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Die
Erfindung betrifft eine Auswuchtmaschine mit einer drehend antreibbaren
Messspindel, deren Schwingungen zur Unwuchtmessung von Messaufnehmern
erfasst wird, einer auf der Messspindel angeordneten Aufnahmevorrichtung,
durch die ein auszuwuchtendes Werkstück in zentrierter Ausrichtung
starr mit der Messspindel verbindbar ist, und einer Spannvorrichtung
zum Festspannen des Werkstücks
bei der Bearbeitung zum Unwuchtausgleich.
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Beim
Auswuchten erfolgt der Unwuchtausgleich in vielen Fällen durch
Abtrag von Material an äußeren Bereichen
des auszuwuchtenden Werkstücks.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Werkstück für den Materialabtrag eingespannt
werden kann, damit ein vorbestimmter Materialabtrag positionsgenau möglich ist
und die auf das Werkstück
einwirkenden Bearbeitungskräfte
abgestützt
werden können.
Sollen Unwuchtmessung und Unwuchtausgleich mit einer Aufnahme des
Werkstücks
durchgeführt
werden, so kollidiert diese Forderung mit der Notwendigkeit, das
Werkstück
für die
Unwuchtmessung genau positioniert und fest mit der schwingfähig gelagerten Messspindel
zu verbinden.
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Um
das Werkstück
sofort nach Beendigung des Messlaufs noch in der Auswuchtmaschinenlagerung
zum Ausgleich der Unwucht bearbeiten zu können, ist aus
DE-AS-1 270 926 eine Auswuchtmaschine
mit einer beistellbaren Bearbeitungsvorrichtung mit Gegenhalter
bekannt, der einen in sich geschlossenen Kraftschluss beim Bearbeitungsvorgang
herbeiführt.
Der Gegenhalter soll die Werkstückaufnahme
oder das Werkstück
während
des Bearbeitungsvorgangs so stützen,
dass die empfindliche schwingfähige
Werkstücklagerung
in der Auswuchtmaschine nicht leidet. Für das Beistellen der Bearbeitungsvorrichtung
ist es bei der bekannten Vorrichtung erforderlich, das Bearbeitungswerkzeug
und den Gegenhalter derart mit einem gemeinsamen Antrieb zu versehen,
dass sie gewichtslos höhenverstellbar
sind, so dass das Bearbeitungswerkzeug und der Gegenhalter das auszuwuchtende
Werkstück
gleichzeitig berühren
und die Werkstücklagerung
nicht belasten. Diese Ausführung
erfordert aber einen entsprechend großen Bauaufwand.
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Es
ist weiterhin aus
DE
21 23 505 A1 eine Auswuchtmaschine mit einer das Werkstück tragenden
Spindel bekannt, wobei die Spindel in einer hydrostatischen Lagerung
radial bewegbar gelagert ist und zur Feststellung der Unwucht die
durch die Unwucht hervorgerufene Verlagerung der Spindel innerhalb
ihrer Lagerung und die Unwuchtwinkellage gemessen werden. Zum Unwuchtausgleich
kann die Spindel in der hydrostatischen Lagerung festgespannt werden.
Hierzu weisen Spindel und Lagerung zusammenwirkende konische Abschnitte
auf, und die Spindel kann durch eine Verschiebeeinrichtung axial so
weit verschoben werden, bis die konischen Abschnitte fest ineinander
greifen und dadurch die Spindel in ihrer Lagerung unverrückbar festhalten.
Eine solche Gestaltung eignet sich nicht für Auswuchtmaschinen, bei denen
nicht die Messspindel selbst sondern ihre Lagerung schwingfähig abgestützt ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auswuchtmaschine der
eingangs genannten Art zu schaffen, die zum Messen und Ausgleichen
des Werkstücks
nur eine Werkstückaufnahme
aufweist und die eine sichere Abstützung des Werkstücks bei der
Bearbeitung zum Unwuchtausgleich ermöglicht. Die Auswuchtmaschine
soll weiterhin einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.
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Die
Aufgabe wird durch eine Auswuchtmaschine mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Auswuchtmaschine sind in Unteransprüchen angegeben.
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Nach
der Erfindung ist der Aufnahmevorrichtung ein Bearbeitungstisch
benachbart, auf dem das in der Aufnahmevorrichtung aufgenommene
Werkstück
mittels einer Spannvorrichtung durch axiale Verlagerung festspannbar
ist, wobei zwi schen der Aufnahmevorrichtung und der Messspindel
eine Kupplung angeordnet ist, die durch die Kraft einer Feder in
einer ersten Stellung gehalten wird, in der die Aufnahmevorrichtung
starr mit der Messspindel verbunden ist und die durch axiale Verlagerung
der Aufnahmevorrichtung unter Überwindung
der Federkraft in eine zweite Stellung bewegbar ist, in der die
Aufnahmevorrichtung federnd nachgiebig an der Messspindel abgestützt ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Auswuchtmaschine
wird das Werkstück
bei der Bearbeitung zum Unwuchtausgleich durch geringe axiale Verlagerung gegen
einen maschinenfesten Bearbeitungstisch gespannt. Hierdurch ist
eine sichere und positionsgenaue Fixierung des Werkstücks für den Ausgleichsvorgang
gewährleistet.
Eine Verspannung oder zu starke Belastung der empfindlich gelagerten
Messspindel wird beim Festspannen des Werkstücks durch eine Kupplung vermieden,
die eine axiale Verlagerung der das Werkstück haltenden Aufnahmevorrichtung
gegenüber
der Messspindel erlaubt, hierbei die starre Verbindung zwischen
Aufnahmevorrichtung und Messspindel löst und stattdessen die Aufnahmevorrichtung
nachgiebig an der Messspindel abstützt. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung
werden somit ungünstige
Belastungen der Messspindel und ihrer Lagerung vermieden. Die Erfindung
hat weiterhin den Vorteil, dass beliebige Messspindellagerungen
verwendet werden können, die
Anwendung also nicht auf eine bestimmte Lagerausführung beschränkt ist.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist die Kupplung ein mit
einem Innenkonus versehenes Kupplungsaußenteil und ein mit einem Außenkonus
versehenes Kupplungsinnenteil auf, die durch eine in axialer Richtung
wirkende Kupplungsfeder mit ihren Konusflächen aneinander andruckbar sind.
Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass mit Hilfe der Konusflächen eine
sehr genaue Zentrierung der Aufnahmevorrichtung gegenüber der
Messspindel erreichbar ist und dass eine geringe axiale Federkraft genügt, um eine
ausreichend starre Verbindung zwischen der Aufnahmevorrichtung und
der Messspindel mit Hilfe der Kupplung zu erreichen. Werden die Konusflächen durch
das Aufspannen des Werkstücks
voneinander getrennt, so findet auch in radialer Richtung eine Trennung
zwischen dem Kupplungsaußenteil
und dem Kupplungsinnenteil statt, so dass die Messspindel auch in
radialer Richtung von dem aufgespannten Werkstück getrennt ist.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ein
Kupplungsinnenteil durch ringförmige
Blattfederelemente federnd nachgiebig mit einem Kupplungsaußenteil
verbunden sein, wobei das Kupplungsinnenteil und das Kupplungsaußenteil
sich radial erstreckende Anlageflächen haben, die einander gegenüberliegen
und durch die axiale Vorspannung der Blattfederelemente aneinander andruckbar
sind. Beim Spannen des Werkstücks werden
die Blattfederelemente entgegen ihrer Vorspannung geringfügig verformt
und dadurch die Anlageflächen
voneinander getrennt. Die Blattfederelemente sind in radialer Richtung
sehr steif und sorgen dadurch für
eine genaue und unnachgiebige koaxiale Ausrichtung der Aufnahmevorrichtung
zur Messspindel der Auswuchtmaschine. In Achsrichtung der Messspindel
sind die Federelemente nachgiebig, so dass das Werkstück gemeinsam
mit der Aufnahmevorrichtung in Achsrichtung verschoben und auf den Bearbeitungstisch
gespannt werden kann.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann vorgesehen sein, dass
die Kupplung die Aufnahmevorrichtung permanent drehfest mit der Messspindel
verbindet. Dies ist vorteilhaft, wenn die Unwuchtwinkellage an der
Messspindel erfasst und mit Hilfe des Antriebs der Messspindel in
die vorgesehene Bearbeitungsposition für den Unwuchtausgleich gedreht
wird. Durch die drehfeste Kupplung können Fehler bei der Einstellung
der Unwuchtwinkellage vermieden oder zumindest erfasst werden. Eine
drehfeste Verbindung zwischen dem Kupplungsinnenteil und dem Kupplungsaußenteil
kann beispielsweise mit Hilfe der Blattfederelemente oder durch
formschlüssig
ineinandergreifende und axial gegeneinander verschiebbare Elemente
nach Art einer Nut-Feder-Verbindung erreicht werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die
in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen
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1 eine
erste Ausführungsform
der Mittel zum Aufnehmen und Spannen eines Werkstücks einer
Auswuchtmaschine nach der Erfindung und
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2 eine
zweite Ausführungsform
der Mittel zum Aufnehmen und Spannen eines Werkstücks einer
Auswuchtmaschine nach der Erfindung.
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1 zeigt
von einer Auswuchtmaschine das obere Ende einer vertikal angeordneten
Messspindel 1 mit daran befestigtem Trägerflansch 2. Der Trägerflansch 2 trägt eine
Kupplung 3, die eine Aufnahmevorrichtung 4 zur
Aufnahme eines Werkstücks 5 in
Form einer Bremsscheibe mit der Messspindel 1 verbindet.
Die Kupplung 3 ist von einem Bearbeitungstisch 6 mit
mehreren Auflageflächen 7 für das Werkstück 5 umgeben.
Der Bearbeitungstisch 6 kann als drehend antreibbarer Rundtisch
ausgebildet sein, der die Vorschubbewegung beim Bearbeiten des Werkstücks ausführt. An
dem Bearbeitungstisch 6 ist eine schwenkbare Spannvorrichtung 8 angebracht, mit
der das Werkstück 5 an
die Auflageflächen 7 des Bearbeitungstisches 6 angedrückt und
festgespannt werden kann, um für
den Unwuchtausgleich, beispielsweise durch Fräsen, Material von dem Werkstück 5 abtragen
zu können.
Eine Vorrichtung für
die Durchführung
des Materialabtrags ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Die
Kupplung 3 weist ein topfförmiges Kupplungsaußenteil 10 und
ein in dieses eingreifendes Kupplungsinnenteil 11 auf.
Das Kupplungsaußenteil 10 ist
aus einer kreisförmigen
Bodenplatte 12 und einer Hülse 13 zusammengesetzt
und beide Teile sind gemeinsam durch Schrauben mit dem Trägerflansch 2 verbunden.
Zur Zentrierung greift die Bodenplatte 12 mit einer Schulter
in die Hülse 13 und
mit einem Ringbund 14 in eine Zentrierausnehmung des Trägerflanschs 2 ein.
Auf ihrer Innenseite ist die Hülse 13 mit
einer Kegelfläche 15 versehen,
deren Durchmesser in Richtung auf die Bodenplatte 12 zunimmt.
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Das
Kupplungsinnenteil 11 besteht aus einer kegelstumpfförmigen Hülse 16,
einem in die Hülse 16 eingesetzten
Bodenteil 17 und einem an dem Ende kleineren Durchmessers
der Hülse 16 befestigten Flansch 18.
Die Hülse 16 ist
in der Hülse 13 angeordnet
und wird mit ihrer kegelstumpfförmigen
Mantelfläche
von einer Tellerfeder 19 an die Kegelfläche 15 der Hülse 13 angedrückt. Die
Tellerfeder 19 liegt an dem Bodenteil 17 an und
stützt
sich an einer Gewindehülse 20 ab,
die in die Bodenplatte 12 eingeschraubt ist und durch eine
Kontermutter 21 fixiert ist. Der Flansch 18 des
Kupplungsinnenteils 11 ragt radial nach außen über die
Mantelfläche
der Hülse 13 hinaus.
Sein äußerer Rand
ist durch eine flexible Manschette 22 mit der Mantelfläche der
Hülse 13 verbunden.
Die Manschette 22 verhindert das Eindringen von Schmutz
und Bearbeitungsrückständen in
das Innere der Kupplung 3.
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Das
Kupplungsinnenteil 11 trägt mit seinem Flansch 18 die
Aufnahmevorrichtung 4, die ein Flanschteil 25 mit
einem Spannkonus 26, eine den Spannkonus 26 umgreifende,
geschlitzte Spannhülse 27 und
einen Auflagering 28 für
das Werkstück 5 umfasst.
Die Spannhülse 27 ist
mit einem Betätigungsstößel 29 verbunden,
der sich durch zentrale Bohrungen in dem Flanschteil 25,
der Hülse 16,
dem Bodenteil 17, der Gewindehülse 20 und dem Trägerflansch 2 bis
in eine Bohrung der Messspindel 1 erstreckt. Im Inneren
der Hülse 16 ist
der Betätigungsstößel 29 mit
einem Anschlagbund 30 versehen. Zwischen dem Anschlagbund 30 und
einem flanschseitigen Kopfteil 31 der Hülse 16 ist eine Druckfeder 32 in Form
eines Tellerfedersatzes angeordnet, dessen Federkraft dazu dient,
die Spannhülse 27 in
eine Spannstellung zum Spannen eines aufgenommenen Werkstücks zu bewegen.
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1 zeigt
die Bauelemente der Auswuchtmaschine in einer Stellung, die zum
Messen der Unwucht des von der Aufnahmevorrichtung 4 gehaltenen
Werk stücks 5 geeignet
ist. Das Werkstück 5 ruht auf
dem Auflagering 28 und ist durch die in die Werkstücksbohrung
eingreifende Spannhülse 27 drehfest und
axial unverschiebbar an dem Spannkonus 26 festgespannt.
Die Kraft der Tellerfeder 19 drückt die Mantelfläche der
Hülse 16 gegen
die Kegelfläche
der Hülse 13,
so dass die Kupplung 3 die Aufnahmevorrichtung 4 fest
und unnachgiebig mit der Messspindel 1 verbindet. Die exakte
spitzwinkelige Form der beiden in Eingriff befindlichen Kegelflächen bewirkt
eine genaue koaxiale Ausrichtung der Aufnahmevorrichtung 4 gegenüber der
Messspindel 1 und übertragt das
bei dem Messlauf auftretende Drehmoment. Die hierzu erforderliche
Kraft der Tellerfeder 19 kann vergleichsweise klein bemessen
sein, da aufgrund des spitzen Kegelwinkels die radiale Pressung
zwischen der Mantelfläche
der Hülse 16 und
der Kegelfläche 15 ein
Mehrfaches der die Pressung erzeugenden Axialkraft beträgt. Allerdings
ist bei der Bemessung der Kraft der Tellerfeder 19 auch
das Gewicht der von ihr getragenen Teile, nämlich des Kupplungsinnenteils 11,
der Aufnahmevorrichtung 4 und des Werkstücks 5,
zu berücksichtigen.
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In
der beschriebenen Betriebslage hat das Werkstück 5 einen genügenden Abstand,
beispielsweise in der Größenordnung
von 0,5 mm bis 1 mm, von den Auflageflächen 7 des Bearbeitungstisches 6, damit
es sich beim Messlauf ungehindert drehen kann. Ist der Messlauf
beendet und Größe und Winkellage
einer vorhandenen Unwucht festgestellt, so muss das Werkstück 5 zum
Durchführen
des Unwuchtausgleichs auf dem Bearbeitungstisch 6 festgespannt
werden. Hierzu wird das Werkstück 5 mit Hilfe
der angetriebenen Messspindel 1 in die zum Ausgleich geeignete
Winkellage gedreht und dann mit der über das Werkstück 5 geschwenkten
Spannvorrichtung 8 nach unten bewegt und auf die Auflageflächen 7 des
Bearbeitungstisches 6 gespannt. Mit dem Werkstück 5 werden
zugleich die Aufnahmevorrichtung 4 und das Kupplungsinnenteil 11 nach
unten bewegt, da sie entgegen der Bewegungsrichtung formschlüssig an
dem Werkstück 5 abgestützt sind. Da
sich bei der nach unten gerichteten Bewegung die kegelförmige Hülse 16 des
Kupplungsinnenteils 11 von der Kegelfläche 15 des Kupplungsaußenteils 10 löst, findet
eine Übertragung
der Werkstückspannbewe gung
auf das Kupplungsaußenteil 10 nicht
statt. Vielmehr wird durch die Verlagerung des Kupplungsinnenteils 11 lediglich
die Tellerfeder 19 etwas stärker gespannt, ohne dass dadurch
die Messspindel 1 übermäßig belastet
wird. Zwar erhöht
sich die axiale Belastung der Messspindel 1 um den Anteil der
Federkraft der Tellerfeder 19, der die Kupplungsteile bei
geschlossener Kupplung in Eingriff hält. Dieser Kraftanteil kann
jedoch, wie oben ausgeführt,
relativ klein gehalten werden. Durch die Trennung der Kupplungsteile
beim Spannen des Werkstücks
wird außerdem
die Übertragung
von Radialkräften
und Schwingungen auf die Messspindel während der Bearbeitung des Werkstücks unterbunden.
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Nach
der Durchführung
des Unwuchtausgleichs wird die Spannvorrichtung 8 gelöst, wobei
die Tellerfeder 19 das Werkstück 5, die Aufnahmevorrichtung 4 und
das Kupplungsinnenteil 11 in die Lage zurückbewegt,
in der sie sich bei geschlossener Kupplung 3 befinden.
Um das ausgewuchtete Werkstück 5 zu
entfernen, wird dann der Betätigungsstößel 29 durch
ein in der Messspindel 1 angeordnetes Betätigungselement
gegen die Kraft der Druckfeder 32 angehoben und die Spannhülse 27 dadurch
gelöst.
Anschließend
kann das Werkstück 5 von
der Aufnahmevorrichtung 4 abgenommen werden.
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Das
Be- und Entladen des Werkstücks
kann vorteilhaft auch automatisch erfolgen. 1 zeigt hierzu
eine Be- und Entladeeinrichtung 40 mit einem vertikal bewegbaren
Hubelement 41, an welchem ein ringförmiger Träger 42 befestigt ist,
der sich in horizontaler Richtung erstreckt. Der Träger 42 besteht aus
einem Vierkantrohr und hat einen Innendurchmesser, der größer ist
als der Außendurchmesser
der Aufnahmevorrichtung 4 und des Kupplungsaußenteils 10.
Der Außendurchmesser
des Trägers 42 ist kleiner
als der Innendurchmesser des Bearbeitungstisches 6, so
dass der Träger 42 in
den Ringraum zwischen dem Bearbeitungstisch 6 und der Kupplung 3 hinein
bewegt werden kann. Auf der Unterseite weist der Träger 42 am
inneren und äußeren Rand
Düsenöffnungen 43 auf.
Hierdurch kann mit Hilfe zugeführter
Blasluft beim Be- und Entladen eines Werkstücks die Auflagefläche 7 des
Bearbeitungstisches 6 und die Auflagefläche des Auflagerings 28 von
Schmutz und Bearbeitungsrückständen gereinigt
werden.
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2 zeigt
eine alternative Ausführung
einer eine Aufnahmevorrichtung 64 mit der Messspindel 1 verbindenden
Kupplung 50. Die Kupplung 50 hat ein ringförmiges Kupplungsaußenteil 51,
das aus einem Fußflansch 52,
einem Kopfflansch 53 und einer dazwischenliegenden Hülse 54 gebildet
ist. Der Fußflansch 52 ist
durch Schrauben mit dem Trägerflansch 2 der
Messspindel 1 verbunden. Zwischen dem Fußflansch 52 und
der Hülse 54 ist
ein erstes Federelement 55 angeordnet und zwischen dem Kopfflansch 53 und
der Hülse 54 ist
ein zweites Federelement 56 angeordnet. Die Federelemente 55, 56 bestehen
jeweils aus mehreren, kreisringförmigen,
ebenen Blattfedern gleicher Größe, die
konzentrisch zur Kupplungsachse ausgerichtet aufeinanderliegen und
zwischen der Hülse 54 und
den mit dieser verbundenen Flanschen 52, 53 fest
eingespannt sind. Zur Verbindung der Hülse 54 mit den Flanschen 52, 53 können nicht
dargestellte Schrauben vorgesehen sein, die sich durch achsparallele
Bohrungen in den Flanschen 52, 53 und den Federelementen 55, 56 erstrecken
und in Gewindebohrungen in der Hülse 54 eingreifen.
Weiterhin können
zur Fixierung der genauen Winkelpositionen der einzelnen Blattfedern der
Federelemente in Bohrungen in der Hülse 54 und den Federelementen 55, 56 eingreifende
Passstifte 57 vorgesehen sein.
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In
dem Kupplungsaußenteil 51 befindet
sich ein Kupplungsinnenteil 59, das aus einem Fußteil 60, einem
Kopfteil 61 und einer dazwischenliegenden Hülse 62 zusammengesetzt
ist. Fußteil 60 und
Kopfteil 61 sind wie beim Kupplungsaußenteil 50 durch achsparallele
Schrauben fest mit der Hülse 62 verbunden,
wobei die radial inneren Ränder
der Federelemente 55, 56 jeweils an den Verbindungsstellen zwischen
dem Fußteil 60 bzw.
dem Kopfteil 61 und der Hülse 62 eingespannt
sind. An dem Kopfteil 61 ist ein Flansch 63 befestigt,
der analog zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 eine
Aufnahmevorrichtung 64 zur Aufnahme eines Werkstücks 5 trägt. Die Aufnahmevorrichtung 64 entspricht
in Aufbau und Wirkungsweise im Wesentlichen derjenigen des Ausführungsbeispiels
gemäß 1.
Lediglich der Auflagering 65 ist abweichend gestaltet und
greift weiter außen
an dem Werkstück 5 an.
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In 2 ist
die Kupplung 50 in der geschlossenen Stellung gezeigt,
die für
die Unwuchtmessung bestimmt ist. In dieser Stellung wird das Kupplungsinnenteil 59 mit
einem an dem Kopfteil 61 vorgesehenen, ringförmigen Kragen 66 an
eine nach innen vorspringende Schulter 67 des Kopfflansches 53 mit
einer definierten Federkraft durch die Federelemente 55, 56 angedrückt. Hierdurch
wird das Kupplungsinnenteil 59 starr an dem Kupplungsaußenteil 51 abgestützt, und
im Zusammenwirken mit den in radialer Richtung sehr steifen Federelementen 55, 56 wird
das Kupplungsinnenteil 59 genau koaxial zum Kupplungsaußenteil 51 ausgerichtet.
Damit ist bei geschlossener Kupplung eine koaxiale und auch axial
genau festgelegte Positionierung der Aufnahmevorrichtung 64 und
des von ihr gehaltenen Werkstücks 5 in
Bezug auf die Messspindel 1 gegeben und die Voraussetzungen
für die
Durchführung
einer genauen Unwuchtmessung sind erfüllt.
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Zum
Bearbeiten des Werkstücks 5 für den Unwuchtausgleich
wird das Werkstück 5 wie
bereits oben beschrieben um einen geringen Betrag von beispielsweise
0,5 mm bis 1 mm nach unten in Richtung auf die Messspindel 1 gedrückt und
auf den Bearbeitungstisch 6 gespannt. Bei diesem Vorgang
geben die Federelemente 55, 56 nach und der Kragen 66 hebt
von der Schulter 67 ab. Eine zu starke Belastung der Messspindel 1 und
ihrer Lagerung wird durch die vorgegebene, begrenzte Federkraft
der Federelemente 55, 56 vermieden.