DE19920003C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Biegerichten eines länglichen Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 und auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der EP 417 469 B1 be­ kannt. Das Werkstück muß hierbei rotationssymmetrisch sein, denn die Lage der Biegeebene wird durch das Maximum des Hubs eines Meßtasters bei einer Drehung um 360° um die entlang der Längsrichtung des Werkstücks verlaufende Drehachse bestimmt. Der Richthub erfolgt entgegen der Biegung in der Biegeebene.

Wenn aber das Werkstück nur in einem Teilbereich einen Kreisquerschnitt aufweist, in anderen Bereichen jedoch profiliert ist, so führt der Meßtaster in den nicht runden Querschnitten Hübe durch, die nicht mit der Lage der Biegeebene zu tun haben müssen. Hierbei muß also die Erfassung der Durchbiegung bzw. des Verzugs des Werkstücks auf andere Weise erfolgen als in dem vereinfachten Fall eines Werkstücks mit Kreisquerschnitt.

Ein in der letzten Zeit häufiger in Betracht kommendes Beispiel für ein längliches Werkstück mit Richtbedarf, welches einen Längenabschnitt mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, sind Lenkungszahnstan­ gen für Kraftfahrzeuge. Diese besitzen einen ersten Län­ genabschnitt mit Verzahnung, dessen Querschnitt von der Kreisform abweicht, und einen an mindestens einem Ende an dem Verzahnungsabschnitt anschließenden zylindrischen Längenabschnitt. Bedingt durch die Wärmebehandlung der Teile ergeben sich verschiedene Möglichkeiten der uner­ wünschten Krümmung des Werkstücks: es kann der Längenab­ schnitt mit der Verzahnung eine Biegung in sich aufweisen, es kann der zylindrische Abschnitt in sich gebogen sein, und es kann der die Verzahnung tragende Abschnitt einen geringen Winkel mit dem zylindrischen Abschnitt einnehmen.

Das Richten der Lenkungszahnstangen war mit den bekannten Wellenrichtpressen durchführbar, solange die Zahnstangen durch ein spanendes Herstellverfahren aus einer runden Stange hergestellt wurden. Auch im verzahnten Bereich war in diesem Fall noch ein kreisbogenförmiger Querschnitts­ anteil von mehr als 180° vorhanden. Die Meßtaster und die Richtambosse wurden mit entsprechenden Ausrundungen ver­ sehen, so daß die Messung und die Richtoperation wie bei einem Rundteil erolgen konnte. Dies ist jedoch nicht mehr möglich, wenn die Lenkungszahnstangen in einer Schmiede­ presse spanlos umgeformt werden und keinerlei kreisbogen­ förmigen Querschnittsanteil mehr aufweisen. Solche Zahn­ stangen wurden natürlich auch bisher schon gerichtet. Der von der Kreisform abweichende Querschnitt wurde dabei mit entsprechenden Ringen oder Spannfuttern umschlossen, die einen zylindrischen Außenumfang aufweisen, so daß dann wieder das herkömmliche Richtverfahren für Kreisquerschnitte angewandt werden konnte. Diese Methode mit zusätzlichen Elementen zur Schaffung einer kreisförmigen Bezugsfläche ist aber aus verschiedenen Gründen nicht optimal:

• - die Taktzeit beim automatischen Biegerichten wird stark erhöht;
• - die erreichbare Richtgenauigkeit ist begrenzt;
• - es kommt zu erheblichem Verschleiß mit häufigen Störungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegerichten von länglichen Werkstücken zu schaffen, die einen Längenab­ schnitt mit von der Kreisform abweichendem Querschnitt aufweisen.

Mit dem Ausdruck "Längenabschnitt" soll sowohl der Fall erfaßt sein, daß das längli­ che Werkstück einen Teil seiner Länge mit von der Kreisform abweichendem Quer­ schnitt und außerdem mindestens noch einen zylindrischen Längenabschnitt umfaßt, als auch der Fall, daß sich der Längenabschnitt mit dem von der Kreisform abwei­ chenden Querschnitt über die ganze Länge des länglichen Werkstücks erstreckt und somit keine weiteren Längenabschnitte mit zylindrischem Außenumfang vorhanden sind.

Die vorerwähnte Aufgabe wird in ihrem verfahrensmäßigen Aspekt durch die in Pa­ tentanspruch 1 wiedergegebene Erfindung, in ihrem vorrichtungsmäßigen Aspekt durch die in Patentanspruch 4 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Anstatt auf den in seinem Querschnitt von der Kreisform abweichenden Längenab­ schnitt mechanische Hilfsmittel zur Erzielung eines kreiszylindrischen Umfangs auf­ zusetzen und diese bei der Drehung abzutasten, erfolgt bei der Erfindung eine direkte Abtastung des unregelmäßigen Umfangs des Werkstücks. Die an einer bestimmten Stelle - in Längsrichtung des Werkstücks gesehen - und bei einem bestimmten Drehwinkel des Werkstücks sich ergebenden Datensätze werden in einem elektronischen Daten­ speicher gespeichert.

Der Datensatz des noch zu richtenden Werkstücks weicht entsprechend der Fehl­ stellung des Umrisses von dem "idealen" Datensatz ab, der sich bei einem ideal ge­ raden Werkstück ergäbe und im Rechner als Sollmaß gespeichert ist.

Es ist ein Rechner vorgesehen, der die beiden Datensätze miteinander vergleicht und aus den Abweichungen die erforderlichen Richthübe nach Stärke und Richtung berechnet und entsprechend steuert. Auf diese Weise kann das Werkstück gerichtet werden, wobei, falls nach dem erstmaligen Richten noch Abweichungen von der "idealen" Lage verblieben sein sollten, der Richtvorgang wiederholt werden kann.

Der Einsatz von Rechnern bei der Verarbeitung beim Richten auftretender Signale ist für sich genommen aus der DE 29 28 731 A1 und der DE 34 45 544 C2 bekannt.

Das Biegerichten wird gemäß Anspruch 2 bei bestimmten Drehwinkeln des Werk­ stücks vorgenommen, in denen das Werkstück eine definierte Auflage auf einem Richtamboß findet. Im Gegensatz zu einem Werkstück mit kreiszylindrischem Au­ ßenumfang kann bei einem Werkstück der hier betrachteten Art das Richten nicht in jeder beliebigen Winkelstellung des Werkstücks um seine Längsachse erfolgen. Wenn das Werkstück zum Beispiel eine Längskante aufweist und mit dieser Längs­ kante auf eine ebene Unterstützungsfläche gedrückt wird, hat es beim Richten die Neigung, um die Längskante in der einen oder anderen Richtung umzukippen. Dies geschieht nicht, wenn das Werkstück mit einer achsparallelen Fläche auf die ebene Unterstützungsfläche aufgedrückt wird. Eine derartige Situation ist mit dem Ausdruck "definierte Auflage" gemeint. Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn Richtambosse Verwendung finden, die eine einem Umfangsbereich des Werkstücks angepaßte, nicht ebene Auflagefläche bieten.

Die Erfindung ist sowohl für Werkstücke geeignet, bei denen der von der Kreisform abweichende Querschnitt sich über die ganze Länge des Werkstücks erstreckt, als auch für Werkstücke, bei denen dieser Längenabschnitt nur einen Teil der Länge ausmacht und mindestens an einem Ende des­ selben sich ein Längenabschnitt mit kreiszylindrischem Außenumfang anschließt, dessen Querschnittsgröße im we­ sentlichen der Querschnittsgröße des oder der anderen Längenabschnitte mit dem kreiszylindrischen Außenumfang entspricht, wie es zum Beispiel bei den den Ausgangspunkt der Erfindung bildenden Zahnstangen für Kraftfahrzeuglen­ kungen der Fall ist.

Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht gemäß Anspruch 3 in der Kombination des rechnergestützten Biegevorgangs für den Längenabschnitt mit dem von der Kreisform abwei­ chenden Querschnitt mit einem nach den bekannten Verfahren durchgeführten Biegerichtvorgang für den zylindrischen Längenabschnitt oder die zylindrischen Längenabschnitte.

Anspruch 4 gibt den apparativen Aspekt der Erfindung wie­ der.

Anspruch 5 ist auf die Bereitstellung von besonderen Richtambossen mit in ihrer Querschnittsgestalt der Quer­ schnittsgestalt des Werkstücks in dem Längenabschnitt mit dem von der Kreisform abweichenden Querschnitt gerichtet.

Anspruch 6 beschreibt eine besondere Ausführung des Meßta­ sters, der einen abgewinkelten Tastarm aufweist, der für sich genommen bekannt ist (EP 417 469 B1, Fig. 2). Im Gegensatz zu der bekannten Ausführungsform muß der Meßta­ ster bei der Erfindung einen Tastarm mit einem Tastschenkel einer gewissen vergrößerten Länge aufweisen, weil es bei dem zugrundeliegenden ungleichmäßigen Querschnitt vorkommen kann, daß einer Querschnittsstelle in Umfangs­ richtung eine andere Querschnittsstelle benachbart sein kann, die einen größeren radialen Abstand von der Achse aufweist und bei der verhindert werden muß, daß sie sich auf einen in Umfangsrichtung benachbarten Teil des Tast­ arms aufsetzt.

Ein bestimmtes Maß für die Länge kann nicht angegeben werden, da der radiale Abstand des Umfangs des Quer­ schnitts von der Drehachse bei jeder Art von Werkstück unterschiedlich ist und von seinem speziellen Querschnitt abhängt. Es versteht sich überdies, daß nicht alle denk­ baren Querschnitte von Werkstücken auf die erfindungsgemä­ ße Weise gerichtet werden können. Wenn bei der Drehung stärkere Hinterschneidungen zu überwinden wären, wird es sich nicht vermeiden lassen, daß der die Tastspitze auf­ weisende Tastschenkel bei der Drehung des Werkstücks an diesem hängenbleibt. Die Werkstücke müssen also eine ge­ wisse "Mindestkonvexität" aufweisen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Wiedergabe einer das Werkstück bildenden Zahnstange für Kraftfahr­ zeuglenkungen, am rechten Ende abgebrochen;

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Darstellung der Zahn­ stange in etwa um 90° gedrehtem Zustand;

Fig. 3 zeigt den Querschnitt der Zahnstange in dem Be­ reich des Längenabschnitts der Verzahnung;

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der gesamten Zahnstan­ ge;

Fig. 5 zeigt einen Fig. 3 entsprechenden Querschnitt mit der Angabe wichtiger Maße;

Fig. 6 zeigt einen Fig. 3 entsprechenden Querschnitt mit Veranschaulichung des Angriffs des Meßta­ sters;

Fig. 7 zeigt Querschnitte der Zahnstange in verschiede­ nen Drehstellungen mit angepaßten Richtambossen;

Fig. 8 zeigt die Lage der Richtwerkzeuge über die Länge der Zahnstange;

Fig. 9 zeigt den Ablauf der Abtastung des Werkstücks bei der Drehung desselben;

Fig. 10 veranschaulicht einen typischen Rundlauffehler;

Fig. 11 zeigt den Verlauf des Hubs des Tastarms über den Drehwinkel bei einem solchen Rundlauffehler;

Fig. 12 und 14 zeigen Querschnitte des Längenabschnitts mit typischem "Schlag";

Fig. 13 bzw. 15 zeigen die entsprechenden Hübe des Meßta­ sters, aufgetragen über dem Drehwinkel.

In Fig. 1 ist eine das Werkstück W im Sinne der Erfindung darstellende, als Ganzes mit 10 bezeichnete Zahnstange für die Lenkung eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Das rechte Ende ist abgebrochen wiedergegeben. Die tatsächliche Länge ergibt sich aus Fig. 4. Die Zahnstange 10 umfaßt einen etwa ein Drittel ihrer Länge einnehmenden Längenabschnitt 1, der die Verzahnung 2 trägt und an den an dem in Fig. 1 bzw. 4 linken Ende ein kurzer zylindrischer Abschnitt 3 und an dem rechten Ende ein längerer zylindrischer Ab­ schnitt 4 gleichen Durchmessers koaxial angesetzt ist, die den Rest der Gesamtlänge einnehmen. Die Enden der zylin­ drischen Längenabschnitte 3 und 4 werden beim Richten von Einspannungen S₁ bzw. S₂ erfaßt, die gemäß Fig. 8 Körner­ spitzen 36, 37 umfassen, die die Drehachse A definieren. Der Querschnitt des Längenabschnitts 1 weicht durch das Vorhandensein der Verzahnung 2 von der Kreisform ab, ist aber flächenmäßig von gleicher Größenordnung wie der Quer­ schnitt der Längenabschnitte 3 und 4, weil die Verzahnung 2 aus einem den Längenabschnitten 3 und 4 etwa entspre­ chenden Rohling durch Schmieden hergestellt worden ist. Durch die Arbeitsvorgänge bei der Herstellung der Zahn­ stange 10 ist diese meist etwas verzogen, d. h. gekrümmt, und bedarf des Richtens, damit die Achsen der Abschnitt 1, 3, 4 gerade werden und fluchten.

In Fig. 2 ist die Zahnstange 10 in um etwa 90° um die Achse A gedrehtem Zustand darstellt, wodurch die Unter­ seite des Längenabschnitts 1 sichtbar wird.

In Fig. 3 ist der Querschnitt des Längenabschnitts 1 dar­ gestellt. Er kann schlagwortartig als "Y-Querschnitt" bezeichnet werden, mit einem aufrechten Steg 5 und zwei, nach oben anschließenden, seitlich auseinanderstrebenden- Schenkeln 6 und 7. Der Steg 5 hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, an den sich gemäß Fig. 3 nach außen und oben aufstrebende, zur Vertikalen unter 45° stehende ebene Seitenflächen 8, 9 anschließen, die die Un­ terseiten der Schenkel 6, 7 und die Auflageflächen beim Schmieden der Verzahnung 2 und später im Betrieb beim Ein­ griff des Zahnritzels der Lenkung in die Verzahnung 2 bilden. Etwa in der Höhe der als durchgehend gedachten gemeinsamen Drehachse A der zylindrischen Längenabschnitte 3 und 4 gehen die Seitenflächen 8, 9 unter einem Winkel 11 von etwa 105° in seitliche, nach oben sich annähernde ebene Stützflächen 12, 13 über, die gemäß Fig. 3 oben durch die horizontale Kopffläche der Verzahnung 2 verbunden sind. Die Verzahnung 2 hat eine Breite, die etwa doppelt so groß ist wie die Breite des Steges 5.

Die vorerwähnten Merkmale sind solche des Ausführungsbei­ spiels. Der Querschnitt des Längenabschnitts 1 kann durch­ aus auch eine abweichende Gestalt aufweisen. Im vorliegen­ den Fall ist nur wesentlich, daß die Grundfläche 15 des Steges 5 und die Kopffläche 14 eben und einander parallel sind und daß die Seitenflächen 8, 9 und die Stützflächen 12, 13 eben sind. Auch sollte der Querschnitt des Längen­ abschnitts 1 keine wesentlichen Hinterschneidungen auf­ weisen.

In Fig. 5 sind zwei wichtige Nennmaße a₁ und a_r darge­ stellt, die den Abstand des "geometrischen Mittelpunkts" des Querschnitts des Längenabschnitts von den beiden unter 45° stehenden Seitenflächen 8, 9 wiedergeben, der bei einer vorhandenen Krümmung des Längenabschnitts 1 von dem Durch­ gangspunkt der Drehachse A in der betreffenden Quer­ schnittsebene abweicht. Beispiele hierfür werden im Zu­ sammenhang mit den Fig. 12 bis 15 noch erläutert. Die Maße a_r und a_e bilden in dem Ausführungsbeispiel den geringsten Abstand der Umfangsfläche von dem Durchgangspunkt der Drehachse A, der bei der Drehung um dieselbe zu verzeich­ nen ist und als Extremum, in dem Ausführungsbeispiel als Minimum der den Anschlag des Meßtasters 20 wiedergebenden Kurve K_s (Fig. 11) in Erscheinung tritt. Sie werden der Werkstückzeichnung entnommen und in dem Datenspeicher S_p (Fig. 6) als Sollwerte eingegeben.

In Fig. 6 ist die Abtastung des Außenumfangs des Längen­ abschnitts 1 mittels eines Meßtasters 20 bei einer Drehung des Längenabschnitts 1 um die durch die Längenabschnitte 3 und 4 bzw. deren Einspannungen S₁, S₂ in der Richtmaschine gegebene Drehachse A veranschaulicht. Der Meßtaster 20 um­ faßt einen Tastarm 16 und einen von diesem betätigten Meßwandler 23 am in Fig. 6 rechten Ende des Tastarms 16, der die Verlagerungen des Tastarms 16 im Sinne des Pfeils 21 bei der Drehung des Werkstücks W im Sinne des Pfeils 19 in elektrische Signale umwandelt. Der Tastarm 16 umfaßt an seinem freien Ende einen um 90° gegen den Längenabschnitt 1 hin abgewinkelten, die Tastspitze 17 tragenden Tast­ schenkel 18, der radial zu der Achse A verläuft und eine solche Länge hat, daß sich der Längenabschnitt 1 bei sei­ ner Drehung nicht mit irgendeinem Umfangsbereich auf die Oberseite 16' des Tastarms 16 aufsetzen und das Meßergeb­ nis auf diese Weise verfälschen kann. Die Tastspitze 17 liegt an einer Taststelle 17' des Umfangs des Längenab­ schnitts 1 an. Die Tatspitze 17 hat in der Querschnitts­ ebene der Tastarmbewegung einen Spitzenwinkel von etwa 85°.

Bei der Prüfung eines zu richtenden, gekrümmten Werkstücks W werden die Signalwerte des Meßwandlers 23 einem Rechner R eingegeben und von diesem mit den gespeicherten Soll­ werten verglichen. Der Richtvorgang wird anhand der er­ mittelten Differenzen gesteuert.

Der unsymmetrische, d. h. bei der Drehung des Werkstücks W um die Drehachse A über den Umfang keinen konstanten Radi­ us aufweisende Y-Querschnitt läßt ein Richten in beliebi­ ger Winkellage nicht zu, wie es bei einer kreiszylindri­ schen Stange möglich ist. Dort wird durch Drehen die Lage des Schlages an der Lage des Anschlagmaximums ohne Berück­ sichtigung seines Absolutwertes festgestellt und ein Richthub entgegen dem Schlag ausgeführt. Bei unsymmetri­ schen Querschnitten jedoch kommt es auf die Absolutwerte der Abweichungen in einer bestimmten Querschnittsebene bei einer bestimmten Drehstellung an. Ein Richten ist nur bei bestimmten Drehstellungen möglich, bei denen sich geome­ trisch eine definierte Auflage des Längenabschnitts 1 auf den Richtunterlagen ergibt. Dies wird erreicht, indem besondere Richtambosse verwendet werden, deren Auflageflä­ chen in ihrem Profil dem Umfang des Werkstücks W in dem Längenabschnitt 1 angepaßt sind. Insbesondere können soge­ nannte Zweistellungsambosse verwendet werden, bei denen das Auflagestück um 180° verdrehbar ist.

Dies ist anhand der Fig. 7 erläutert. Die Richtkraft wird durch den nicht dargestellten Richtstempel von oben ausge­ übt. Der Richtamboß 30 hat zwei Stellungen, die in Fig. 7 mit "1" und "2" bezeichnet sind. In der ersten Stellung "1" der Fig. 7a bietet der Richtamboß eine durch eine rechteckige Vertiefung 31 gekennzeichnete Auflagefläche dar, die zur Aufnahme des Steges 5 des "Y-Profils" geeig­ net ist. Der Steg 5 liegt mit seiner Grundfläche 15 auf dem Boden 31' der Ausnehmung 31 definiert auf, wenn von oben der nicht dargestellte Richtstempel seinen Biegehub auf die Kopffläche 14 ausübt.

In der Stellung 7b sind der Längenabschnitt 1 um 90° ent­ gegen dem Uhrzeigersinn und der Richtamboß 30 um 180° gedreht. Der Richtamboß 30 bietet eine dachförmige Aus­ nehmung 32 dar, bei der die Dachflächen 32', 32" eine den Stützflächen 12, 13 entsprechende Neigung aufweisen. Die Seitenfläche 12 liegt auf der Dachfläche 32" auf. Die Kopffläche 14 steht im Sinne der Fig. 7b vertikal, und es ist die Tiefe der Ausnehmung 32 so bestimmt, daß in dieser Position der Steg 5 mit seiner Seitenfläche auf der Ober­ seite 33 des Richtambosses 30 sich abstützen kann. Damit der Längenabschnitt 1 bei der Ausübung des Richthubs von oben nicht auf der Dachfläche 32" nach rechts verrutschen kann, ist am Grund der Ausnehmung 32 eine Anschlagrippe 34 von dreieckigem Querschnitt vorgesehen, bei der die Winkellage der Seitenflächen derjenigen der Seitenflächen 8, 9 entspricht und gegen die sich die Seitenflächen 8, 9 in der Nähe ihrer äußeren Kanten abstützen.

In Fig. 7c ist der Längenabschnitt 1 um weitere 90° ent­ gegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so daß er mit seiner Kopffläche 14 auf der anderen Oberseite 35 des Richtambos­ ses 30 zur Auflage kommt.

In Fig. 7d ist der Längenabschnitt 1 um weitere 90° ent­ gegen dem Uhrzeigersinn verdreht, wobei er mit der Stützfläche 13 nunmehr auf der rechten Dachfläche 32' und der Steg 5 auf der linken Seite der Oberseite 33 auflie­ gen. Die Anschlagrippe 34 verhindert nunmehr das Auswei­ chen des Längenabschnits 1 beim Biegerichten nach links.

In Fig. 8 ist schematisch das Prinzip des Biegerichtens mit den Biegewerkzeugen dargestellt. Das durch die Zahn­ stange 10 gebildete Werkstück W weist an den Enden Ansen­ kungen auf, in die Körnerspitzen 36, 37 eingreifen. Die Zahnstange 10 ist um die Körnerspitzen 36, 37 drehbar, die die Drehachse A bestimmen. Gemäß Fig. 8 oberhalb des Werk­ stücks W ist der Richtstempel 40 vorgesehen, der von oben einen Richthub auf das Werkstück W ausführt, wobei dieses in der Nähe seiner Enden durch Richtambosse 38, 39 abge­ stützt ist, die die Kräfte des Richtstempels 40 abfangen und die Körnerspitzen 36, 37 davon entlasten. Die Körner­ spitzen 36 bzw. 37 bilden zusammen mit den Richtambossen 38 bzw. 39 die "Einspannungen" S₁ bzw. S₂. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Richtstempel 40 etwa in der Mitte zwischen den Richtambossen 38, 39 vorgesehen und biegt das Werkstück W im ganzen. Allerdings kann der Richtstempel 40 im Sinne des Pfeiles 41 in die gestrichelt angegebenen Positionen 42, 43 verlagert werden. Bei der Anordnung des Richtstempels 40 in der Position 42 würde ein in der Position 44 angedeuteter Richtstempel aktiviert, so daß die Biegung nur dem Längenabschnitt 1 zwi­ schen den Richtambossen 38 und 44 zugute käme.

Bei einer Verlagerung des Richtstempels in die Position 43 würde ebenfalls der Richtamboß 44 aktiviert und käme der Richthub nur dem zwischen den Richtambossen 44, 39 sich erstreckenden kreiszylindrischen Längenabschnitt 4 der Zahnstange 10 zugute.

Zu Beginn des Richtens wurden der oder die Meßtaster 20 in dem Längenbereich des nicht rotationssymmetrischen Längen­ abschnitts 1 in Abwesenheit des Werkstücks W mit einem beliebigen geraden Werkstück kreisrunden Querschnitts und bekannten Abmessungen kalibriert, um den Abstand von der Tastspitze 17 zur Werkstückdrehachse A zu definieren. Mit dieser Kenntnis können die bei der Abtastung eines zu richtenden Werkstücks W anfallenden Signale des Meßtasters 20 als absolute radiale Abstände oder Ausschläge erfaßt und zur Ermittlung der erforderlichen Richthübe verwendet werden.

Die erreichte Richtwirkung wird bei kräftefreiem Werkstück W mittels der Meßtaster 45 kontrolliert. Gegebenenfalls muß ein weiterer Richtvorgang angefügt werden.

Fig. 9a) bis e) zeigen den Ablauf einer schrittweisen Drehung des Werkstücks W um jeweils 45° um die Drehachse A entgegen dem Uhrzeigersinn im Zusammenwirken mit dem Tastarm 16. Es ist erkennbar, daß der Tastarm 16 mit sei­ ner Tastspitze 17 dem Außenumfang des Werkstücks W stets folgen kann, ohne sich an irgendeinem Vorsprung zu verha­ ken. Der Tastarm 16 führt dabei einen Hub Y im Sinne des Pfeiles 21 durch.

In Fig. 10 ist der Querschnitt des Werkstücks W wiederge­ geben. Wenn es sich um ein ideal gerades Werkstück handelt, fällt der in Fig. 10 angedeutete "geometrische Mit­ telpunkt" M der Querschnittsfläche mit dem Durchgangspunkt der Drehachse A zusammen. Wenn das Werkstück aus irgend­ einem Grund gekrümmt ist, verlagert sich der Mittelpunkt M seitlich oder vertikal von der Drehachse A hinweg.

Der Hubverlauf der Tastspitze 17 des Tastarms 16 über den Drehwinkel ist in Fig. 11 aufgezeichnet, und zwar mit Hilfe eines Schreibers, der sein elektrisches Signal von dem Meßwandler 23 des Tastarms 16 bezieht. Die ausgezogene Linie K gibt den Hubverlauf bei einem idealen Werkstück wieder.

Im Vergleich dazu ist gestrichelt der Hubverlauf K_s bei einem gekrümmten, noch zu richtenden Werkstück W aufge­ zeichnet, dessen Querschnitt in Fig. 10 dargestellt ist. Hierbei fallen der geometrische Mittelpunkt M des Quer­ schnitts und die Durchgangsstelle der Drehachse A nicht mehr zusammen. Es ist in dem Beispiel ein Rundlauffehler von 2 mm zu verzeichnen, der dadurch zustande kommt, daß der geometrische Mittelpunkt M des Querschnitts gegenüber der Idealposition auf der Drehachse A in dem Ausführungs­ beispiel horizontal um einen Millimeter nach links ver­ lagert ist.

Dadurch ergibt sich bei der Drehung entgegen dem Uhrzei­ gersinn ein anderer Verlauf des Signals des Meßtasters 20 über den Drehwinkel. Es ist plausibel, daß, wenn der Quer­ schnitt von Fig. 10 um die Achse A entgegen dem Uhrzeiger­ sinn gedreht wird, zur Überwindung der linken Kante 5' des Steges 5 der Tastarm 16 weiter heruntergedrückt werden muß, als wenn der geometrische Mittelpunkt M mit dem Durchgangspunkt der Achse A zusammenfiele. Das weitere Herunterdrücken des Tastarms 16 führt zu einer Erhöhung der Hubkurve an der Stelle 5'.

In Fig. 9 ist nur die Drehung über 180° wiedergegeben. Wegen der Symmetrie des Querschnitts ergibt sich gemäß Fig. 11 bei einer Weiterdrehung von 180 bis 360° eine zu der 180°-Linie 24 spiegelbildliche Kurve K, wobei aber die Kurve K_s in dem zwischen etwa 235° und 345° gelegenen Bereich unterhalb der Kurve K verläuft.

Bei der Aufnahme der Kurve wird die das Werkstück W bil­ dende Zahnstange 10 mit den Zähnen nach oben zeigend in die Richtmaschine eingegeben, wie es in Fig. 9 in der linken Darstellung a) oder in Fig. 8 bzw. 10 wiedergegeben ist. Es wird sodann eine Kontrolldrehung in kleinen dis­ kreten Winkelschritten ausgeführt. Die Zahl der Meßpunkte bei einer Drehung von 360° soll dabei mindestens zweihun­ dert betragen. Die für die Schlagbestimmung entscheidenden Winkellagen sind diejenigen bei 45° (Fig. 9b) und 315°, die in Fig. 11 mit einem Pfeil gekennzeichnet sind und den Minima der Kurve entsprechen, bei denen also der Tastarm 16 am höchsten steht bzw. der radiale Abstand von der Drehachse A am geringsten ist. Es ergeben sich die Größen a_r und a₁ nach Fig. 5. Es werden also zunächst in den Be­ reichen zwischen 15° und 75° sowie zwischen 285° und 315° die relativen Minima gesucht und als Abstandsmaße a₁ und a_r (s. Fig. 5) für die 45°-Linie und die 315°-Linie in dem Speicher Sp abgespeichert. Bei Abweichungen von den ge­ speicherten Sollwerten wird vom Rechner R das Richtpro­ gramm entsprechend gesteuert.

In einem Fall entsprechend Fig. 12b ist der geometrische Mittelpunkt M wie in Fig. 10 um einen Millimeter links von dem Durchgangspunkt der Drehachse A gelegen. Daraus ergibt sich ein Schlag von etwa 2 mm, der zu einem Kurvenbild entsprechend Fig. 13 führt. Auch hier ist die ausgezogene Kurve K diejenige eines ideal geraden Werstücks und die gestrichelte Kurve K_s diejenige des gekrümmten, noch zu richtenden Werkstücks. In den Minima bei 45° und 315° ergeben sich Differenzen Δa₁ bzw. Δa_r. Aus diesen Werten kann durch die vektorielle Addition gemäß Fig. 12a, deren Darstellung nicht maßstäblich ist, der Schlagvektor s nach Größe und Richtung bestimmt werden.

Aus dem Schlagvektor s berechnet der Rechner R (Fig. 5) die Größe der Richthübe, die in den vier Richtpositionen nach Fig. 7 benötigt werden, um den Schlagvektor s auf Null zu bringen.

In den Fig. 14 und 15 ist ein Beispiel wiedergegeben, bei welchem der geometrische Mittelpunkt M 2 mm oberhalb des Durchgangspunktes der Drehachse A gelegen ist. Hierbei ergibt sich also ein Schlag von 4 mm in der Richtung 0°. Bei der Drehstellung stellt sich das in Fig. 15 wiederge­ gebene Kurvenbild ein. Auch hierbei läßt sich durch vekto­ rielle Addition der Differenz Δa₁ bei 45° und Δa_r bei 315° vektoriell der Schlagvektor s berechnen und daraus der zur Beseitigung des Schlages erforderliche Ablauf der Richt­ hübe entsprechend Fig. 7 steuern.

Claims (6)

1. Verfahren zum Biegerichten eines länglichen Werkstücks (W), wel­ ches einen Längenabschnitt (1) mit einem von der Kreisform abweichenden, jedoch über den Längenabschnitt (1) gleichbleibenden Querschnitt aufweist, wobei das Werkstück (W) an den Enden eingespannt und um eine gerade, zwischen den Einspannstellen (S₁, S₂) sich erstreckende Drehachse um 360° gedreht und bei der Drehung mittels eines Meßtasters die an einer be­ stimmten Stelle des Längenabschnitts (1) bestehende vektorielle Querabwei­ chung der Längsachse (M) von der Drehachse (A) ermittelt und daraus die erforderlichen Richthübe bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß an gleichbleibender Stelle des Längenabschnitts (1) - in dessen Längsrichtung gesehen - mittels des Meßtasters (20) über den Dreh­ winkel von 360° die Lage des Tastpunktes (17') winkelabhängig als Kurve (K_s) bestimmt wird;
• b) daß mittels eines Rechners die Abweichung der Lage des Tastpunktes (17') an dem zu richtendenden Werkstück (W) von der rechnerisch bestimmten Lage des Tastpunktes (17') an dem einen ideal geraden Teil bestimmt wird
• c) und daß anhand der winkelabhängig ermittelten Abweichungen der Lage der Tastpunkte mittels des Rechners die Richthübe über ein Richtprogramm gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bie­ gerichten entsprechend der Querschnittsgestalt des Werkstücks (W) in be­ stimmten diskreten Winkelstellungen desselben erfolgt, in denen das Werk­ stück (W) eine definierte Auflage auf einem Richtamboß (30) findet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Werkstück (W), bei dem sich an den Längenabschnitt (1) mit dem von der Kreisform abweichenden Querschnitt mindestens ein zylindrischer Längenabschnitt (4) anschließt, an dem zusätzlich zu dem Biegerichen des ersteren Längenabschnitts (1) ein übliches Biegerichten eines zylindrischen Stabes durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zum Biegerichten eines länglichen Werkstücks (W), wel­ ches einen Längenabschnitt (1) mit einem von der Kreisform abweichenden, jedoch über den Längenabschnitt (1) gleichbleibenden Querschnitt aufweist,
mit Einrichtungen (S₁, S₂) zum Einspannen des Werkstücks (W) an seinen Enden und zum Drehen des Werkstücks (W) über 360° um eine durch die Einrichtungen (S₁, S₂) bestimmte gerade Drehachse (A),
mit über die Länge des Werkstücks (W) wählbar positionierbaren Richtwerkzeugen, die zum Richten des Werkstücks (W) in Querrichtung an diesem angreifen und ihm vorübergehend eine die Streckgrenze lokal über­ schreitende Biegespannung aufprägen
und mit mindestens einem über die Länge des Werkstücks (W) wähl­ bar positionierbaren Meßtaster (20), der radial am Umfang des Werkstücks (W) angreift, dessen Drehung über 360° zuläßt und seinem Hub bei einem bestimmten Drehwinkel entsprechende elektrische Signale abgibt,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Datenspeicher (S_p) zur Speicherung der bei einer Drehung des Werksücks (W) anfallenden Signalwerte des Meßtasters (20) vorgese­ hen ist und daß die Signalwerte des Meßtasters (20) einem Rechner (R) ein­ gebbar sind, der die Signalwerte des Meßtasters (20) bei bestimmten Dreh­ winkeln des zu richtenden Werkstücks (W) mit den bei gleichen Drehwinkeln an der gleichen Stelle des Längenabschnitts (1) vorhandenen berechneten Sollwerten vergleicht, die Abweichungen ermittelt und aufgrund der winkel­ abhängig ermittelten Abweichungen mit dem Rechner (R) über ein Richtpro­ gramm und einer Steuereinrichtung die erforderlichen Richthübe der Richt­ werkzeuge gesteuert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Richt­ ambosse (30) mit in ihrer Querschnittsgestalt der Querschnittsgestalt des Werkstücks (W) in dem Längenabschnitt (1) entsprechendem Querschnitt vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (20) einen abgewinkelten Tastarm (16) aufweist, dessen einer Tastschenkel (18) am freien Ende eine Tastspitze (17) trägt und dessen Länge so bemessen ist, daß das Werkstück (W) gedreht werden kann, ohne an dem Tastschenkel (18) hängenzubleiben.