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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Richten oder Verformen
eines Werkstückes,
insbesondere einer Welle, nach den Merkmalen im Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
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Durch
die
DE 34 45 544 C2 ist
eine Vorrichtung zum Richten von Werkstücken z. B. von Wellen oder
dgl., offenbart, durch die der Bewegungsvorgang zeitlich eingegrenzt
ist, und zwar zwischen dem Beginn und das Ende der Bewegung des
Stempels.
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Innerhalb
dieses Zeitintervalls werden durch das Messwerk sämtliche
Erschütterungen
innerhalb des Werkstückes
gemessen. Durch die entsprechende Kurvenauftragung dieser Erschütterungen
durch das Messwerk kann anschließend herausgefunden werden,
ob innerhalb dieser Zeitspanne Spannungsrisse oder sonstige Beschädigung im
Gefüge
des Werkstückes
aufgetreten sind.
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Als
nachteilig bei dieser Vorrichtung hat sich herausgestellt, dass
das Zeitintervall zwischen dem Anfang und dem Ende jeder Bewegung
des Stempels derart lange bemessen ist, dass oftmals auch anderweitige
Erschütterungen,
die nicht in unmittelbarem Zusammenhang mit Spannungsrissen oder sonstigen
Beschädigungen
des Gefüges
des Werkstückes
stehen, ermittelt werden. Solche Fehlmessungen führen jedoch dazu, dass die
einzelnen bereits gerichteten Werkstücke einer nochmaligen eingehenden
Prüfung
zu unterziehen sind, um festzustellen, ob tatsächlich Spannungsrisse oder
andersartige Beschädigungen
im Gefüge
des Werkstückes aufgetreten
sind. Solche Nachuntersuchungen sind jedoch äußerst zeitaufwendig und teuer,
denn diese verzögern
die Auslieferung von bereits fertig hergestellten Werkstücken. Darüber hinaus
sind die Werkstücke
durch aufwendige Untersuchungsmethoden, bspw. Fluxen, Pentetrieren
oder Schliffbilder, auf Spannungsrisse zu durchleuchten.
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Ferner
hat sich gezeigt, dass es bei der indirekten Erfassung des Körperschalls
am Richtstempel, am Druckstück
oder an der Richtauflage mit einer zusätzlichen Signaldämpfung zu
rechnen ist.
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Darüber hinaus
ist die Ausbreitung des Körperschalls
abhängig
von der Struktur des Materials durch die die Schallwellen geleitet
werden und es ist mit Interferenzen der Körperschallwellen zu rechnen. Somit
ist es möglich,
dass in Abhängigkeit
von der Sensorposition an Messstellen messen wird, an denen unterschiedliche
Signalübertragungen
stattfinden. Es ist also möglich,
dass je nach Entstehungsort des Risses auf dem Werkstück, die
am Beschleunigungsmesswerk ankommenden Schallsignale, aufgrund von
Signaldämpfung
und Interferenzen, ein zu kleines Eingangssignal hervorrufen und
somit kein Riss detektiert wird. Solche Fehlmessungen führen dazu,
dass einzelne bereits gerichtete Werkstücke Richtrisse aufweisen, die
durch das bisherige Messsystem nicht erkannt werden.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Gattung derart weiterzubilden, dass das Zeitintervall, in dem tatsächlich Spannungsrisse
oder sonstige Beschädigungen
unmittelbar im Gefüge
des zu richtenden Werkstückes auftreten,
derart klein bemessen ist, dass ausschließlich die innerhalb dieses
Zeitintervalls gemessenen Erschütterungen
berücksichtigt
werden. Darüber
hinaus soll der von Spannungsrissen im Gefüge zurückgelegte Schallweg möglichst
gering bemessen sein.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Es
ist besonders zweckmäßig, wenn
dem Stempel oder der Hubeinrichtung ein Kraftsensor, also ein Spannungsmesssignalgeber,
zugeordnet wird, durch den unmittelbar messbar ist, wann der Stempel
auf das zu richtende bzw. zu formende Werkstück einwirkt und wann diese
Krafteinwirkung auf das Werkstück
beendet ist. Durch den Kraftsensor werden also Signale erzeugt,
durch die ein Zeitintervall festgelegt ist, innerhalb denen der
Stempel auf das Werkstück
eine zum Richten bzw. Verformen notwendige Kraft aufbringt. Innerhalb
des jeweiligen Zeitintervalls können
Spannungsrisse im Gefüge
des Werkstückes
entstehen, die unmittelbar auf den Richt- bzw. Verformungsvorgang, der von dem
Stempel ausgeführt
wurde, zurückgehen.
Derartige Beschädigungen
im Gefüge
des Werkstückes
sind jedoch unbedingt zu beachten, um die Auslieferung solcher möglicherweise
fehlerhaften Werkstücke
zu vermeiden. Vielmehr sind solche Werkstücke als Ausschussware zu betrachten
bzw. einer exakten Untersuchung zu unterziehen.
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Durch
die Begrenzung des Zeitintervalls auf den tatsächlichen Bearbeitungsvorgang
der Stempel auf das jeweilige Werkstück wird gewährleistet, dass außerhalb
dieses Zeitintervalls auftretende und gemessene Schwingungen und
sonstige Einflüsse
nicht berücksichtigt
werden müssen,
denn diese haben andere Ursachen und führen nicht dazu, dass das Gefüge des Werkstückes durch
den Bearbeitungsvorgang des Stempels beschädigt worden ist.
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Ein
Großteil
der Signaldämpfung
des Körperschalls
resultiert aus der unzureichenden Signalübertragung an den Koppelstellen,
wie z.B. Werkstück/Druckstück, Druckstück/Richthammer
oder Richthammer/Sensor. Um eine bessere Signalempfindlichkeit des
Körperschallsignals
zu erhalten, wird mit einem Beschleunigungsmesswerk unmittelbar
an dem zu richtenden Werkstück
gemessen. Somit reduzieren sich die Anzahl der Koppelstellen, die
der Körperschall
von seinem Entstehungsort, nämlich dem
Riss in dem Gefüge
des Werkstückes
bis zum Beschleunigungsmesswerk, durchläuft. Es wird somit gewährleistet,
dass Körperschallsignale
die durch den Richtriss im Werkstück entstehen, einen möglichst
gering bemessenen Weg bis zum Beschleunigungsmesswerk zurücklegen.
Zur Anbringung des Beschleunigungsmesswerkes eignen sich hierbei
die Messtaster der Wegsensoren
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In
der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt,
das nachfolgend näher
erläutert
wird. Im Einzelnen zeigt:
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1 eine
Vorrichtung zum Richten einer zwischen zwei Auflagern abgestützten Welle
mit einer auf die Welle einwirkenden und von einer Hubrichtung angetriebenen
Stempel, in Seitenansicht,
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2 zwei
Schaubilder eines Messvorganges, in denen in der Welle gemessene
Spannungsverläufe
aufgezeichnete sind, innerhalb eines tatsächlichen Bearbeitungsvorganges
der Stempel gem. 1 und
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3 ein
Schaltbild der Vorrichtung gemäß 1 zur
Auswertung der an der Vorrichtung 1 gem. 1 angebrachten
Kraftsensoren.
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Aus 1 ist
eine Vorrichtung 1 zum Richten oder Verformen von Werkstücken 2,
insbesondere von Wellen, zu entnehmen, die aus einer Hubeinrichtung 3 besteht.
Die Hubeinrichtung 3 weist einen Stempel 4 und
ein an diesem angebrachten Druckstück 14 auf, die beide
in Richtung des Werkstückes 2 durch
die Hubeinrichtung 3 beweglich zustellbar sind und auf
das Werkstück 2 gemeinsam
derart einwirken, dass dieses mit einer Richtkraft beaufschlagt ist.
Das Werkstück 2 ist
dabei zwischen zwei Auflagern 5 und 6 gehalten.
Gegebenenfalls können
an den beiden freien Enden des Werkstückes 2 Spannbacken 8 und 9 vorgesehen
sein, um das Werkstück 2 exakt
positionsgenau zu fixieren. Des Weiteren ist eines der beiden Auflager 5 und 6 trieblich
mit dem Werkstück 2 verbunden,
um dieses um dessen Längsachse
zu drehen.
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Die
Krümmung
des Werkstückes 2,
bedingt durch den Härtevorgang,
wird durch einen Wegesensor 7, der fluchtend zu der Hubeinrichtung 3 angeordnet
ist, ermittelt. Die Durchbiegung des Werkstückes 2 ist somit durch
den Wegesensor 7 bestimmbar, so dass die Krümmung und
damit die Exzentrizität
des Werkstückes 2 über dessen
Längsachse
ermittelbar ist. Folglich kann der Stempel 4 mit seinem
Druckstück 14 der
Hubeinrichtung 3 an der Position des Werkstückes 2 aufgesetzt
werden, um dieses zu richten, an dem diese Bearbeitung notwendig
ist.
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Das
Beschleunigungsmesswerk 11' als
Bestandteil der Messeinrichtung 11 wird unmittelbar an den
Messtaster des Wegsensor 7 angebracht.. Dieser wird dabei
derart ausgestaltet, dass zum einen die Krümmung des Werkstückes 2 gemessen
wird, als auch während
des Richtvorgangs die Beschleunigungsmessung unmittelbar an dem
Werkstück 2 vorgenommen
werden kann. Somit entfällt
die Umrüstung
des Beschleunigungsmesswerkes 11 gegenüber der Applikation am Druckstück, da diese
werkstückspezifisch
gefertigt ist. Es ist ferner auch denkbar, jeden Messtaster der
Wegsensoren 7 mit einem Beschleunigungsmesswerk 11 auszurüsten. Durch eine
mehrkanalige Datenauswertung können
somit Risse mit höherer
Wahrscheinlichkeit erkannt werden. Des Weiteren können durch
eine mehrkanalige Datenauswertung durch die Messungen der einzelnen
Schalllaufzeiten, die Bereiche am Werkstück 2 angegeben werden,
an denen die Risse aufgetreten sind.
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Aus 2 ist
ersichtlich, dass ein in der 1 mit der
Bezugsziffer 11 versehene Messeinrichtung der Vorrichtung 1 zugeordnet
ist. Durch die gemäß des ersten Schaubildes
der Anfang und das Ende der Bewegungen des Stempels 4 durch
die Hubeinrichtung 3 ermittelt und von einer nicht näher dargestellten
elektronischen Steuerung betätigt
wird. Die Messeinrichtung 11 ist als Wegsensor, Drucksensor,
Lichtschranke ausgebildet oder als Start-Stopp-Signal in einem Software-Programm
integriert und misst demnach den Weg des Stempels 4. Dem
Stempel 4 oder an dem Druckstück 14 ist ein Kraftsensor 12 befestigt.
Ein Spannungs- oder Richtriss kann erst während des Aufbringens einer
erforderlichen Richtkraft entstehen, wenn die zur Verformung erforderliche
Richtkraft eingeleitet wird.
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In 2 ist
ein Schaubild dargestellt, indem die zeitlichen Abläufe der
gemessenen Signale dargestellt sind. Das Zeitintervall mit den Grenzen
T1 und T4, beschreibt das Start und Stopp Signal welches die elektronische
Steuerung der Richtpresse ausgibt. Diese Signale werden entweder
von der elektronischen Steuerung der Richtpresse ausgegeben, wie
es an Richtautomaten üblich
ist, oder müssen über Näherungsschalter
oder Druckschalter generiert werden.
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Risssignale
die mit der Messeinrichtung 11 erfasst werden, können durch
stoßartige
Vorgänge entstehen.
Dies kann durch Klopfen am Sensor hervorgerufen werden. Es ist möglich, dass
Klopfgeräusche
in der Sensor nahen Umgebung, Risse produzieren, wenn sie in den
Intervallen T1 und T4 erfolgen. Dies kann zum Beispiel durch manuelles
Beladen der Werkstücke 2 auf
das Transportband, geschehen.
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Derartige
Spannungsverläufe
sind beispielhaft in dem ersten Schaubild der 2 dargestellt und
solche Erschütterungen,
Schwingungen oder dgl. können
durch die Messeinrichtung 11 unabhängig davon bestimmt werden,
ob diese einen mechanischen Einfluss auf das Werkstück 2 ausüben oder nicht,
also ob diese unmittelbar durch die Krafteinwirkung, die die Stempel 4 auf
das Werkstück 2 ausüben, hervorgerufen
sind oder nicht.
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Um
die zeitlichen Grenzen zu verringern, innerhalb der solche Schwingungen
gemessen und berücksichtigt
werden müssen,
ist der Messeinrichtung 11 ein Kraftsensor 12 zugeordnet,
der sowohl an der Hubeinrichtung 3, an dem Stempel 4,
an dem Druckstück 14 oder
an einem oder beiden der Auflagern 5 oder 6 gemäß 1 angebracht
ist. Durch den Kraftsensor 12 wird durch das zweite Schaubild
der 2 ein Zeitintervall mit den Grenzen T2 und T3
ermittelt, die innerhalb der Grenzen des ersten Zeitintervalls T1
und T4 liegen, denn durch den Kraftsensor 12 wird exakt
der Zeitpunkt erfasst, zu dem der Stempel 4 auf das Werkstück 2 mit
einer bestimmten Zustellkraft einwirkt und das Ende der Krafteinwirkzeit
des Stempels 4 auf das Werkstück 2. Folglich sind
die zeitlichen Grenzen T2 und T3 wesentlich kleiner bemessen als
die Grenzen des Zeitintervalls T1 und T4, die nämlich den Anfang und das Ende
der Zustellbewegung des Stempels 4 angeben.
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Des
Weiteren ist im zweiten Schaubild der 2 gezeigt,
dass drei Signale durch die Messeinrichtung 11 erfasst
wurden. Wenn die Störeinflüsse in dem
Zeitintervall mit den Grenzen T1 und T4 liegen, aber nicht in dem
Zeitintervall mit den Grenzen T2 und T3 sind diese nicht zu berücksichtigen.
Dies bedeutet, dass durch die Auswertung des zweiten Schaubildes
der 2 erkennbar ist, dass die Krafteinwirkung des
Stempels 4 auf das Werkstück 2 lediglich einen
Spannungsausschlag herbeiführen konnte.
Die außerhalb
des Zeitintervalls T2 und T3 vorhandenen Störverläufe gehen auf andere Störfaktoren,
beispielsweise Schwingungen unmittelbar im Bereich der Vorrichtung 1,
zurück.
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Die
außerhalb
der Grenzen T2 und T3 liegenden Spannungsmesswerte beziehen sich
daher nicht auf Spannungen innerhalb des Gefüges des Werkstückes 2,
denn in dem Zeitintervall außerhalb der
Grenzen T2 und T3 hat der Stempel 4 nicht mit der erforderlichen
Kraft auf das Werkstück 2 eingewirkt.
Ohne eine entsprechende Richtkraft durch die Stempel 4 können jedoch
auch keinerlei Spannungsrisse oder sonstige Beschädigungen
im Gefüge
des Werkstückes 2 entstehen.
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In 3 ist
schematisch ein Schaltbild für den
Betrieb der Vorrichtung 1 dargestellt. Dabei ist der Vorrichtung 1 eine
elektronische Auswerteeinheit 13, beispielsweise ein Mikroprozessor,
zugeordnet. Die Messeinrichtung 11 und der Kraftsensor 12 liefern
Messdaten, die an die Auswerteeinheit 13 weitergeleitet
werden. Durch die Auswerteeinheit 13 kann demnach nicht
nur bestimmt werden, ob der Richtvorgang für das Werkstück 2 ausreichend durchgeführt wurde,
an welcher Stelle und Position und mit welcher Kraft der Richtvorgang
vorzunehmen ist, sondern auch ob während der Krafteinwirkung, also
zwischen den Zeitintervallen mit den Grenzen T2 und T3 durch die
Stempel 4 eine Beschädigung
im Gefüge
des Werkstückes 2 hervorgerufen
wurde. Durch die Auswerteeinheit 13 werden nämlich die
in 2 dargestellten Schaubilder errechnet, so dass durch
das Bedienpersonal ersichtlich ist, ob innerhalb der zeitlichen
Grenzen des Richtvorganges Spannungsverläufe im Gefüge des Werkstückes 2 aufgetreten
sind und ob diese unmittelbar auf die von dem Stempel 4 aufgebrachte
Richtkraft zurückgeht.