 1, z.B. ein Ring, liegt in der einen Koordinatenrichtung an - einem Anschlag 9 an, der von einem Befestigungsteil 10 gehalten wird und je nach dem Durchmesser des zu zentrierenden Rotationskörpers 1 eingestellt werden kann. Der Anschlag 9 ist mittels eines Hebels 11 in eine Ebene rechtwinklig zur Zeichenebem schwenkbar und zentriert den Rotationskörper ] grob vor.

In der anderen Koordinatenrichtung ist das bereit: früher erwähnte, als Anschlag ausgebildete Stell glied 3 angeordnet. Es ist an einem Stützblock 12 be festigt und kann durch einen Vorschubmechanis mus 5, z. B. einen Getriebemotor, einen Schrittmoto od. dgl., in dieser Koordinatenrichtung verschöbet

ίο werden. Die Steuerung des Vorschubmechanismus: erfolgt in der bereits beschriebenen Weise durch di< vom Rotationskörper 1 auf das Stellglied 3 ausgeüb ten und durch einen hier nicht gezeigten Regler ii Befehle für den Vorschubmechanismus 5 umgesetz ten Impulse.

Selbstverständlich kann statt der magnetischer Spannplatte? auch eine glatte Scheibe Verwendunj finden, bei der das rotationssymmetrische Werk stück 1 mit besonderen Andrückelementen auf de; Scheibe festgehalten wird.

Als besonderer Vorteil der erfindungsgemäßer Vorrichtung ist zu bemerken, daß sie unter Ausschal tung jeglicher subjektiver Einflüsse des Bedienungs personals eine schnelle und genaue Zentrierung eine:

as Rotationskörpers erlaubt. Die Vorrichtung ist ein fach im Aufbau. Es ist deshalb z. B. ohne weitere; möglich, diese in der laufenden Produktion einzuset zen, um stichprobenartig die beispielsweise spange bend auf Werkzeugmaschinen gefertigten Rotations körper, z.B. Ringe für Wälzlager, auf Rundheit zi prüfen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Beseitigung der Exzentrizität zwischen der Rotationsachse eines zu bearbeitenden oder zu prüfenden, grob vorzentrierten und in Drehung versetzten, innerhalb einer Aufspannvorrichtung rechtwinklig zu seiner Rotationsachse verschiebbaren Rotationskörpers und der Rotationsachse der Aufspannvorrichtung, insbesondere der Rotationsachse einer in ihrer Aiifspannebene in Drehung versetzten magnetischen Spannplatte, während der Drehbewegung des Rotationskörpers mit einem Fühler zur Aufnahme der Exzentrizität an einer mit dem Rotationskörper mitbewegten ringförmigen Anlagefläche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Exzentrizität als Impulse entsprechend der Drehzahl und der Exzentrizität des Rotationskörpers (1) in an sich bekannter Weise aufnehmende Fühler durch das mit der als Teil der Außenumfangsfläche des Rotationskörpers (1) ausgebildeten Anlagefläche unter Anpreßdruck in Berührung bringbare Stellglied (3) gebildet ist, das in an sich bekannter Weise durch einen Vorschubmechanismus (5) während der Dauer der als Einzelsignale entsprechend der Berührungsdauer und Berührungshäufigkeit zwischen dem Fühler und dem Rotationskörper (1) wirkenden Impulse kontinuierlich im Sinne einer Verkleinerung der Exzentrizität (e) verschiebbar ist und bei dauernder Berührung zwischen dem Rotationskörper (1) und dem Fühler die Vorschubbewegung abbricht, wobei der Vorschubmechanismus (5) in an sich bekannter Weise innerhalb eines den Fühler, einen Regler (4) sowie das Stellglied (3) enthaltenden Regelkreises liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Ausgangsexzentrizität in der gegenüber der Verschieberichtung des Stellgliedes (3) um 90° versetzten Richtung ein feststellbarer Anschlag (9) verschiebbar angeordnet ist, an dem die Anlagefläche zum Vorzentrieren anliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (9) in Richtung der Rotationsachse (A) abklappbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Stellglied (3) verbundene Vorschubmechanismus (5) als Getriebeoder Schrittmotor ausgebildet ist.