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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen
Transportrollen sowie auf eine Spannvorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 bzw. 3.
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Transportrollen
werden beispielsweise zum Transport von Papierbögen in Falzmaschinen eingesetzt.
Sie werden mittels Stiftschrauben mit Messingstück auf Wellen geklemmt. Damit
der Transportvorgang prozeßsicher
ablaufen kann, müssen
im geklemmten Zustand der Transportrollen, d.h. in deren Montagesituation,
sehr enge Toleranzen eingehalten werden.
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Durch
das Anziehen der Stiftschrauben werden die Transport rollen verformt
und, wenn die Stiftschrauben – bezogen
auf die Achsrichtung der Transportrollen – außermittig angeordnet sind,
auch gegenüber
der Welle verkantet. Selbst wenn die Transportrolle mit sehr engen
Toleranzen gefertigt wurde, kann durch diese Verformung und dieses
Verkanten die Einhaltung der geforderten Toleranzen und die Funktionssicherheit
nicht sichergestellt werden. Insbesondere ist der Übergang
eines Radius' von
der zylindrischen Mantelfläche
zur Stirnfläche problematisch,
da durch mögliche Übergänge mit scharfen
Kanten Beschädigungen
an den Papierbögen
auftreten können.
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Die
DE 90 11 007 U1 zeigt
einen zylindrischen Zentrierspanndorn zur positionierenden Innenspannung
von Werkstücken
auf Werkzeugmaschinen. Der Zentrierspanndorn hat zwei oder drei
radial verschiebliche Spannschieber, die durch einen axial verschieblichen
Kolben über
Keilflächen
radial nach außen
gedrückt
werden. Die mehreren Spannschieber sind in äquidistanten Abständen am
Umfang des zylindrischen Spanndornes verteilt angeordnet, um das
Werkstück
zu zentrieren.
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Aus
der DE-PS 301 193 ist ein Verfahren zum Einspannen von Hohlkörpern auf
einer Drehbank bekannt, bei dem mehrere radiale Zapfen eines Spanndornes
ausgefahren werden, die in Ausschnitte des zu bearbeitenden Gegenstandes
eingreifen, um eine Mitnahme in Umfangsrichtung durch Formschluß sicherzustellen.
Das Problem der Verformung und der Einhaltung von Toleranzen ist
dort nicht angesprochen.
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Die
DE-PS 184 248 zeigt einen Aufspannkopf für Werkzeugmaschinen, der sich
auch an Werkstücke
mit konischer Bohrung gut anpaßt,
indem er mehrere Spannleisten verwendet, die sich an einem eventuellen
Innenkonus eines Werkstückes über die
gesamte Spannlänge
anpassen.
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Die
DE-PS 24 36 269 beschreibt eine Spannvorrichtung für am Außenumfang
zu bearbeitende, umlaufende Rohre mit möglichst gleichmäßiger Wanddicke.
Zu diesem Zwecke wird das Rohr an seinem Außenumfang durch eine Rolle
angetrieben.
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Die
DE 42 32 790 C1 zeigt
einen Standardschaft eines Werkzeuges, der durch eine Schraube in Axialrichtung
unsymmetrisch gespannt wird.
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Die
DE 88 07 205 U1 zeigt
ein hydraulisches Spannwerkzeug mit einem Meßfühler, der in Axialrichtung
exzentrisch angeordnet ist und mit dem Hydraulikmedium beaufschlagt
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wird.
Das Werkstück
ist durch eine radial elastisch dehnbare Spannbüchse gespannt, so daß auch durch
den Meßfühler, falls
er sich am Werkstück abstützt, keine
Verkantung stattfindet.
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Die
EP 1 022 075 A2 zeigt
eine Spannvorrichtung mit formschlüssigen Mitnehmern, die in Umfangsrichtung
wirken.
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Die
GB 2 214 844 A zeigt
eine Spannvorrichtung mit einer exzentrisch radial ausfahrbaren Spannleiste,
die sich über
die gesamte Spannlänge eines
Spanndornes erschreckt.
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All
diese genannten Vorrichtungen sind nicht in der Lage, das oben geschilderte
Toleranzproblem von Transportrollen zu lösen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu
schaffen, mit der Transportrollen so gefertigt werden können, daß sie bei
ihrer Endmontage auf einer Welle enge vorgegebene Toleranzen einhalten.
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Diese
Aufgabe wird beim Verfahren durch die im Patentanspruch 1 und bei
der Spannvorrichtung durch die im Patentanspruch 3 angegebenen Merkmale
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Das
Grundprinzip der Erfindung besteht darin, die Transportrolle während der
Fertigung, d.h. insbesondere bei der Bearbeitung ihres Außenumfanges,
ihrer Stirnflächen
und der Übergangsbereiche
dazwischen so auf einem Spanndorn aufzuspannen, wie später die
fertige Transportrolle auf der genannten Welle befestigt wird, d.h.
schon während
der Bearbeitung wird die Transportrolle so verformt und verkantet,
wie sie später
in der Einbaulage ebenfalls verformt und verkantet wird.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, die bei Befestigung der Trans portrolle an der Welle auftretenden Spannkräfte durch
einen radial ausfahrbaren Druckbolzen zu simulieren, der im Inneren
des Spanndornes angeordnet ist. Dieser Druckbolzen wird mit einer vorbestimmten
Kraft ausgefahren und stützt
sich dabei mit seinem vorderen Bereich am Rand einer Radialbohrung
der Transportrolle ab. Diese Radialbohrung ist eine Gewindebohrung,
in die später
eine Befestigungsschraube zur Befestigung der Transportrolle an
der Welle eingeschraubt wird.
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Weiter
ist im Spanndorn eine Betätigungseinrichtung
vorgesehen, um den Druckbolzen mit vorgegebener Druckkraft radial
nach außen
zu drücken.
Die Betätigungsvorrichtung
kann von einer Steuerung der Maschine automatisch betätigt werden,
so daß der
gesamte Fertigungsvorgang voll automatisiert ablaufen kann.
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Vorzugsweise
ist die Spitze des Druckbolzens in Form einer Kugelkalotte ausgebildet.
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Weiter
hat die Spannvorrichtung einen axialen Anschlag für die Transportrolle,
wobei die Achse des Druckbolzens so weit gegenüber dem Anschlag versetzt ist,
daß bei
Anliegen der Transportrolle an dem Anschlag der Druckbolzen in Achsrichtung
außermittig
angreift und damit ein Verkanten bewirkt.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang
mit der Zeichnung ausführlicher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Schnittansicht einer fertigen Transportrolle, wenn sie auf einer
Welle befestigt ist;
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2 einen
Schnitt eines Spanndornes nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt
eine Transportrolle 1, die im wesentlichen die Form eines
Hohlzylinders hat und die auf einer Welle 10 befestigt
ist. Dabei ist vor allem wichtig, daß die äußere Mantelfläche 2 der
Transportrolle innerhalb sehr enger Toleranzen maßgenau ist und über ihre
gesamte axiale Länge
einen konstanten Außendurchmesser
Da hat, wobei die Mantelfläche 2 über die
gesamte axiale Länge
auch parallel zur Welle liegen soll, d.h. die Transportrolle 1 darf
gegenüber
der Welle 10 nicht verkantet sein.
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In
gleicher Weise sollen Stirnflächen 3 und 4 der
Transportrolle 1 exakt senkrecht zur Mittelachse der Welle 10 ausgerichtet
sein, damit im Übergangsbereich
zwischen der Mantelfläche 2 und
den Stirnflächen 3 bzw. 4 die
dort vorhandene Kante bzw. der dort vorhandene Radius 5 bzw. 6 nicht
in das Papier einschneidet.
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Der
Innendurchmesser einer Bohrung 7 der Transportrolle 1 ist
mit einer Passung an den Durchmesser der Welle 10 angepaßt. Die
Transportrolle hat eine in Bezug auf ihre Axialrichtung asymmetrisch
angeordnete radiale Gewindebohrung 8, in die zur Befestigung
der Transportrolle 1 an der Welle 10 eine Schraube
(nicht dargestellt) eingeschraubt wird, die sich auf der Welle 10 abstützt. Je
nach Kraft, mit der die Schraube eingedreht wird, verformt sich
die Transportrolle und kann auch gegenüber der Welle verkanten, d.h.
die Mittelachse der Welle und die der Transportrolle können dann
unter einem Winkel zueinanderstehen. Wenn auch die Verformung bzw.
der Verkantungswinkel sehr klein sind, so reicht dies aber schon
aus, daß die
erforderlichen, sehr engen Toleranzen nicht mehr eingehalten werden
und die Funktionssicherheit im eingebauten Zustand zu beeinträchtigen.
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Die
Erfindung sieht daher vor, daß die
Transportrolle sozusagen unter simulierten Einsatzbedingungen gefertigt
wird und insbesondere die kritischen Flächen, wie die Mantelfläche 2 und
die Stirnflächen 3 und 4,
dann bearbeitet, wie z.B. abgedreht, geschliffen oder ähnliches
werden, wobei die Transportrolle dann in gleicher Weise verspannt ist,
wie im späteren
Einsatz.
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Hierzu
ist ein spezieller Spannkopf vorgesehen, der in 2 dargestellt
ist. Dieser Spannkopf hat einen Königdorn 11, dessen
Durchmesser dem Durchmesser der Welle 10 entspricht. Über den
Königdorn 11 ist
ein Anlagering 12 geschoben, der als axialer Anschlag für die Stirnfläche 4 der
Transportrolle dient. Dieser Anlagering 12 ist über Schrauben 13 an
einer Adapterscheibe 14 befestigt, die ihrerseits ebenfalls über den
Königdorn 11 geschoben
ist und mit Schrauben 15 an einem Zwischenflansch 16 befestigt
ist, der seinerseits drehfest mit einer Spindel 17 der
Werkzeugmaschine verbunden ist.
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Im
Inneren der Spindel ist ein axial verschieblicher Spannkolben 18 gelagert,
der sich bis in den Königdorn 11 erstreckt
und der mit einem radial verschieblichen Druckbolzen 19 zusammenarbeitet, der
im Königdorn 11 verschieblich
angeordnet ist. Der Spannkolben 18 und der Druckbolzen 19 berühren einander über eine
Schräge 21,
die als schiefe Ebene wirkt. Der Druckbolzen 19 kann auch
durch das Medium Öl
ersetzt werden Wird der Spannkolben 18 in Richtung zum
Königdorn 11 vorgeschoben,
so gleitet seine Schräge
an der Schräge
des Druckbolzens, der damit radial nach außen bewegt wird. Der Spannkolben 18 kann
dann mit seiner Spitze in ein Sackloch 22 eindringen.
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Die
Transportrolle 1 ist bei diesem Vorgang sowohl in Achsrichtung
als auch in Drehrichtung so ausgerichtet, daß die Gewindebohrung 8 mit
der Achse des Druckbolzens 19 fluchtet. Die Spitze 20 des Druckbolzens
ist hier kugelkalottenförmig
ausgebildet und stützt
sich am Rand der Gewindebohrung 8 der Transportrolle 1 ab. Über den
Druckbolzen 19 kann dann eine Kraft auf die Transportrolle 1 ausgeübt werden, die der späteren Spannkraft durch die (nicht
dargestellte) Schraube in der Gewindebohrung 8 auf die
Welle 10 ausgeübt
wird. Von wesentlichem Vorteil ist die Tatsache, daß der Druckbolzen 19 über die
Steuerung der Werkzeugmaschine betätigt werden kann, womit eine
voll automatische Fertigung der Transportrollen möglich ist.
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Nachfolgend
wird das vollständige
Verfahren für
die Herstellung der Transportrollen auf einer CNC-Gegenspindeldrehmaschine
mit Stangenlader beschrieben. An der Hauptspindel werden folgende Fertigungsschritte
durchgeführt:
- – Materialzuführung (Stangenmaterial);
- – Plandrehen
erste Seite (z.B. Stirnfläche 4 in 1);
- – Bohren
und Ausdrehen der Bohrung 7 als Innenpassung mit einer
Passungsgüte
von beispielsweise H7;
- – Freidrehung
der ersten Stirnfläche
(z.B. 4 in 1) mit einer geringen Tiefe
von beispielsweise 0,5 mm als Anschlagfläche am Anlagering 12 der 2;
- – Vorstechen
von Einstichen bei entsprechenden Ausführungen von Transportrollen;
und
- – Bohren
und Gewindeschneiden der Gewindebohrung 8 mit einem Gewinde
von beispielsweise M8.
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Anschließend erfolgt
eine Übergabe
der Transportrolle von der Haupt- an die Gegenspindel. Dabei ist
die Hauptspindel mit dem vorbearbeiteten Teil positioniert orientiert,
d.h. die Winkellage der Gewindebohrung 8 ist eindeutig
definiert. Ebenso ist die Gegenspindel, d.h. der Königdorn,
positioniert und ebenfalls orientiert, d.h. die Lage des Druckbolzens 19 ist
definiert und stimmt mit der Winkellage der Gewindebohrung 8 am
vorbearbeiteten Werkstück
an der Hauptspindel exakt überein.
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Die
Gegenspindel mit dem Spanndorn fährt zur Übernahme
des Teils zur Hauptspindel. Hierbei fährt der Königdorn 11 in die
Innenpassung (7) der vorbearbeiteten Transportrolle. Der
Spannvorgang wird über
einen Maschinenbefehl ausgelöst,
auf den hin der Druckbolzen 19 in Richtung auf die Gewindebohrung 8 verschoben
wird und die nötige
Spannkraft zur Weiterbearbeitung der Transportrollen unter Simulation
des Einbauzustandes erzeugt. Anschließend wird die Transportrolle
von der durch die Hauptspindel zugeführten Stange abgestochen und
die Gegenspindel fährt
in die Bearbeitungslage zurück.
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An
der Gegenspindel werden dann folgende Arbeitsschritte durchgeführt:
- – Freidrehung
von ca. 0,5 mm Tiefe auf der zweiten Stirnfläche, d.h. der Stirnfläche 3 in 1;
- – Überdrehen
der Außenkontur
(Mantelfläche 2) in
der bereits beschriebenen simulierten Montagelage und der beiden
Stirnflächen 3 und 4 einschließlich der
Radien 5 und 6;
- – Fertigdrehen
des bzw. der Einstiche an der Mantelfläche, sofern bei der jeweiligen
Ausführung von
Transportrollen ein solcher Einstich benötigt wird (in 1 ist
ein solcher Einstich nicht dargestellt).
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Mit
dem Fertigungsverfahren nach der Erfindung erhält man kurz zusammengefaßt die Möglichkeit,
Transportrollen vollautomatisch mit höchster Präzision zu fertigen unter Berücksichtigung
von Verformungen und Verkantungsfehlern in der endgültigen Einbaulage
der Transportrolle. Man erhält
eine erhöhte
Prozeßsicherheit,
da die gesamte Außenkontur
mit einem Werkzeug überdreht
wird, so daß keine
scharfkantigen Bereiche im Übergang
vom Radius (5, 6) zum Außendurchmesser entstehen.