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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach dem nebengeordneten Verfahrensanspruch.
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Stand der Technik
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Propellerflügel von Schiffsantrieben, insbesondere solche, deren Schubrichtung senkrecht zu deren Antriebsdrehachse ausgerichtet ist, werden mit einem Kopf gefertigt, welcher in einem Lager mit einem Dreh-Freiheitsgrad aufgenommen wird. Der Dreh-Freiheitsgrad ermöglicht eine Verstellung des Anstellwinkels des ansonsten eingespannten Flügels durch Rotation des Flügels um seine Längsachse. Zum Bearbeiten des Kopfes des Flügels werden Portalfräsmaschinen eingesetzt. Bei der Bearbeitung des Kopfes geht es darum, eine kreisrunde Kontur zu schaffen, mit welcher der Flügel in dem Dreh-Lager eingespannt werden kann. Dabei kommt es auf höchste Genauigkeit an, da insbesondere bei den oben beispielhaft angesprochenen Antrieben aufgrund der geringen Drehzahlen hohe Kräfte und Momente an der Einspannung des Flügels auftreten. Das Bearbeiten in Portalfräsmaschinen hat den Nachteil, dass es teuer ist.
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Versuche, die Köpfe von Flügeln in preisgünstigeren Horizontal-Drehmaschinen zu bearbeiten, haben sich als nicht praktikabel erwiesen, da die geforderten Genauigkeiten nicht erreicht werden konnten.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen oder anzugeben, mit welchen eine preisgünstige, zuverlässige und genaue Bearbeitung von länglichen Werkstücken, insbesondere von flügelförmigen Werkstücken möglich ist.
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Die Aufgabe wird mit einer Haltevorrichtung nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 9 gelöst.
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Die erfindungsgemässe Haltevorrichtung ist besonders geeignet für flügelförmige Werkstücke, insbesondere für Propellerflügel und hier besonders bevorzugt für Propeller-Flügel eines Schiffsantriebs, dessen Schubrichtung senkrecht auf der Antriebsdrehachse steht. Flügel, die im späteren Betrieb in einem Propeller um ihre Längsachse drehbar angeordnet sind, so dass die Längsachse die Drehachse ist, haben einige Besonderheiten in den mechanischen Eigenschaften. So ist in der Regel der Schwerpunkt, d. h., das Massenträgheitsmoment erster Ordnung, exzentrisch bezüglich der Drehachse. Ausserdem ist bei einer flachen Anordnung des Flügels, d. h., dass der Flügel so angeordnet ist, dass seine Querachse mit minimaler Ausdehnung in vertikaler Richtung ausgerichtet ist, das Flächenträgheitsmoment sehr ungleichmäßig über den Flügel verteilt. So ist in der Nähe der Drehachse das Flächenträgheitsmoment aufgrund der dort grösseren Dicke des Flügels wesentlich grösser als in Richtung des spitz auslaufenden Endes des Flügels. Dieses Ende ist das Ende, das im Betrieb des Flügels stromabwärts gelegen ist. Daher ist bei einem Flügel, insbesondere bei einem Propeller-Flügel die Masse anders verteilt als das Flächenträgheitsmoment. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat erkannt, dass aufgrund dieser Abweichung es dazu kommt, dass sich der Flügel unterschiedlich durchbiegt bei einer im wesentlichen flachen Ausrichtung des Flügels, so biegt sich die Vorderseite des Flügels, d. h., in der Nähe der Drehachse, weniger durch als das spitze oder hintere Ende des Flügels. Bei einer Bearbeitung des Kopfes des Flügels ist die Durchbiegung des Flügels in der Mitte zwar an sich kein Problem, allerdings hat der Erfinder weiterhin erkannt, dass durch die ungleichmäßige Durchbiegung es auch zu einer Verschiebung des Kopfes in horizontaler Richtung kommt. Erst diese besondere Verschiebung führt zu den oben angesprochenen Ungenauigkeiten beim Bearbeiten eines Flügels in einer Horizontaldrehmaschine.
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Die Erfindung sieht eine Haltescheibe vor, welche geeignet ist, das Werkstück an einem Querschnitt, der bevorzugt in der mittleren Hälfte des Flügels liegt, aufzunehmen. Die Haltescheibe weist eine Spanneinrichtung auf, mit welcher das Werkstück in der Haltescheibe eingespannt werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass der Flügel unterstützt werden kann, um die oben angesprochene besondere Durchbiegung zu mindern oder ganz zu verhindern. Die Erfindung ist vorzugsweise besonders geeignet für flügelförmige Werkstücke oder Flügel mit einer Exzentrizität des Schwerpunkts zur Drehachse von mindestens 5 cm, bevorzugter mindestens 15 cm oder 20 cm. Die Drehachse ist auch die Längsachse des Werkstücks. Vorzugsweise ist die Erfindung geeignet für Flügel mit einer Masse von mindestens 1 t und einer Länge von mindestens 1 m. Die erfindungsgemässe Haltervorrichtung ist bevorzugt besonders geeignet für das Drehen einer Aufnahme für ein Lager an einem Kopf des Flügels.
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Vorzugsweise ist die Haltescheibe kreisrund. Dies bietet den Vorteil, dass sie in einer Lünette gestützt werden kann.
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Ein weiterer unabhängiger Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch. Dabei wird erfindungsgemäß die Haltescheibe zentriert, anschließend das Werkstück in der Haltescheibe aufgenommen, d. h., das Werkstück vorzugsweise durch eine Aufnahmeöffnung in der Haltescheibe gesteckt und anschließend mit einer Spanneinrichtung in der Haltescheibe fixiert. Weiterhin wird das Werkstück in der Haltescheibe zentriert. Verfahrensmäßig wird bevorzugt, dass später ein Kopf des Flügels, welcher dazu bestimmt ist, in einem Lager aufgenommen zu werden, gedreht wird. Dabei bedeutet „Drehen” ein Bearbeiten des Kopfes mit drehendem Werkstück.
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Vorzugsweise ist die Haltescheibe ausgebildet, so dass sie das Werkstück in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse des Werkstücks zumindest teilweise umfängt. Dabei ist die Längsachse die Drehachse. Besonders bevorzugt wird, dass die Haltescheibe eine Öffnung aufweist, so dass das Werkstück voll umschlossen wird. Besonders bevorzugt wird, dass die Haltescheibe eine Öffnung in Form eines Flügelquerschnitts aufweist. Dabei ist die Öffnung vorzugsweise geringfügig grösser als der Querschnitt des zu bearbeitenden Werkstücks an der Stelle, an welcher das Werkstück in der Haltescheibe aufgenommen wird.
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Vorteilhafterweise umfasst die Haltescheibe zumindest drei Spanneinrichtungen, die jeweils unabhängig voneinander um jeweils zumindest eine Achse verfahrbar sind, um gegen das Werkstück gedrückt zu werden. Besonders bevorzugt werden mindestens vier Spanneinrichtungen. Von den mindestens vier Spanneinrichtungen ist jeweils eine Spanneinrichtung angeordnet, so dass sie an der Vorderseite des Flügels angeordnet ist, eine Spanneinrichtung an der Rückseite des Flügels angeordnet ist und zwei Spanneinrichtung jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Flügels angeordnet sind. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass der Flügel oder das flügelförmige Werkstück besonders gut zentriert, gestützt und gehalten werden kann.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist eine zweite Haltescheibe zur Aufnahme des Werkstücks vorgesehen. Die zweite Haltescheibe bietet den Vorteil einer besseren Fixierung des Werkstücks. Die zweite Haltescheibe ist vorzugsweise starr mit der ersten Haltescheibe verbunden. Eine solche starre Verbindung erfolgt vorzugsweise über in Längsrichtung des Werkstücks ausgerichtete Streben. Angemerkt werden sollte, dass auch die zweite Haltescheibe vorzugsweise senkrecht zur Längsachse angeordnet ist und vorzugsweise ebenso kreisrund ist. Dies bietet wiederum den Vorteil, dass sie mit einer Lünette oder Stützrolle gestützt werden kann.
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Vorteilhafterweise ist die zweite Haltescheibe geeignet, ein Ende des Werkstücks aufzunehmen. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die zweite Haltescheibe angepasst, um an der Planscheibe einer Drehmaschine aufgenommen zu werden. Dies bietet den Vorteil, dass mit der Haltevorrichtung das Werkstück exakt ausgerichtet werden kann und über die Verbindung mit der zweiten Haltescheibe mit der Planscheibe der Drehmaschine eine zuverlässige und unverrückbare Anbindung der Haltevorrichtung und damit des Werkstücks an die Drehmaschine gegeben ist. Hierzu weist die zweite Haltescheibe vorzugsweise eine Aufsatzscheibe auf, welche auf die zweite Haltescheibe aufgesetzt und an ihr befestigt werden kann. An dieser Aufsatzscheibe ist vorzugsweise in der Mitte eine Befestigungsscheibe angeordnet, welche im Durchmesser kleiner ist als die Aufsatzscheibe und welche durch eine entsprechende Öffnung der zweiten Haltescheibe geführt wird, um an dem Werkstück befestigt zu werden. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass das Werkstück nicht unmittelbar an der zweiten Haltescheibe befestigt werden muss, so dass eine Zentrierung und Justierung des Werkstücks möglich ist.
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Vorzugsweise ist an der Haltescheibe ein Gewicht derart befestigt, dass die Exzentrizität des Schwerpunkts des Werkstücks bezüglich der Drehachse zumindest teilweise ausgeglichen wird. Dies bietet den Vorteil, dass bei einem Drehen des Werkstücks um die Drehachse durch die Drehmaschine nur eine verminderte oder keine statische Unwucht auftritt. Besonders bevorzugt wird das Gewicht verwendet, um die erste und die zweite Haltescheibe zu verbinden. Dies bietet den Vorteil, dass eine besonders starre Verbindung möglich ist, da das Gewicht aufgrund der möglichen großen Masse auch besonders steif ausgeführt werden kann.
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Es sollte angemerkt werden, dass die Erfindung nicht auf das Vorsehen von ein oder zwei Haltescheiben begrenzt ist, sondern auch mehr Haltescheiben verwendet werden können. Bei einer Verbindung von Haltescheiben durch das Gewicht werden vorzugsweise weitere Verbindungen der Haltescheiben vorgesehen, wobei besonders bevorzugt Stahlprofile als Verbindungen eingesetzt werden. Stahlprofile bieten den Vorteil, dass sie bei einer vergleichsweise geringen Masse eine sehr große Steifigkeit aufweisen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Drehmaschine, insbesondere eine Horizontaldrehmaschine mit einer Haltevorrichtung in einer der beschriebenen erfindungsgemässen oder bevorzugten Ausführungsform. Eine solche Drehmaschine bietet den Vorteil, dass mit ihr flügelförmige Werkstücke, insbesondere Propellerflügel preisgünstig und exakt bearbeitet werden können, insbesondere der Lagerkopf oder Kopf solcher Propellerflügel.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei die Zeichnungen zeigen:
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1 eine erfindungsgemässe Haltevorrichtung mit eingespanntem Werkstück; und
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2 eine Darstellung von Einzelteilen der erfindungsgemässen Haltevorrichtung der 1.
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Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemässe Haltevorrichtung, in welcher ein Propellerflügel 1 als Werkstück aufgenommen ist.
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Die Haltevorrichtung umfasst eine erste Haltescheibe 2 und eine zweite Haltescheibe 3. An der ersten Haltescheibe 2 ist eine Öffnung 4 angeordnet. Durch die Öffnung 4 ist der Flügel 1 gesteckt. Vier Spanneinrichtungen 5 bis 8 dienen dazu, den Flügel 1 in der ersten Haltescheibe 2 einzuspannen und zu justieren. Die erste Spanneinrichtung 5 ist an der Vorderseite des Flügels 1 angeordnet, die dritte Spanneinrichtung 7 an der Rückseite und die zweite und die vierte Spanneinrichtung 6 und 8 sind seitlich des Flügels angeordnet. Auf diese Weise ist eine genaue Justage und Fixierung des Flügels in der ersten Haltescheibe 2 möglich.
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Die erste Haltescheibe 2 ist mit der zweiten Haltescheibe 3 über drei Stahlprofile 10 verbunden, welche eine starre Verbindung herstellen. Ausserdem sind die Haltescheiben 2 und 3 über eine lediglich strichliert dargestellte Gewichtsstange oder ein Gewicht 11 verbunden. Das Gewicht 11 besteht aus einem Stahlzylinder, welcher eine Masse aufweist, um die Exzentrizität des Schwerpunkts des Flügels 1 bezüglich der Drehachse 12 des Flügels 1 auszugleichen. Dies unterstützt die exakte Ausrichtung des Flügels 1, dessen Kopf 13 in einer Horizontaldrehmaschine bearbeitet werden soll.
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Beim Einspannen des Flügels 1 zusammen mit der Haltevorrichtung in eine Horizontaldrehmaschine wird die Haltescheibe 3 an der Planscheibe der Drehmaschine befestigt. Die Haltescheibe 2 wird mit einer Lünette unterstützt. Durch die Haltescheibe 2 wird verhindert, dass sich der Flügel 1 unterschiedlich durchbiegt. Der Grund für die ungleichmäßige Durchbiegung des Flügels 1 bei Weglassen der Unterstützung durch die Haltescheibe 2 ist, dass die Masse des Flügels 1 nicht entsprechend des Flächenträgheitsmoments des Flügels 1 verteilt ist. Auf diese Weise käme es ohne die Haltescheibe 2 am hinteren Ende des Flügels 1 zu einer stärkeren Durchbiegung als an der Vorderseite des Flügels 1. Dadurch würde bei Weglassen der Haltescheibe 2 der Kopf 13 in Richtung eines Pfeils 15 bewegt, so dass ein genaues Bearbeiten des Kopfes 13 in der Horizontaldrehmaschine nicht wirklich wäre.
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Zu erwähnen ist, dass der Flügel 1 an der zweiten Haltescheibe 3 über eine Befestigungsscheibe 16 befestigt ist, wobei die Befestigungsscheibe 16 Schraublöcher aufweist, mit denen die Befestigungsscheibe 16 einerseits an eine Aufsatzscheibe (in 1 nicht gezeigt) und andererseits mit dem Flügel 1 verbunden werden kann.
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Die 2 zeigt noch einmal einige Teile der Haltevorrichtung der 1 und ausserdem den Flügel 1. Bei der Beschreibung der 2 werden für gleiche oder ähnliche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf die Beschreibung der 1 Bezug genommen wird.
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In der 2 ist wiederum der Flügel 1 gezeigt, wobei an dem Flügel 1 bereits die Befestigungsscheibe 16 angeordnet ist. In der 2 ist ausserdem die bereits in Zusammenhang mit der 1 erwähnte Aufsatzscheibe 17 gezeigt, welche auf die zweite Haltescheibe 3 aufgesetzt wird, um daran die Befestigungsscheibe 16 zu befestigen. Es sollte angemerkt werden, dass die Teile in der 2 nicht entsprechend einer Explosionszeichnung dargestellt sind, insbesondere sind die Stahlprofile 10 und die erste Haltescheibe 2 auf der „falschen” Seite der zweiten Haltescheibe 3 gezeigt. Weiterhin ist in der 2 eine Justierscheibe 18 gezeigt, welche zur Justage der zweiten Haltescheibe 2 in einer Lünette verwendet wird. Dazu wird die Justierscheibe 18 an die erste Haltescheibe 2 angeschraubt und anschließend eine Justage vorgenommen.
