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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer Druckkraft in einem vorgegebenen Druckbereich entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches und eine Lünette mit einer Vorrichtung nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches.
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Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo Druckkräfte mit einer Sensoreinrichtung zu erfassen sind und an einer Lünette die Druckkraft erfasst oder gemessen werden soll, die durch die Spindel der Lünette gegenüber einem eingespannten Werkstück aufgebracht werden muss.
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Lünetten sind Vorrichtungen, die in der Regel auf dem Tisch/Bett von Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, angeordnet sind. Davon sind verschiedene Ausführungsvarianten bekannt. Beispiele dazu sind in richter@luenetten.de zu finden. In der Drehmaschine wird das Werkstück in das Futter der Drehmaschine eingespannt, welches das Werkstück hält und dreht, so dass die Bearbeitung an der Oberfläche mittels Werkzeugs stattfinden kann. Sofern das Werkstück eine bestimmte Länge überschreitet, muss die Lagerung an anderer Stelle erfolgen, an der die Lünette oder die Lünetten und/oder der Reitstock angeordnet sind. Diese Lünette kann ein Unterteil aufweisen, in dem das Werkstück liegt, und ein Oberteil, in dem Werkstück nach oben hin gehalten wird. In der Lünette befinden sich sogenannte Pinolen, an deren Enden eine Rollen- oder Gleitlagerung für das Werkstück angeordnet sein kann, so dass sich das Werkstück in der Lünette leicht drehen lässt. In Abhängigkeit von der Form und vom Gewicht des Werkstückes können zwei oder mehr Pinolen in der Lünette angeordnet sein, die das Werkstück während der Drehbewegung stabil halten. Die Lünette ist auf dem Bett der Bearbeitungsmaschine verschiebbar, so dass sie je nach Länge des Werkstückes anordenbar ist. Bei den zu drehenden Werkstücken besteht die Aufgabe der Lünette darin, diese in einer Arbeitsposition bis zu mehreren Metern vom Futter entfernt zu halten, damit das Werkstück auf ein Hundertstel mm genau bearbeitet werden kann. Diese Werkstücke, bei denen es sich um bis tonnenschwere Werkstücke handelt, können nur dann exakt bearbeitet werden, wenn sie genau mittig eingespannt sind. Gerade bei ausgesprochen großen und mehrere hundert Kilo schweren Werkstücken ist es ausgesprochen problematisch, diese ganz exakt einzuspannen, da das voraussetzt, dass jede einzelne Pinole so eingestellt wird, dass das Werkstück genau mittig eingespannt ist. Vorteilhaft ist es dabei, selbstzentrierende Lünetten einzusetzen.
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DE 35 44 961 beschreibt eine selbstzentrierende Lünette zum zentrischen Aufspannen von stangenförmigen Werkstücken in einer Drehmaschine, bei der das Werkstück zwischen zwei Haltegliedern eingespannt ist, wobei eine elektrischer Stellmotor ein Stellglied betätigt, welches auf mechanischem Wege drei Halteglieder betätigt, die das Werkstück über einen Winkelmechanismus einspannen und halten. Dieser Mechanismus ist für sehr schwere und große Werkstücke über 400 mm wenig geeignet, da diese für den unteren Arm zu schwer sind und Probleme bestehen, die Höhe des Werkstückes mittig zu regulieren.
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Für leichte Werkstücke, die weniger genau eingestellt werden müssen, schlägt
DE 874 548 eine selbstzentrierende Lünette vor, bei der über Zahnstangen das Zentrieren und Einstellen des Werkstückes in der Lünette erfolgt. Diese Lünette ist für sehr schwere und große Werkstücke und aufgrund der auftretenden Kräfte nicht geeignet.
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Eine selbstzentrierende Lünette, bei der drei Pinolen selbsttätig über Hebelmechanismen und -teile ein Werkstück zentrieren, ist in
DE-OS 2 141 702 beschrieben. Die selbstzentrierende Lünette weist Pinolen auf, die mittels Hydraulik gleichmäßig verstellt werden, wobei dem Dokument nicht zu entnehmen ist, wie die Pinolen um Hundertstel Millimeter genau zu verstellen sind.
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DE 201 19 931.9 beschreibt eine schnellzentrierbare Lünette für eine Bearbeitungsmaschine, bestehend aus dem gegenüber dem Futter verschiebbaren Lünettenkörper und mindestens zwei Pinolen im Lünettenkörper, die die Führung für ein Werkstück bilden, wobei an jeder Pinole ein Messsystem angeordnet ist, mit dem der exakte Abstand zur Werkstückmitte regelbar ist. Die Lünette sieht vor, dass der Abstand der Pinolen automatisch geregelt wird, wobei nicht offenbar ist, wie die Regelung des Gerätes erfolgen soll.
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Alle vorgeschlagenen Lösungen sind entweder nicht geeignet, um große und schwere Werkstücke zehntelmillimetergenau einzuspannen oder das Einspannen kann nicht schnell und automatisch so vorgenommen werden, dass das Werkstück exakt mittig in der Lünette eingespannt ist.
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DE 20 2009 004 439.4 beschreibt eine automatische schnellzentrierbare Lünette für eine Bearbeitungsmaschine, bestehend aus dem Lünettenkörper mit gegenüber dem Futter verstellbaren Pinolen, die die Führung für ein mittig zu lagerndes Werkstück bilden, wobei an einer Pinole ein Sensor angeordnet ist, der den Wert misst, um den die Pinole mittels einer mechanischen Einrichtung verstellt wird, wobei eine Übertragungseinheit zu einer Recheneinheit vorhanden ist, die ein Signal zu einem Stellmechanismus an mindestens zwei Pinolen übermittelt und diese Pinole um den gleichen Wert verstellt, um den die erste Pinole zentrisch zur Mitte des Werkstücks verstellt wurde. Damit ist ein automatisches schnelles Zentrieren eines Werkstückes in einer Lünette möglich. Diese Lünette ist aber nicht mehrteilig ausgebildet. Bei einer mehrteiligen Ausbildung stellt die Übertragung der Daten von einem Teil zum anderen Teil der Lünette ein Problem dar. Weiterhin erfolgt die Anzeige der Daten auf verschiedenen Anzeigeeinrichtungen, wobei jede Anzeigeeinrichtung einer Pinole zugeordnet ist, was die Vergleichbarkeit der Werte erschwert.
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Bei Lünetten der obengenannten Art wird die mittige Lage eines Werkstückes in der Regel über die Wegmessung der Pinolen festgestellt. Das lässt keine Rückschlüsse darauf zu, welche Kraft auf die einzelne Pinole wirkt. Das ist jedoch bei der Einstellung von Werkstücken mit hohem Gewicht sinnvoll. Weiterhin ist mit den bekannten Lünetten nicht feststellbar, wenn sich eine Unwucht im bearbeiteten Werkstück während des Bearbeitungsvorgangs einstellt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der die mittige Lage des Werkstückes auch auf einem anderen Weg als durch die Wegmessung der Pinole festgestellt wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sensoreinheit nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 und eine Lünette nach den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst.
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Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
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Die erfindungsgemäße Lösung sieht eine Sensoreinheit zum Erfassen einer Druckkraft in einem vorgegebenen Druckbereich auf der Basis des elektrischen Widerstandes vor, die in ihrer allgemeinsten Form aus einer elastischen Platte besteht, unter der elektrische oder elektronische Sensoreinheiten angeordnet sind, die mit einem Rechner oder einer Auswerteeinheit wie einer Auswerteelektronik in Verbindung stehen. Die elastische Platte und die darunter befindlichen elektrischen Sensoreinheiten sind zwischen zwei Platten angeordnet, auf die eine Druck wirkt, so dass die elektrische oder elektronische Sensoreinheit zusammengedrückt wird, wobei sich durch den Druck der Widerstand der Sensoreinheit ändert, was in einer Auswerteelektronik erfasst wird. Die elektrischen Sensoreinheiten erfassen unterschiedliche Druckbereiche. Vorteilhaft ist es, wenn die elektrischen oder elektronischen Sensoreinheiten hintereinander liegende Druckbereiche erfassen. Unter Erfassen sollte das Erkennen einer Belastung, die nicht zwingend linear ist, verstanden werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, beispielsweise vier Sensoreinheiten mit vier nacheinander liegenden Druckbereichen anzuordnen. Bei den Sensoreinheiten kann es sich um selbstklebende Sensorflächen handeln, die allgemein bekannt sind und die bei Erhöhung des Druckes ihren Widerstand verändern, so dass durch eine Auswerteelektronik und Anzeigeeinrichtung festgestellt werden kann, welcher Druck auf die Sensorfläche aufgebracht ist. Dazu können beispielsweise selbstklebende flache Sensoren angeordnet sein, von denen der erste Sensor einen Bereich von 0 bis 6 kp/cm2 erfasst oder misst, ein zweiter Sensor einen Bereich von 6 bis 10 kp/cm2 erfasst oder misst, ein dritter Sensor einen Bereich 10 bis 15 kp/cm2 erfasst oder misst und ein vierter Sensor einen Bereich von 15 bis 20 kp/cm2 erfasst oder misst. In einer Anzeigevorrichtung kann dann erfasste oder gemessen werden, welche Druckkraft zwischen einer oberen oder einer unteren Druckplatte wirkt. Die elastische Platte auf den elektrischen oder elektronischen Sensoreinheiten kann eine Gummiplatte darstellen. Zwischen der elastischen Platte und den elektrischen oder elektronischen Sensoreinheiten befindet sich bei unbelasteten Druckplatten ein Freiraum, da nicht der gesamte Raum zwischen der Gummiplatte und den Sensoreinheiten ausgefüllt ist. In diesem Freiraum kann sich Luft befinden. Bei Erhöhung des Druckes wird die Luft komprimiert bzw. entweicht aus dem System.
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Die untere Platte, die Grundplatte darstellt, kann eine Ausnehmung, beispielsweise eine oder mehrere runde Ausnehmungen, aufweisen, in der die elastische Platte und die elektrischen oder elektronischen Sensoreinheiten angeordnet sind. Um die Druckkraft zu erfassen oder zu messen, die ein Werkstück auf die Spindel in einer Pinole einer Lünette ausübt, ist eine Sensoreinheit so anzuordnen, dass die Druckkraft des Werkstückes über die Spindel auf die Sensoreinheit wirkt. Das ist in einfachster Weise möglich, wenn die Sensoreinheit zwischen der Stelleinrichtung für die Spindel und der Spindel angeordnet ist. Die Stelleinrichtung für die Spindel kann in einfachster Weise ein Stellrad oder eine motorische Stelleinrichtung wie einen Stellmotor darstellen. Die Sensoreinheit wird dann beispielsweise zwischen der Grundplatte und der Druckplatte angeordnet, wobei die Grundplatte auf einem Widerlager aufliegt, welches am Lünettenkörper befestigt ist und auf die Druckplatte ein Drucklager wirkt, welches die Spindel mit der Lünette trägt. Vorteilhaft ist es, wenn die elektronischen oder elektrischen Sensoreinheiten in einem gleichen Abstand um die Spindel angeordnet sind. Die Sensoreinheiten können in einfachster Weise über eine elektrische Leitung mit der Rechner- und Auswerteeinheit in Verbindung stehen. Andere Verbindungen wie Funkverbindungen über Sender und Empfänger sind denkbar. Die Rechner- und Auswerteeinheit oder Auswerteelektronik kann mit einer Anzeigeeinheit in Verbindung stehen.
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Die Sensoreinheit kann eine Sensoreinheit der obengenannten Art darstellen. Denkbar zum Erfassen oder Messen einer Druckbelastung an der Spindel einer Lünette sind aber auch andere Sensoreinheiten wie Druckdosen oder andere dem Fachmann bekannte Sensoreinheiten.
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Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Druckkraft an jeder einzelnen Spindel einer Lünette über die vorgeschlagene Sensoreinheit zu erfassen oder zu messen und mittels Rechner- und Auswerteeinheit oder Auswerteelektronik zu ermitteln, ob ein Werkstück mittig eingespannt ist. Sofern eine Anzeige erfolgt, kann anhand der in der Anzeigeeinheit dargestellten Werte eine Korrektur der Lage des Werkstückes durch Stellschrauben so lange erfolgen, bis eine mittige Lage des Werkstückes eintritt. Anhand der Werte, die durch die Sensoreinheiten erfasst oder gemessen wurden, kann durch Rechner-Rechner- und Auswerteeinheit auch über eine Stellmotorik an den einzelnen Spindeln eine Korrektur der Lage des Werkstückes so lange erfolgen, bis eine mittige Lage des Werkstückes vorhanden ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass zum Bestimmen der mittigen Lage eines Werkstückes die Kraft erfasst oder gemessen werden kann, die auf die einzelnen Pinolen wirkt. Das kann insbesondere bei der Bearbeitung eines Werkstückes von Vorteil sein, wenn Bearbeitungsfehler in der Weise auftreten, dass das Werkstück unrund läuft, wonach auch ein Abschalten des Bearbeitungsvorganges möglich ist. Weiterhin ist bei einer sensorischen Messung der Druckkraft manuell oder über eine Auswerteelektronik auch eine schnelle Korrektur der Mittellage eines Werkstückes möglich.
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Im Folgenden soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und zwei Figuren erläutert werden. Die Figuren zeigen:
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1: Lünettenkörper 9 mit Spindel 5 und Drucksensor, bestehend aus der Sensoreinheit 1 auf der Grundplatte 10, wobei sich über der Sensoreinheit 1 eine elastische Platte 2 befindet, im Schnitt A-A von 2.
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2: Lünettenkörper 9 mit vier Sensoreinheiten 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 auf der Grundplatte 10 um die Spindel 5 in Ansicht B-B von 1.
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Die 1 zeigt den Schnitt A-A von 2 durch den Lünettenkörper 9 mit der Pinole 7, in der die Spindel 5 der Lünette angeordnet ist. Die Spindel 5 ist gegenüber der Pinole 7 der Lünette durch das Stellrad 12 verstellbar, welches an einer Kopfplatte 11 mit dem Lager 15 angeordnet ist. Die Spindel 5 ist mit dem Drucklager 6 mit der Druckplatte 3 verbunden, die auf der elastischen Platte 2, einer Gummiplatte, liegt, unter der sich die vier Sensoreinheiten befinden, von denen in der Schnittdarstellung nur zwei Sensoreinheiten zu sehen sind. Bei einer unbelasteten Spindel 5 befindet sich ein Freiraum 4 zwischen der elastischen Platte 2 und den elektrischen Sensoreinheiten 1. Der Freiraum 4 ist mit Luft gefüllt, die bei einer Erhöhung des Druckes auf die Spindel 5 entweicht, so dass die elastische Platte 2 alle Sensoreinheiten 1 belastet. Die elektrischen Sensoreinheiten 1 mit der elastischen Platte 2 sind auf der Grundplatte 10 angeordnet, in der sich Hohlräume 8 für die Sensoren 1 und die elastische Platte 2 und Hohlräume 8 für die Übertragungsleitung zu einer elektronischen Rechner-, Registrier- und Anzeigeeinheit befinden. Am Lünettenkörper 9 befestigt ist die Kopfplatte 11, gegen die die Druckkraft der Spindel 5 wirkt, die durch die Sensoreinheiten 1 gemessen wird. Die Sensoreinheiten 1 stellen selbstklebende Sensorflächen dar, die unterschiedliche Messbereiche aufweisen und aufgrund ihrer Härte in Abhängigkeit vom Druck, der auf sie wirkt, unterschiedliche elektrische Widerstände aufweisen.
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Die 2 zeigt den Lünettenkörper 9 und die Grundplatte 10, auf der vier Sensoreinheiten 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 um die Spindel 5 angeordnet sind, in einer Ansicht B-B von 1, wobei zwei Bohrungen 13 zur Zentrierung der Grundplatte 10 und vier Bohrungen 14 zum Befestigen der Kopfplatte 11 am Lünettenkörper 9 angeordnet sind. Die vier Sensoreinheiten 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 sind im gleichen Abstand um die Spindel 5 angeordnet. Jeder der vier Sensoren 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 misst einen Druck der Spindel 5 in einem anderen Bereich, d. h. die Sensoreinheit 1.1 spricht auf den niedrigsten Druck der Spindel 5 an und die Sensoreinheit 1.4 auf den höchsten Druck der Spindel 5. Durch die elastische Platte 2 erfolgt eine gleichmäßige Druckverteilung auf die Sensoreinheiten 1.1 bis 1.4. Das Erhöhen des Druckes erfolgt mittels Stellrades 12. Das Ansprechen der einzelnen Sensoreinheiten 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 wird in einer Rechner- und Auswerteeinheit (Auswerteelektronik) registriert und ausgewertet und kann in einem Display angezeigt werden. Der Bediener des Stellrades 12 kann danach sehen, wie stark das Lager 6 druckbelastet ist. Die Pinole 7 weist den Durchmesser 16 auf, der auch dem Durchmesser 16 der elastischen (Gummi) Platte 2 entspricht, in der sich der Mess- oder Erfassungsbereich befindet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensoreinheit wie selbstklebende Sensorfläche
- 1.1
- erste Sensoreinheit
- 1.2
- zweite Sensoreinheit
- 1.3
- dritte Sensoreinheit
- 1.4
- vierte Sensoreinheit
- 2
- Elastische Platte wie Gummiplatte
- 3
- Druckplatte
- 4
- Freiraum zwischen 2 und 1
- 5
- Spindel der Lünette
- 6
- Drucklager
- 7
- Pinole der Lünette
- 8
- Hohlraum für Übertragungsleitung (Kabel) zu einer elektronischen Rechner-, Registrier- und/oder Anzeigeeinheit
- 9
- Lünettenkörper
- 10
- Grundplatte, in der die Sensoreinheit 1 angeordnet ist
- 11
- Kopfplatte
- 12
- Stellrad an der Spindel der Lünette
- 13
- Bohrung für eine Zentrierung
- 14
- Bohrung
- 15
- Lager
- 16
- Durchmesser der Pinole 7 und der elastischen Platte 2 sowie des Erfassungs- oder Messbereiches
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3544961 [0004]
- DE 874548 [0005]
- DE 2141702 [0006]
- DE 20119931 [0007]
- DE 202009004439 [0009]
