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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit gegeneinander verfahrbaren Supporten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Einrichtung ist als Teil einer Spanneinrichtung für Langprofilabschnitte im Stand der Technik beispielsweise durch die
DE 1 463 226 A bekannt.
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Aus der
US 2,285,572 A ist ein Antriebsmechanismus für Brennkraftmaschinen mit gegenläufigen Kolben bekannt mit einem zwischen zwei Supporten drehbaren Zahnrad, das entlang seines Umfanges einen unterschiedlichen Kreiskopfdurchmesser aufweist. Die
US 2,285,572 wird als nächstkommender Stand der Technik angesehen.
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In der
US 3,703,833 A sind zwei zwischen sich gegenüberliegenden Supporten angeordnete Zahnräder mit konstantem Kreiskopfdurchmesser offenbart.
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Die bekannten Spanneinrichtungen für Rohrabschnitte weisen separate Spannbacken auf, mit denen der abgelängte Rohrabschnitt gegenüber einem Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise einem Anfaskopf, fest positioniert werden kann. Derartige Spannwerkzeuge spannen den abgelängten Rohrabschnitt zwar hinreichend fest ein, sind jedoch in ihrer Präzision unzureichend. Tolerierbare Abweichungen im Bereich von wenigen Mikrometern des abgelängten Rohrabschnitts, der durchaus eine Länge von mehreren Metern und bis zu 100 kg oder mehr aufweisen kann, sind durch die genannten Spannwerkzeuge nicht darstellbar.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Spannwerkzeug mit hoher Präzision zur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Einrichtung weist zwei gegeneinander verfahrbare Supporte auf, deren einander zugewandte Innenwandungen jeweils Zahnprofile vorzugsweise in Form von Zahnstangen aufweisen, die jeweils mit gegenüberliegenden Segmenten eines Zahnrades zusammenwirken, die beiden Supporte sind vorzugsweise direkt durch Zylinder oder andere Stellglieder angetrieben. Die Supporte werden vorzugsweise gleichzeitig in entgegengesetzter Richtung angetrieben. Das Zahnrad ermöglicht dann einen exakten Gleichlauf der beiden Supporte in entgegengesetzter Richtung. Der Antrieb der Supporte kann auch über das Zahnrad selbst erfolgen. Die beanspruchte Einrichtung kann Bestandteil einer Spanneinrichtung sein. Die Spanneinrichtung kann Teil einer Zusatzfunktion einer integrierten Maschine, beispielsweise zum Ablängen von Abschnitten eines Langprofils, sein. Unter Langprofil werden hier und im Weiteren Hohl- und Vollprofile mit beliebigem Querschnitt verstanden. Die Langprofilabschnitte können aus Kunststoff, insbesondere aber auch aus Metall bestehen oder Metall aufweisen.
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Trotz hochpräziser Herstellungsmöglichkeiten der Einzelbauteile, insbesondere des Zahnrades, aber auch der Supporte, beispielsweise durch Drahterodieren, kommt es zu Abweichungen der gefertigten Bauteile von den Sollmaßen, die so groß sind, dass eine hinreichend präzise Gleichlaufführung der Supporte trotz des Zahnrades sowie ein hinreichend präzises Einklemmen eines Langprofilabschnittes mittels zweier relativ zu den Supporten positionsfester Spannbacken nicht gewährleistet ist. Ein wichtiger Grund dafür ist die wenn auch sehr geringe Abweichung eines Durchmessers des Zahnrades von einem Solldurchmesser.
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In der Praxis muss daher zunächst eine ganze Reihe von Zahnrädern präzise gefertigt werden, um dann diejenigen Zahnräder aus der Produktionsreihe auszuwählen, die eine vom Sollwert noch akzeptierbare Abweichung, insbesondere hinsichtlich des Außendurchmessers, aufweisen. Üblicherweise weisen unterschiedliche, identisch gefertigte Zahnräder und Zahnstangen entlang ihres durch die radial äußersten Bereiche ihrer Zähne gebildeten Außenumfanges unterschiedliche Außendurchmesser auf. Die Abweichungen sind zwar gering und liegen im 1/100 mm Bereich, jedoch sind sie für die erforderliche Präzision zu groß. Erfahrungsgemäß kann nur etwa jedes vierte Zahnrad zum Einbau in die Einrichtung verwendet werden. Eine präzisere Fertigung der Bauteile im 1 μm Bereich wäre notwendig, ist aber unwirtschaftlich.
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Erfindungsgemäß wird daher ein Zahnrad zur Verbesserung des Gleichlaufs der beiden Supporte zur Verfügung gestellt, das entlang seines durch die radial äußersten Bereiche seiner Zähne gebildeten Außenumfanges gezielt Kopfkreisdurchmesser unterschiedlicher Länge aufweist. Unter dem Außendurchmesser wird hier der Abstand der äußeren Punkte zweier sich gegenüberliegender Zähne verstanden. Das erfindungsgemäße Zahnrad weist damit je nach Winkelstellung zwischen den beiden Supporten jeweils einen unterschiedlichen wirksamen Außendurchmesser auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jeder der Supporte eine an ihm positionsfest angeordnete Spannbacke auf, die zusammenwirken, um einen Gegenstand in einer präzisen Position einzuspannen. Wenn die beiden Spannbacken auseinandergefahren sind, geben sie den Gegenstand frei, und wenn die beiden Spannbacken aufeinander zugefahren sind, spannen sie den Gegenstand ein. Der exakte Gleichlauf der beiden Supporte und damit der beiden Spannbacken wird durch das erfindungsgemäße Zahnrad erreicht, das in die beiden Zahnprofile der Supporte eingreift. Das Zahnrad dreht sich zwischen der Freigabestellung und der Spannstellung.
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Im Moment des Spannvorganges, insbesondere des abgelängten Rohrabschnittes, durch die beiden Spannbacken, die vorzugsweise über Arme an Supporten angeordnet sind, muss ein wirksamer Außendurchmesser des Zahnrades zwischen den beiden Supporten angeordnet sein, der dem exakten Solldurchmesser des Zahnrades entspricht. Unter dem Solldurchmesser des Zahnrades wird der theoretisch genaue Durchmesser verstanden, den ein ideales Zahnrad hätte, um den Gegenstand exakt zentrisch einzuspannen und exakt zum Werkzeug im eingespannten Zustand zu positionieren.
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Aufgrund des unterschiedlichen Außendurchmessers des Zahnrades entlang seines Umfanges kann das Zahnrad durch Drehung in die Stellung gebracht werden, in der der zwischen den Supporten wirksame Außendurchmesser dem Solldurchmesser exakt entspricht. Unter exakt werden hier auch geringe Abweichungen von ±2 μm und weniger verstanden.
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Vorteilhafterweise kann so im Grunde jedes hergestellte, verschiedene Durchmesser aufweisende Zahnrad für die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet werden. Es ist nicht mehr notwendig, zunächst eine ganze Reihe von Zahnrädern herzustellen, um dann ein einzelnes, ideales Zahnrad aus dieser Produktionsreihe auszuwählen und die anderen auszusortieren.
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Die maximale Verfahrstrecke der Supporte ist dabei so gewählt, dass das Zahnrad zum Einspannen und Freigeben des Gegenstandes lediglich um einen Bruchteil einer vollen Umdrehung, vorzugsweise lediglich um 5–20° Grad gedreht werden muss. Dadurch ist es möglich, den Außendurchmesser eines Sektors des Zahnrades kontinuierlich zunehmend auszubilden, wobei dieser Sektor auch 180° Grad des Zahnradumfanges umfassen kann und das Zahnrad dann vorzugsweise aus zwei um 180° Grad rotationssymmetrisch angeordneten Hälften besteht. Größenordnungsmäßig liegt die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Außendurchmesser des erfindungsgemäßen Zahnrades bei 0,01 mm bis 0.15 mm. Die Durchmesserunterschiede betragen auch abhängig von der Sektorgröße und dem Zahnabstand etwa das 10 bis 150fache der noch tolerierbaren geringen Abweichungen von ±2 μm.
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Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungsformen des im Durchmesser variablen Zahnrades denkbar. Beispielsweise kann der Radius des Außenumfanges über einen Sektor konstant bleiben, und verschiedene Sektoren können unterschiedliche Außenradien aufweisen. Es sind auch Mischformen möglich.
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Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen in drei Figuren beschrieben, wobei die Figuren nicht maßstabsgerecht sind. Dabei zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit eingespanntem Rohrabschnitt,
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2: Innenaufbau in 1 mit zwei Supporten und asymmetrischem Zahnrad,
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3a: Vorderansicht der Spannvorrichtung in 1 im freigegebenen Zustand
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3b: Vorderansicht der Spannvorrichtung in 1 in gespanntem Zustand
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1 zeigt den Teil einer Spanneinrichtung 1 zum Einspannen von insbesondere metallischen Rohrenden 16. Die Spanneinrichtung 1 ist Teil einer (nicht dargestellten) Profilsägemaschine. Profilsägemaschinen ermöglichen es, von insbesondere Metallrohren oder Metallvollprofilen als spezielle Form der Langprofile, Abschnitte abzusägen. Die abgesägten Profilabschnitte können dann in den dem Absägen nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen mit Bearbeitungsvorrichtungen an ihren Profilabschnittsenden weiterbearbeitet werden. Die Weiterbearbeitung kann beispielsweise in einem Anfasen durch ein Anfaswerkzeug 17 erfolgen oder durch ein Zentrierbohren mittels eines Zentrierbohrers, insbesondere bei Vollprofilen. Die Anforderungen an die Präzision der Bearbeitung sind sehr hoch, so dass beispielsweise beim Anfasen von Rohrabschnittsenden die Exzentrizität der Fase zur Mantelfläche des Materials aufgrund von Spannfehlern je nach Anforderung höchstens 0,01–0,05 mm betragen darf.
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Zur Erzielung einer derartig hohen Positionsgenauigkeit ist es unter anderem erforderlich, dass die Werkzeuge präzise arbeiten und dazu präzise gefertigt sind. Auch die für das Spannwerkzeug verwendeten Einzelkomponenten müssen von hoher Präzision sein. Das heißt, hinsichtlich eines in der Spanneinrichtung 1 in 2 dargestellten Zahnrades 2 darf der Durchmesser des Zahnrades 2 und die Genauigkeit einer mit dem Zahnrad 2 zusammenwirkenden Zahnstange 6, 7 um höchsten 1–2 μm von einem Sollwert abweichen. Übliche Herstellungstechniken, selbst mit Drahterodierverfahren, ermöglichen keine hinreichend präzise Fertigung der Zahnräder 2 und Zahnstangen 6, 7. Die gefertigten Zahnräder 2 müssen einzeln geprüft werden, und nur die präzise gefertigten Zahnräder 2 werden ausgewählt und zum Einbau in ein Spannwerkzeug 1 verwendet.
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Bei dem in 1 dargestellten Spannwerkzeug 1 sind zwei sich gegenüberliegende, gegenläufig verfahrbare Supporte 3, 4 vorgesehen, an deren einander zugewandten Innenwandungen eine Zahnstange 6, 7 eingeformt ist. Die beiden Zahnstangen 6, 7 wirken jeweils mit dem Zahnrad 2 zusammen, das zwischen den beiden Zahnstangen 6, 7 der Supporte 3, 4 drehbar gelagert ist und so den Gleichlauf der Supporte 3, 4 sicherstellt.
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Der Antrieb der Supporte 3, 4 erfolgt hier über einen zugeordneten ersten Zylinder 41 und einen zweiten Zylinder 42. Der Antrieb kann aber alternativ auch direkt über das Zahnrad 2 erfolgen. In der Ansicht gemäß 1 werden der linke Support 3 nach oben und der rechte Support 4 nach unten verfahren und dabei das Zahnrad im Uhrzeigersinn gedreht, bei Drehung des Zahnrades 2 entgegen dem Uhrzeigersinn werden die beiden Supporte 3, 4 entsprechend umgekehrt verfahren. Das Zahnrad 2 sichert den exakten Gleichlauf der beiden Supporte 3, 4 ab. An den beiden Supporten 3, 4 sind gemäß 1 jeweils Arme 8, 9 mit Spannbacken 11, 12 angeordnet, die es ermöglichen, den abgelängten Rohrabschnitt 16 einzuspannen und diesen eingespannten Rohrabschnitt 16 einer weiteren Bearbeitung durch das Anfaswerkzeug 17 zuzuführen.
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Nach dem Stand der Technik wird eine Reihe von Zahnrädern 2 mit möglichst hoher Präzision, insbesondere hinsichtlich ihres Außendurchmessers d hergestellt und aus der Reihe nur ca. jedes vierte oder fünfte Zahnrad 2 verwendet, welches zumindest in einem Segment einen hinreichend exakten Außendurchmesser d aufweist, damit die Supporte 3, 4 exakt geführt werden können.
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Die Erfindung behebt dieses Problem dadurch, dass das Zahnrad 2 entlang seines Umfanges einen variablen Außendurchmesser d aufweist. Eine Ausführungsform ist in den 3a und 3b dargestellt. Die in der 3a dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zahnrades 2 weist zwei um 180° Grad rotationssymmetrisch versetzt angeordnete Zahnradhalbsegmente 31, 32 auf. Der Außendurchmesser jedes der Zahnradhalbsegmente 31, 32 nimmt entgegen dem Uhrzeigersinn in 2 kontinuierlich über jedes der Halbsegmente 31, 32 hin zu.
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Dabei wird unter dem Außendurchmesser d hier die Entfernung vom Mittelpunkt des Zahnrades 2, durch den auch eine Zahnradwelle geht, verstanden bis zum radial äußersten Punkt des Außenumfanges des Zahnrades 2, wobei der Außenumfang des Zahnrades 2 durch eine gedachte Verbindungslinie entlang der äußersten Punkte der einzelnen Zähne gebildet wird. Der Außenumfang ist durch eine gestrichelte Linie in 3a und 3b dargestellt.
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3a, 3b zeigen den Teil der in 2 dargestellten Spannvorrichtung 1 in zwei Vorderansichten. Die beiden Vorderansichten der 3a und 3b unterscheiden sich durch die Stellung des Zahnrades 2 und damit durch die Stellung der Supporte 3, 4. Das Zahnrad 2 in 3a ist in einer den Rohrabschnitt 17 freigebenden Drehstellung und das Zahnrad 2 in 3b in der den Rohrabschnitt 16 einspannenden Drehstellung dargestellt. Die in 1 dargestellte Einrichtung 1 ist hinsichtlich der Länge der Zahnstangen 6, 7, der Zahngröße und des Zahnabstandes sowie des Außendurchmessers d des Zahnrades 2 so dimensioniert, dass die maximale Verfahrstrecke der Supporte 3, 4 so lang ist, dass das Zahnrad 2 weniger als 180° Grad gedreht werden muss, um die maximale Verfahrstrecke voll zu durchfahren. Der Außendurchmesser d des Zahnrades 2 variiert zwischen dem geringsten und dem größten Wert um ca. 0,01 bis 0,15 mm. Die Zunahme des Außendurchmessers d entgegen dem Uhrzeigersinn ist in 3a und 3b somit stark übertrieben dargestellt. Der in 3a, 3b jeweils lotrecht auf den beiden parallel zueinander verfahrbaren Supporten 3, 4 angeordnete wirksame Außendurchmesser dW verändert sich mit der Drehstellung des Zahnrades 2. Der wirksame Außendurchmesser dW ist auch lotrecht auf den Zahnprofilen 6, 7 der Supporte 3, 4, und vorzugsweise horizontal zwischen den beiden Supporten 3, 4 angeordnet.
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Für den Betrieb wird das Zahnrad 2 so zwischen den beiden Supporten 3, 4 in seiner Drehstellung positioniert, dass im Spannzustand gemäß 3b, also wenn die beiden Spannbacken 11, 12 den einzuspannenden Rohrabschnitt 16 fest umfassen, der wirksame Außendurchmesser dW mit der größtmöglichen Genauigkeit, vorzugsweise exakt, dem Sollwert des Außendurchmessers d entspricht. Der eingespannte Rohrabschnitt 16 kann in dieser präzisen, d. h. der Sollvorgabe exakt entsprechenden Lage einer Bearbeitung seines Endes unterzogen werden.
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Zum Lösen der Spannbacken 11, 12 werden der erste Zylinder 41 nach unten und der zweite Zylinder 42 nach oben verfahren und damit das Zahnrad 2 in 3b entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, und es wirken zwischen den beiden Supporten 3, 4 andere, d. h. während des Entspannens zunehmend kleinere wirksame Außendurchmesser dW. Entscheidend ist die exakte und hohe Präzision der Positionierung im Augenblick des Einspannens des Rohrabschnitts 16 durch die beiden an den Supporten 3, 4 angeordneten Spannbacken 11, 12.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spanneinrichtung
- 2
- Zahnrad
- 3
- linker Support
- 4
- rechter Support
- 6
- Zahnprofil
- 7
- Zahnprofil
- 8
- Arm
- 9
- Arm
- 11
- Spannbacke
- 12
- Spannbacke
- 16
- Gegenstand, Rohrabschnitt
- 17
- Anfaswerkzeug
- 31
- Zahnradsegmente
- 32
- Zahnradsegmente
- 40
- Außenumfang
- 41
- erster Zylinder
- 42
- zweiter Zylinder
- d
- Außendurchmesser
- dW
- wirksamer Außendurchmesser
