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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Werkstücks in einer Maschine zum Ausgleich einer Unwucht des Werkstücks, umfassend eine auf einem Maschinengestell angeordnete Lagereinrichtung zur drehbaren Lagerung des Werkstücks um eine einer Werkstücklagerfläche zugeordneten Lagerachse, wobei die Lagereinrichtung einen Lagerbock mit einem Lagerelement aufweist, das eine konkav gekrümmte Lagerfläche hat.
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Auswuchtmaschinen dienen zum Messen und Ausgleichen der Unwucht von Rotoren und werden in der Regel für verschiedene Rotoren eingesetzt, die sich in Bezug auf die Durchmesser und auch die axiale Lage ihrer Lagerflächen voneinander unterscheiden. Ein typisches Beispiel hierfür sind für verschiedene Motoren bestimmte Kurbelwellen, die unterschiedliche Hauptlagerdurchmesser, verschiedene Teilungen und verschiedene Längen haben können. Für das präzise Ausgleichen einer vorhandenen Unwucht muss der jeweilige Rotor an seinen Lagerflächen in einer zur Lagerachse der Auswuchtmaschine zentrierten Lage aufgenommen werden.
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Bei einer aus
DE 10 2014 106 334 A1 bekannten Vorrichtung erfolgt die Aufnahme des Werkstücks durch Lagerelemente einer Lagereinrichtung, wobei die Lagerelemente zur exakten Zentrierung des Werkstücks jeweils an den Durchmesser der Werkstücklagerfläche angepasst sind. Um Werkstücke mit verschiedenen Lagerdurchmessern abwechselnd aufnehmen zu können, weist die Lagereinrichtung einen Lagerbock mit wenigstens zwei Lagerelementen von verschieden großem Durchmesser auf, die quer zur Lagerachse nebeneinander liegen, wobei der Lagerbock quer zur Lagerachse der Lagereinrichtung in zwei Lagerstellungen bewegbar ist und wobei in jeder der beiden Lagerstellungen ein anderes der beiden Lagerelemente zentrisch zur Lagerachse ausgerichtet ist.
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Aus
US 1 486 115 ist eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Lagerzapfens eines Rotors in einer Auswuchtmaschine bekannt mit einem Lagerbock, der in einem Winkelabstand von 90° radial zur Lagerachse einstellbare Lagerelemente aufweist, die an ihren dem Lagerzapfen zugekehrten Enden jeweils einen die Lagerfläche bildenden Lagerschuh tragen. Die Lagerfläche des Lagerschuhs ist hierbei an den Durchmesser des Lagerzapfens angepasst. Für verschiedene Lagerdurchmesser wird ein Sortiment von Lagerschuhen, die verschiedene Krümmungsradien haben, bereitgehalten, von denen der jeweils zum Lagerzapfen passende ausgewählt werden kann.
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Es ist weiterhin aus
DE 11 47 742 B eine V-förmige Lagerung für die Lagerzapfen eines auszuwuchtenden Rotors in einer Auswuchtmaschine bekannt. Die V-förmige Lagerung ist aus zwei Prismen mit in axialer Richtung des Rotors ebenen Auflageflächen gebildet, wobei die Prismen um eine Achse drehbar sind, die parallel zur Auflagefläche und quer zur Lagerachse verläuft.
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Bei einer aus
DD 211 988 A1 bekannten Lünette zur Lagerung von Walzen mit unterschiedlichen Zapfendurchmessern wird die Walze mit mindestens zwei Auflageflächen geführt, die annähernd mit dem Radius der aufzunehmenden Zapfen ausgedreht sind. Die Auflageflächen werden hierbei von abgeflachten Lagerbolzen gebildet, die in zylindrischen Aussparungen eines Lagerbackens drehbeweglich lagern. Durch geringfügige Drehung in dem Lagerbacken ergibt sich hierbei eine genaue Anpassung der Auflageflächen an die Lauffläche des Walzenzapfens.
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Aus
US 3 145 513 A ist eine feste Aufnahme für eine Schleifmaschine bekannt, die zur drehbaren Lagerung eines Werkstücks zwei untere und ein oberes Lagerelement aufweist. Die Lagerelemente sind radial beweglich und können mittels einer auf einer den Lagerflächen entgegengesetzten Seite angeordneten Stellschraube in iher radialen Position eingestellt und festgesetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die für verschiedene Durchmesser von Werkstücklagerflächen geeignet und kostengünstig herstellbar ist und die einen schonenden Kontakt mit der Werkstücklagerfläche gewährleistet.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Vorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nach der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine auf einem Maschinengestell angeordnete Lagereinrichtung zur drehbaren Lagerung des Werkstücks um eine einer Werkstücklagerfläche zugeordnete Lagerachse, wobei die Lagereinrichtung einen Lagerbock mit einem Lagerelement aufweist, das aus einem starren Körper besteht und zwei in der gleichen Lagerebene nebeneinander, symmetrisch zu einer die Lagerachse enthaltenden Mittelebene liegende, konkav zylindrische Lagerflächen hat, deren Zylinderradien größer sind als der Radius der Werkstücklagerfläche, für welchen die Lagereinrichtung bestimmt ist, wobei die Zylinderachsen der beiden Lagerflächen zur Lagerachse parallel sind und einen Abstand voneinander haben.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, dass Werkstücklagerflächen von verschiedenem Durchmesser aufgenommen und in der Aufnahme exakt zentriert werden können. Für das Werkstück ergeben sich an dem Lagerelement zwei Abstützstellen, an denen die Werkstücklagerfläche anliegt, nämlich jeweils eine an jeder der beiden gekrümmten Lagerflächen des Lagerelements. Die Abstützstellen haben dabei einen Abstand voneinander, der durch den Abstand der Zylinderachsen der konkav zylindrischen Lagerflächen bewirkt wird und der sich nach dem Abstand der Zylinderachsen und dem Verhältnis von dem Radius der Werkstücklagerfläche zur Differenz aus dem Zylinderradius der Lagerflächen und dem Radius der Werkstücklagerfläche richtet.
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Ein wesentlicher Vorteil der Lagereinrichtung nach der Erfindung besteht im Vergleich zu der nur für leichte Rotoren bekannten V-förmigen Lagerung mittels Prismen darin, dass die Lagerflächen des Lagerelements eine an die Krümmung der Werkstücklagerfläche angenäherte konkave Krümmung haben, so dass wegen des geringeren Krümmungsunterschieds zwischen der Werkstücklagerfläche und den gekrümmten Lagerflächen die an den Berührungsstellen der Lagerflächen auftretende Hertzsche Pressung deutlich geringer ist. Damit können die beim Unwuchtausgleich auf das Werkstück einwirkenden Lagerkräfte an der Werkstücklagerfläche besser aufgenommen werden und die Werkstücklagerfläche wird geschont. Die Gefahr einer Beschädigung der Werkstücklagerfläche wird deutlich verringert.
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Infolge der Anordnung der Lagerflächen des Lagerelements können ohne Nachteil mit demselben Lagerelement Werkstücke mit verschiedenen Lagerdurchmessern aufgenommen werden, wobei die Grenze der aufnehmbaren Durchmesser nach oben durch den Zylinderradius der gekrümmten Lagerflächen und den Abstand der Zylinderachsen bestimmt wird. Nach unten setzt der zunehmende Krümmungsunterschied zwischen den Lagerflächen und der Werkstücklagerfläche und der sich mit abnehmendem Radius der Werkstücklagerfläche verringernde Abstand der Berührungsstellen zwischen Werkstücklagerfläche und Lagerflächen eine Grenze. Zwischen diesen Grenzen verbleibt jedoch ein vergleichsweise großer Variationsbereich, der für viele Anwendungen, beispielsweise die Aufnahme von Kurbelwellen für Fahrzeugmotoren, zufriedenstellend ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist der Lagerbock wenigstens zwei erfindungsgemäß gestaltete Lagerelemente auf, die in der gleichen Lagerebene nebeneinander angeordnet und einer Lagerachse zugeordnet sind, wobei die Mittelachsen der Lagerelemente radial zur Lagerachse ausgerichtet sind und einen Winkel miteinander bilden und die Lagerelemente gegenüber dem Lagerbock in Richtung ihrer Mittelachsen zur Anpassung an den Radius der Werkstücklagerfläche einstellbar und in einer an einen Radius der Werkstücklagerfläche angepassten Stellung an dem Lagerbock festsetzbar sind. Diese Weiterbildung erhöht die Zahl der Abstützstellen, verringert dadurch die örtliche Belastung der Werkstücklagerfläche und verbessert die Stabilität der Zentrierung der drehbaren Lagerung des Werkstücks. Vorzugsweise liegt der Winkel der Mittelachsen der Lagerelemente in einem Bereich von 60° bis 120°.
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Zur Einstellung und Festlegung der radialen Position der Lagerelemente gegenüber dem Lagerbock können nach der Erfindung die Lagerelemente auf einer den Lagerflächen abgekehrten Seite jeweils eine Abstützfläche aufweisen, mit der sie an im Lagerbock angeordneten Einstellvorrichtungen zum Einstellen einer an einen Radius der Werkstücklagerfläche angepassten Stellung anliegen. Eine besonders vorteilhafte Einstellvorrichtung kann nach der Erfindung eine oder mehrere Einstellplatten aufweisen, die in einen Zwischenraum zwischen der Abstützfläche des Lagerelements und einer im Lagerbock ausgebildeten Gegenlagerfläche einsetzbar sind. Durch die Einstellplatten kann die Lagereinrichtung in einfacher Weise und mit geringem Zeitaufwand an verschiedene Durchmesser von Werkstücklagerflächen angepasst werden. Die Einstellplatten sind vorzugsweise quaderförmig und haben an der Abstützfläche und der Gegenlagerfläche anliegende parallele Endflächen, deren Abstand durch eine Material abtragende Bearbeitung, beispielsweise Schleifen, veränderbar ist. Durch wiederholte Verwendung von einmal hergestellten Einstellplatten lassen sich für regelmäßig wiederkehrende Abmessungen von Werkstücken die Einstellungen der Lagerelemente einfach, schnell und genau vornehmen.
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Anstelle von oder zusätzlich zu Einstellplatten kann die Einstellvorrichtung eine in einer Gewindebohrung im Lagerbock angeordnete Einstellschraube aufweisen, die durch Drehen in Richtung der Mittelachse gegenüber dem Lagerbock verlagerbar ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Lagerbock eine einseitig offene Tasche aufweisen, in der das Lagerelement in Richtung der Mittelachse geführt und gehalten ist. Mittels einer Klemmvorrichtung, beispielsweise einer die Wand der Tasche durchdringenden Klemmschraube, kann das Lagerelement in der Tasche festklemmbar sein.
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Eine häufige Methode zum Unwuchtausgleich ist das Entfernen von Material von dem auszugleichenden Werkstück, z. B. durch Bohren, Fräsen oder Schleifen. Hierbei können Materialspäne anfallen und auf die Lagerflächen der Lagerelemente gelangen. Vor der Aufnahme eines neuen Werkstücks in die Vorrichtung müssen daher die Lagerflächen von anhaftenden Spänen gereinigt werden. Hierzu hat erfindungsgemäß das Lagerelement eine sich in der Mitte zwischen den Lagerflächen in Richtung der Lagerachse erstreckende Nut, die mit einer das Lagerelement durchdringenden und an einen Belüftungskanal anschließbaren Bohrung verbunden ist. Vorzugsweise ist der Lagerbock mit einem Belüftungskanal versehen, an den die Bohrung des Lagerelements angeschlossen ist. Zusätzlich kann der Belüftungskanal neben den Lagerelementen Austrittsöffnungen aufweisen, die der Werkstücklagerfläche gegenüber liegen und zur Erzeugung eines die Lagerflächen reinigenden Luftstroms beitragen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen
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1 eine perspektivische Darstellung eines Lagerelements nach der Erfindung,
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2 eine Vorrichtung nach der Erfindung mit zwei in einem gemeinsamen Lagerbock angeordnete Lagerelementen,
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3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Lagerung von Werkzeuglagerflächen mit verschiedenen Durchmessern auf den Lagerflächen eines Lagerelements nach der Erfindung.
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Das in 1 gezeigte Lagerelement 1 besteht aus einem starren Körper, der in einen im wesentlichen quaderförmigen Halteabschnitt 2 und einen Lagerabschnitt 3 gegliedert ist und in Bezug auf eine Symmetrieebene, die von einer Mittelachse M und einer diese kreuzenden Lagerachse L bestimmt ist, eine symmetrische Form hat. Die in der Zeichnung gezeigte Lagerachse L ist gleichbedeutend mit der Drehachse eines Werkstücks, das an dem Lagerelement 1 mittels einer zylindrischen Werkstücklagerfläche drehbar gelagert werden kann. Da das Lagerelement 1 für verschiedene Durchmesser von Werkstücklagerflächen bestimmt ist, kann die vom Durchmesser der Werkstücklagerfläche abhängige Position der Lagerachse L gegenüber der in der Zeichnung gezeigten Position entlang der Mittelachse M parallel verschoben sein.
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Der Lagerabschnitt 3 hat in Richtung der Lagerachse L eine größere Dicke als der Halteabschnitt 2 und ist daher durch Stufen 4 auf Vorder- und Rückseite des Halteabschnitts 3 von diesem abgesetzt. Quer zur Lagerachse L ist die Breite des Lagerabschnitts 3 und des Halteabschnitts 2 gleich. Auf der dem Halteabschnitt 2 abgekehrten Seite weist der Lagerabschnitt 3 zwei Lagerflächen 5, 6 auf, die eine konkav zylindrische Krümmung mit gleichem Zylinderradius, jedoch verschiedenen Zylinderachsen haben. Wie in 3 gezeigt, befinden sich die Zylinderachsen der Lagerflächen 5, 6 jeweils auf der anderen Seite der Symmetrieebene als die dazugehörige Lagerfläche 5 oder 6, wobei der Abstand der Zylinderachsen von der Symmetrieebene jeweils gleich ist. Außerdem verlaufen die Zylinderachsen parallel zur Lagerachse L.
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Zwischen den Lagerflächen 5, 6 ist das Lagerelement 1 mit einer sich in Richtung der Lagerachse L erstreckenden Nut 7 versehen. In der Nut 7 mündet eine zentrale Bohrung 8, die das Lagerelement 1 in Richtung der Mittelachse M durchdringt und mit einer sie kreuzenden Querbohrung 9 verbunden ist. Die Querbohrung 9 durchdringt den Halteabschnitt 2 senkrecht zur Symmetrieebene und hat in den beiden entgegengesetzten Seitenflächen 10 des Lagerelements 1 eine Öffnung. Auf der den Lagerflächen 5, 6 entgegengesetzten Seite weist das Lagerelement 1 eine ebene Abstützfläche 11 auf, die zur Abstützung des Lagerelements 1 entgegen der auf die Lagerflächen 5, 6 einwirkenden Lagerkräfte dient.
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Das Lagerelement 1 ist für sich allein zur positionsgenauen Lagerung einer zylindrischen Werkstücklagerfläche eines Werkstücks geeignet, da die Lagerflächen 5, 6 eine V-förmige Lagerung bilden und die Werkstücklagerfläche mit ihrer Achse zur Mittelachse M des Lagerelements 1 zentrieren. Die konkave Krümmung der Lagerflächen 5, 6 verbessert den Kontakt mit der Werkstücklagerfläche und bewirkt eine Verringerung der Hertzschen Pressung bei Belastung der Kontaktstellen.
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Vorzugsweise wird das Lagerelement 1 jedoch in Lagereinrichtungen verwendet, bei denen in einer Lagerebene zwei oder mehr Lagerelemente 1 angeordnet sind, die mit der gleichen Werkstücklagerfläche zusammenwirken. Eine solche Lagereinrichtung ist in 2 dargestellt. Hierbei weist ein in einem nicht dargestellten Trägerteil einer zum Unwuchtausgleich bestimmten Maschine befestigter Lagerbock 14 zwei Taschen 15, 16 auf, in denen jeweils ein Lagerelement 1 der in 1 gezeigten Ausgestaltung aufgenommen ist. Die Taschen 15, 16 bilden jeweils einen an den Querschnitt des Halteabschnitts 2 des Lagerelements 1 angepassten Hohlraum, in den der Lagerabschnitt 2 mit der Abstützfläche 11 voran einsteckbar ist, wobei der jeweilige Halteabschnitt 2 der Lagerelemente durch Begrenzungsflächen des Hohlraums so geführt und abgestützt ist, dass die Mittelachsen M der beiden Lagerelemente 1 eine Lagerachse L in einem Punkt kreuzen und orthogonal zur Lagerachse L verlaufen.
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Die Tiefe der Taschen 15, 16 ist größer als die axiale Länge des Halteabschnitts 2 und endet an einem Taschenboden 17, der eine der Abstützfläche 11 des Lagerelements 1 zugewandte Gegenlagerfläche 18 bildet. Zur Einstellung der Lagerelemente 1 auf den Durchmesser der Werkstücklagerfläche des zu lagernden Werkstücks, ist in den Taschen 15, 16 zwischen dem Taschenboden 17 und dem Halteabschnitt der Lagerelemente 1 jeweils eine quaderförmige Einstellplatte 20 angeordnet, die parallele Endflächen hat, mit der sie an der Gegenlagerfläche 18 und an der Abstützfläche 11 des Lagerelements 1 abstützbar ist. Die Einstellplatte 20 kann kostengünstig sehr genau gefertigt werden und ermöglicht auf einfache Weise eine genaue und zuverlässige Einstellung des Lagerelements 1 auf den zu lagernden Durchmesser der Werkstücklagerfläche. Soll eine Werkstücklagerfläche mit anderem Durchmesser gelagert werden, so ist dafür lediglich der Austausch der in den beiden Taschen 15, 16 angeordneten Einstellplatten 20 erforderlich. Für wiederholt vorkommende Durchmesser können einmal hergestellte Einstellplatten 20 immer wieder verwendet werden, so dass das erneute Einstellen mit geringem Zeitaufwand möglich ist. Zum Fixieren der Lagerelemente 1 in der Einstellposition ist in einer Gewindebohrung einer Wand der Taschen 15, 16 eine Spannschraube 21 angeordnet, die gegen eine Seitenfläche 10 des Lagerelements 1 spannbar ist.
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Die beiden Taschen 15, 16 sind im Lagerbock 14 so angeordnet, dass die Mittelachsen M der darin aufgenommenen Lagerelemente 1 miteinander einen Winkel von 110 Grad bilden. Abweichende Anordnungen, bei denen die Taschen einen größeren oder kleineren Winkelabstand voneinander haben, sind jedoch ebenfalls möglich.
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Für die Lagerung eines Werkstücks in einer Maschine zum Unwuchtausgleich ist es vorteilhaft, wenn die Lagerflächen 5, 6 der Lagerelemente 1 vor der Einlagerung eines Werkstücks mit einem Luftstrom gereinigt werden. Um dies zu erreichen, weist der Lagerbock 14 einen mittigen Zuführkanal 22 auf, der an eine Druckluftquelle anschließbar ist. Von dem Zuführkanal 22 führen zwei Verteilkanäle 23, 24 zu den Taschen 15, 16. Die Taschen 15, 16 haben in ihren seitlichen Begrenzungsflächen Ausnehmungen 25, in denen jeweils ein Verteilkanal 23 beziehungsweise 24 mündet. Die Ausnehmungen 25 sind so bemessen, dass in jeder vorgesehenen Stellung des Lagerelements 1 eine Öffnung der Bohrung 9 sich innerhalb der Ausnehmung 25 befindet. Die andere Öffnung der Bohrung 9 befindet sich in einer Ausnehmung 26, die in der der Ausnehmung 25 gegenüberliegenden Wand der Taschen 15, 16 ausgebildet ist. Von der Ausnehmung 26 führt eine Nut in der Taschenwand zum offenen Ende der Tasche 15 bzw. 16, wo sie eine Austrittsöffnung 27 bildet. Von dem Zuführkanal 22 führen außerdem zwei Auslasskanäle 28 zu Austrittsöffnungen 30, die in der sich zwischen den Taschen 15, 16 erstreckenden Begrenzungsfläche 31 des Lagerbocks 14 liegen.
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Wird dem Zuführkanal 22 Druckluft zugeführt, so gelangt diese, wie die dickeren Verlaufslinien und Pfeile zeigen, zu den Austrittsöffnungen 27, 30 und durch die Bohrungen 8 zu den Nuten 7 der Lagerelemente 1. Durch die an den Austrittsöffnungen 27, 30 und an den Nuten 7 austretende Luft werden die Lagerflächen 5, 6 und die sie umgebenden Bereiche der Lagereinrichtung vor und während des Einlagerns eines Werkstücks von Spänen und anderen Verunreinigungen gereinigt, die durch das Entfernen von Werkstückmaterial beim Unwuchtausgleich dorthin gelangen können.
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3 zeigt eine Ansicht eines Lagerelements 1 in Blickrichtung der Lagerachse mit zwei an den Lagerflächen 5, 6 anliegenden und durch Kreise WL1 und WL2 veranschaulichten Werkstücklagerflächen von verschiedenem Durchmesser. Die zylindrische Lagerfläche 5 des Lagerelements 1 hat eine Zylinderachse Z5 und einen Zylinderradius R5, die Lagerfläche 6 hat eine Zylinderachse Z6 und einen Zylinderradius R6. Die Zylinderradien R5 und R6 sind gleich. Die Zylinderachsen Z5 und Z6 befinden sich auf den Lagerflächen 5, 6 entgegengesetzten Seiten der Symmetrieebene E und in gleichem Abstand von dieser. Der Abstand zwischen den Zylinderachsen Z5, Z6 ist mit AZ bezeichnet.
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Die Werkstücklagerfläche WL1 wird durch ihre Anlage an den Lagerflächen 5, 6 so positioniert, dass sich ihre Lagerachse L1 in der Symmetrieebene E befindet. Die Lagerfläche 5 berührt die Werkstücklagerfläche WL1 an der Berührungsstelle B51 und die Lagerfläche 6 berührt sie an der Berührungsstelle B61. Die Berührungsstelle B51 liegt in einer Ebene, die durch die Lagerachse L1 und die Zylinderachse Z5 bestimmt ist. Die Berührungsstelle B61 liegt in einer Ebene, die durch die Lagerachse L1 und die Zylinderachse Z6 bestimmt ist. Der Abstand der Berührungsstellen B51 und B61 verhält sich zum Abstand AZ der Zylinderachsen Z5 und Z6 wie der Radius R1 der Werkstücklagerfläche zu der Differenz des Zylinderradius R5 oder R6 minus dem Radius R1. Ausgehend von dieser Gleichung können die jeweils gewünschten Parameter wie Zylinderradius der Lagerfläche, lagerbarer Radius der Werkstücklagerfläche und Abstand der Zylinderachsen oder der Berührungsstellen berechnet werden.
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Die Werkstücklagerfläche WL2 hat einen kleineren Radius R2 und eine Lagerachse L2. Infolge des kleineren Radius R2 ergeben sich an den Lagerflächen Berührungsstellen B52 und B62, die einen kleineren Abstand voneinander haben.
