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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gewinderolle
gemäß Anspruch
1, eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens gemäß Anspruch
7 sowie eine Werkstückaufnahme
zur Aufnahme eines wenigstens eine Bohrung aufweisenden Werkstücks gemäß Anspruch
12.
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Gewinderollen,
also Werkzeuge zum Herstellen von Bauteilen mit einem Außengewinde,
wie sie beispielsweise aus der
DE 39 30 131 C2 bekannt sind, werden im allgemeinen
mittels spezieller, profilierter Schleifschei ben auf eigens zu diesen
Zweck konstruierten Schleifmaschinen hergestellt, wobei das gesamte
zur Bildung der Gewinderille aus dem Werkstück zu entfernende Material
mittels Schleifen entfernt wird. Diese Vorgehensweise führt jedoch nachteiligerweise
zu sehr langen Bearbeitungszeiten, so dass, je nach Größe und Gewindesteigung der
herzustellenden Gewinderolle, die Bearbeitung bis zu dreißig Minuten
in Anspruch nehmen kann. Selbstverständlich führt dies zu entsprechend hohen Kosten
der mit einem solchen Verfahren hergestellten Gewinderollen. Außerdem entsteht
beim Schleifen in ein Vollmaterial ein erheblicher Verschleiß der Schleifscheibe.
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Ein
weiterer Nachteil, der mit dem bekannten Verfahren verbunden ist,
besteht in der äußerst geringen
Flexibilität,
da für
jede unterschiedliche Gewinderolle eine entsprechende Schleifscheibe
verwendet werden muss. Darüber
hinaus sind die Schleifscheiben aufgrund ihrer speziellen Profilierung
verhältnismäßig teuer,
was neben der Erhöhung der
Kosten einer Vorrichtung zur Her stellung solcher Gewinderollen wiederum
auch die Gewinderollen selbst verteuert.
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Ein
weiteres Problem des bekannten Verfahrens ist die Tatsache, dass
bei jedem Wechseln der Schleifscheibe bzw. nach dem Abrichten derselben der
Nullpunkt des Werkstücks
in aufwendiger Art und Weise mechanisch angefahren werden muss,
um die erforderliche Genauigkeit bei der nachfolgenden Bearbeitung
einhalten zu können.
Des weiteren ist zum Schleifen des Anlaufs des Gewindes während der Fertigung
ein Umspannen der Werkstücke
erforderlich.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Herstellen einer Gewinderolle zu schaffen, mit welchem die Gewinderolle
bei zumindest derselben Präzision
wie bei bekannten Verfahren erheblich schneller und somit kostengünstiger
hergestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen einer Gewinderolle mit folgenden
Ver fahrensschritten gelöst:
Einbringen einer Gewinderille in ein Werkstück mittels einer spanenden
Vorbearbeitung, Härten
des vorbearbeiteten Werkstücks,
Fertigbearbeiten der Gewinderille des gehärteten Werkstücks durch
Schleifen mittels einer Schleifscheibe, die mit einer Vorschubbewegung dem
Verlauf der Gewinderille folgt.
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Durch
die erfindungsgemäße spanende
Vorbearbeitung kann das spätere
Schleifen der Gewinderille, welches sowohl zur Erzielung einer ausreichenden
Maßhaltigkeit
als auch zur Herstellung einer geringen Oberflächenrauhigkeit dient, in erheblich kürzerer Zeit
als bei bislang bekannten Verfahren zur Herstellung von Gewinderollen
durchgeführt
werden, so dass sich insgesamt eine erheblich reduzierte Fertigungszeit
pro Gewinderolle ergibt, wodurch, auch aufgrund von niedrigeren
Lohnkosten, mit entsprechend reduzierten Kosten für die mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Gewinderolle zu rechnen ist.
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Dadurch,
dass die Schleifscheibe beim Schleifen mit ihrer Vorschubbewegung
dem Verlauf der Gewinderille folgt, kann beim Schleifen eine einfache
Schleifscheibe verwendet werden, die nicht entsprechend dem herzustellenden
Gewinde aufwendig profiliert sein muss, was zu einer Vereinfachung
der zur Durchführung
des Verfahrens erforderlichen Vorrichtung und somit zu einer weiteren
Verringerung der Kosten führt.
Des weiteren ist es durch den erfindungsgemäßen Schritt des Schleifens
möglich,
unterschiedliche Gewinderollen nacheinander herzustellen, ohne das
hierfür
ein zu großer
Aufwand getätigt
werden muss.
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Als
spanende Vorbearbeitung kann alternativ Drehen oder Fräsen verwendet
werden. Die spanende Vorbearbeitung zur Einbringen der Gewinderille kann
zwar mit einem entsprechend ausgebildeten Fräswerkzeug ausgeführt werden,
in den meisten Fällen
ist jedoch aufgrund der einfacheren Vorgehensweise, bei der das
Werkstück
rotiert und das Werkzeug still steht, Drehen zu bevorzugen.
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Eine
Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in Anspruch 7 angegeben. Diese Vorrichtung erfordert zwar mit
der Maschine zur spanenden Vorbearbeitung rein bezogen auf die Anzahl
der erforderlichen Maschinen einen höheren Aufwand als die bekannten
Vorrichtungen, insbesondere die Schleifmaschine kann jedoch sehr viel
einfacher als bei bekannten Vorrichtungen ausgeführt sein.
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Der
besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber bekannten
Vorrichtungen liegt jedoch eindeutig in der sehr viel größeren Flexibilität, wodurch
die bereits oben beschriebenen Vorteile bei der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ermöglicht
werden, insbesondere die Tatsache, dass Serienteile und Einzelteile
gleichermaßen
einfach hergestellt werden können.
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Eine
Werkstückaufnahme
zur Aufnahme eines wenigstens eine Bohrung aufweisenden Werkstücks, insbesondere
einer Gewinderolle, ist in Anspruch 12 angegeben.
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Durch
diese Werkstückaufnahme,
die einen Spanndorn aufweist, dessen Durchmesser zum Spannen des
Werkstücks
vergrößerbar ist,
können insbesondere
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
herzustellende Gewinderollen zwischen den einzelnen Verfahrensschritten
bzw. den einzelnen Maschinen der erfindungsgemäßen Vorrichtung transportiert
werden. Dabei stellt die erfindungsgemäße Spannung des Werkstücks mittels
des im Durchmesser vergrößerbaren
Spanndorns eine gleichermaßen einfache
wie sichere Lösung
dar.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 eine
erste Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 eine
zweite Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
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3 eine
erfindungsgemäße Werkstückaufnahme
mit einer darauf angebrachten Gewinderolle.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer Vorrichtung 1, mit welcher erst in 3 näher dargestellte
Gewinderollen 2 aus Werkstücken 2' hergestellt werden können. Die
Gewinderollen 2 bzw. die Werkstücke 2' bestehen vorzugsweise aus einem Hochleistungs-Schnellarbeits-Stahl
(HSS) und weisen eine Gewinderille 3 auf, welche beim Herstellen von
nicht dargestellten Bauteilen mit Außengewinden, wie zum Beispiel
Schrauben oder dergleichen, zum Einbringen einer entsprechenden
Gewinderille mittels Umformung dient. Da der Betrieb und die Handhabung
solcher Gewinderollen 2 allgemein bekannt ist, wird im
folgenden nicht näher
darauf eingegangen.
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Die
Vorrichtung 1 weist zunächst
eine Maschine 4 zur spanenden Vorbearbeitung der Werkstücke 2' auf. Hierbei
kann es sich um eine Dreh- oder Fräsmaschine handeln, welche vorzugsweise CNC-gesteuert
ist und mit Hilfe von entsprechenden, in eine nicht dargestellte
Steuerung der Maschine 4 einprogrammierten Werkstückdaten,
die z.B. aus CAD/CAM-Daten erzeugt und zu einem entsprechenden Programm
verarbeitet werden können,
eine spanende Vorbearbeitung der Werkstücke 2' vornimmt. Diese spanende Vorbearbeitung
umfasst zumindest das Einbringen der Gewinderillen 3 in
das Werkstück 2', kann jedoch
auch das Ablängen
und gegebenenfalls eine Bearbeitung der Umfangs- und/oder Planflächen des
Werkstücks 2' umfassen. In
diesem Zusammenhang können
die Werkstücke 2' auch als der
Maschine 4 kontinuierlich zugeführtes Stangenmaterial vorliegen.
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Wenn
als spanende Vorbearbeitung Drehen verwendet wird, so ist das Werkstück 2' vorzugsweise
in einem nicht dargestellten Spannfutter eingespannt und führt eine
Rotationsbewegung aus, während
das ebenfalls nicht dargestellte Bearbeitungswerkzeug still steht.
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Wird
als spanende Vorbearbeitung Fräsen verwendet,
so steht das Werkstück 2' vorzugsweise still
und ein nicht dargestellter Fräser
als Bearbeitungswerkzeug rotiert um seine eigene Achse sowie um
das Werkstück 2', um die Gewinderille 3 einzubringen.
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Nach
der spanenden Vorbearbeitung kann das Werkstück 2' in nicht dargestellter Weise mit Werkstückdaten
versehen werden, welche Informationen über die Abmaße und das
Gewinde der in einem späteren
Verfahrensschritt fertig zu bearbeitenden Gewinderolle 2 umfassen.
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Von
der Maschine 4 zur spanenden Vorbearbeitung wird das mit
der Gewinderille 3 versehene Werkstück 2' nach seiner Bearbeitung mittels
einer Fördereinrichtung 5,
beispielsweise einem Förderband,
zu einer Härteanlage 6 gebracht.
Dort werden die Werkstücke 2' gehärtet, vorzugsweise
durch ein an sich bekanntes Vakuumhärteverfahren, was zu einer
geforderten Härte
und einer verhältnismäßig guten
Oberfläche
der Werkstücke 2' führt. Je
nach Material der Werkstücke 2' kann selbst verständlich auch ein
anderes Härteverfahren
angewendet werden. Die Härteanlage 6 ist
nicht notwendigerweise wie im vorliegenden Fall mit der Maschine 4 verbunden,
sondern könnte
sich auch verhältnismäßig weit
entfernt von derselben befinden, gegebenenfalls auch in einem anderen
Gebäude,
beispielsweise in einer Härterei.
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An
die Härteanlage 6 schließt sich
eine zweite Fördereinrichtung 7 an,
welche die Werkstücke 2' in den Arbeitsbereich
einer ersten Handhabungs- bzw. Transporteinrichtung 8 bringt.
Der Arbeitsbereich der Transporteinrichtung 8 ist als strichpunktierter
Kreis um die erste Transporteinrichtung 8 angedeutet.
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Die
erste Transporteinrichtung 8, welche im vorliegenden Fall
als Roboterarm ausgebildet ist, bringt die Werkstücke 2' zu einer Palette 9,
auf welcher sich eine Vielzahl von Werkstückaufnahmen 10 zur
Aufnahme der Werkstücke 2' befindet. Statt
der Transporteinrichtung 8 könnte auch eine Bedienperson
vorgesehen sein, um die Paletten 9 mit den Werkstücken 2' zu bestücken.
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Diese
Bedienperson könnte
auch die oben beschriebenen Werkstückdaten an den Werkstücken 2' anbringen,
gegebenenfalls auch nur für
eine befristete Zeitdauer, beispielsweise bis zu einem nachfolgenden
Bearbeitungsschritt.
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Um
eine weitere Bearbeitung der Werkstücke 2' vornehmen zu können, wird die Palette 9 um einen
Drehpunkt 11 gedreht und gelangt so in den ebenfalls mittels
einer strichpunktierten Linie dargestellten Arbeitsbereich einer
zweiten Handhabungs- bzw. Transporteinrichtung 12, die
ebenfalls als Roboterarm ausgebildet ist. Diese zweite Transporteinrichtung 12 greift
eines der Werkstücke 2', indem sie
die gesamte Werkstückaufnahme 10,
auf der sich das Werkstück 2' befindet, greift.
In diesem Zusammenhang könnten
die Werkstückaufnahmen 10 auch
bereits beim Transport der Werkstücke 2' von der Maschine 4 zur
spanenden Bearbeitung zu der Härteanlage 6 eingesetzt
werden.
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Wenn
die Werkstückdaten
des Werkstücks 2' nach dem Härten nicht
unmittelbar zugänglich sind,
so kann das Werkstück 2' durch die zweite Transporteinrichtung 12 einer
Messeinrichtung 13 zugeführt werden, in welcher das
Werkstück 2' ausgemessen
wird und die gemessenen Daten gespeichert werden. Diese Daten, welche
einen Rückschluss
auf die vorzunehmende Bearbeitung des Werkstücks 2' zulassen, können von der Messeinrichtung 13 einer
nicht dargestellten Steuereinrichtung zugeführt werden, wo sie zur Steuerung
der nachfolgend beschriebenen Bearbeitung verwendet werden.
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Wenn
die Werkstückdaten
nach dem Härten zugänglich bzw.
an der Werkstückaufnahme 10 angebracht
sind, so werden die Werkstücke 2' mittels der
zweiten Transporteinrichtung 12 einer Leseeinrichtung 14 zugeführt, um
die Werkstückdaten
auszulesen. Benachbart zu der Leseeinrichtung 14 ist eine Beschriftungseinrichtung 15 angeordnet,
in welcher die Werkstücke 2' bzw. die Werkstückaufnahmen 10 mit
den Werkstückdaten
versehen werden können, was
später
noch detaillierter beschrieben wird.
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Die
zweite Transporteinrichtung 12 bringt die Werkstückaufnahme 10 mit
dem Werkstück 2' in beiden Fällen zu
einer von zwei Schleifmaschinen 16 bzw. 17, welche
jeweilige, äußerst schematisch
dargestellte Schleifscheiben 17 und 18 aufweisen.
Innerhalb einer der beiden Schleifmaschinen 16 oder 17 wird
die Gewinderille 3 des gehärteten Werkstücks 2' durch Schleifen
mittels einer der Schleifscheiben 18 oder 19 fertigbearbeitet,
wobei die Schleifscheibe 18 oder 19 mit einer
Vorschubbewegung dem Verlauf der Gewinderille 3 folgt.
Hierbei kann die Bewegung der Schleifscheibe 18 bzw. 19 oder
gegebenenfalls die Bewegung des in einer nicht dargestellten Spanneinrichtung
gespannten Werkstücks 2' von den durch
die Leseeinrichtung 14 erlangten Werkstückdaten und/oder von den nach
dem Härten
an der Messeinrichtung 13 gemessenen Daten gesteuert werden.
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Bei
der Bearbeitung der Werkstücke 2' werden durch
die Schleifscheibe 18 oder 19 vorzugsweise ca.
0,2 mm des Durchmessers der Werkstücke 2' abgetragen, um so eine sehr gute
Maßhaltigkeit
und die erforderliche Oberflächengüte der Gewinderille 3 zu
erreichen. Dabei ist es auch möglich,
den Gewindeanlauf und den Gewindeauslauf der Gewinderille 3 mit
der Schleifscheibe 18 oder 19 zu schleifen, ohne die
Schleifscheibe 18 oder 19 abzusetzen. Die beiden
Schleifmaschinen 16 und 17 dienen lediglich einer
besseren Auslastung der gesamten Vorrichtung 1 und es könnte gegebenenfalls
auch lediglich eine der beiden Schleifmaschinen 16 bzw. 17 vorgesehen sein.
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Um
die Vorschubbewegung der Schleifscheibe 18 bzw. 19 an
die Maße
der herzustellenden Gewinderille 3 anpassen zu können, sind
die Schleifscheiben 18 bzw. 19 der Schleifmaschinen 16 bzw. 17 oder
gegebenenfalls die Werkstücke 2' in wenigstens
fünf Achsen
beweglich und CNC-gesteuert. Des weiteren weisen die Schleifmaschinen 16 bzw. 17 nicht
dargestellte Einrichtungen auf, mittels welcher die Schleifscheiben 18 bzw. 19 automatisch
gewechselt werden können,
um gegebenenfalls bereits während
des Transports der Werkstücke 2' durch die zweite
Transporteinrichtung 12 einen Wechsel der Schleifscheiben 18 bzw. 19 vorzunehmen,
wenn eine Gewinderille 3 mit einer anderen Geometrie bzw.
einer anderen Gewindeform hergestellt werden soll und hierfür eine andere
Schleifscheibe 18 bzw. 19 benötigt wird. Hierzu ist es selbstverständlich erforderlich,
dass die jeweiligen Schleifmaschinen 16 bzw. 17 einen
entsprechenden Vorrat an auswechselbaren Schleifscheiben aufweisen,
der jedoch im vorliegenden Fall nicht dargestellt ist.
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Nach
dem Fertigbearbeiten der Werkstücke 2', also der Fertigstellung
der Gewinderillen 3, transportiert die zweite Transporteinrichtung 12 dieselben zusammen
mit der zugehörigen
Werkstückaufnahme 10 zurück zu der
Palette 9, wo sie, wie durch den Pfeil 20 angedeutet,
abtransportiert werden können.
Die hierfür
verwendeten Einrichtungen sind im vorliegenden Fall nicht dargestellt.
Zuvor kann die Transporteinrichtung 12 die fertig bearbeiteten
Gewinderollen 2 nochmals zu der Messeinrichtung 13 transportieren,
um dieselben auszumessen und anhand eventueller Maßfehler,
beispielsweise aufgrund von Verschleiß der Schleifscheiben 18 bzw. 19,
die Schleifscheiben 18 bzw. 19 nachzustellen und gegebenenfalls
die Gewinderolle 2 in der Schleimaschine 16 oder 17 nachzubearbeiten.
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Die
Vorrichtung 1 bildet somit eine automatisierte Fertigungslinie,
die von einer Steuerungseinrichtung gesteuert die Werkstücke 2', die zunächst der
Maschine 4 zur spanenden Vorbearbeitung zugeführt werden,
zu den Gewinderollen 2 verarbeitet. Die zur Bearbeitung
der Werkstücke 2' erforderlichen
Daten sind dabei innerhalb der Steuerungseinrichtung in Form einer
Datenbank einprogrammiert.
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In 2 ist
eine alternative Ausführungsform der
Vorrichtung 1 dargestellt, wobei der einzige Unterschied
in der Ausführung
der Palette 9 zwischen den beiden Transporteinrichtungen 8 und 12 besteht. Diese
ist nicht um den Drehpunkt 11 drehbar sondern es sind mehrere
Paletten 9 vorgesehen, die in Richtung eines mit dem Bezugszeichen 21 versehenen Pfeils
verschoben werden können.
In diesem Fall bestückt
also die erste Transporteinrichtung 8 die Paletten 9,
worauf diese in den Arbeitsbereich der zweiten Transporteinrichtung 12 gemäß dem Pfeil 21 gefördert werden.
Dort entnimmt die zweite Transporteinrichtung 12 eine der
Werkstückaufnahmen 10 mit dem
Werkstück 2' und führt dieselbe
nach der erfolgten Bearbeitung in einer der Schleifmaschinen 16 oder 17 wieder
einer der Paletten 9 zu.
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3 zeigt
die Werkstückaufnahme 10 in größerem Detail.
Wie bereits beschrieben dient die Werkstückaufnahme 10 zur
Aufnahme der Gewinderolle 2, und zwar an einer in Achsrichtung
derselben verlaufenden, zentralen Bohrung 22. Die Werkstückaufnahme 10 weist
einen ersten Abschnitt 23 auf, der zur Aufnahme in einer
Werkzeugmaschine, also insbesondere in einer der beiden Schleifmaschinen 16 bzw. 17,
vorgesehen ist. An den ersten Abschnitt 23 schließt sich
ein mittlerer Abschnitt 24 an, welcher mit einer Nut 25 zum
Eingriff mit einer der beiden Transporteinrichtungen 8 oder 12 vorgesehen
ist. Auf diese Weise kann eine der beiden Transporteinrichtungen 8 oder 12 die
Werkstückaufnahme 10 in
an sich bekannter Weise greifen. Die Nut 25 ist mit einer
senkrecht zu derselben und in Achsrichtung der Werkstückaufnahme 10 verlaufenden
Nut 25a verse hen, welche zur exakten Positionierung des
Werkstücks 2' innerhalb der
Schleifmaschinen 16 bzw. 17 dient. Dadurch wird
sichergestellt, dass die Schleifscheibe 18 bzw. 19 bezüglich des
Anlaufs der Gewinderille 3 korrekt positioniert ist.
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An
den mittleren Abschnitt 24 schließt sich ein zweiter Abschnitt 26 an,
der zur Aufnahme des Werkstücks 2' an dessen Bohrung 22 vorgesehen
ist. Zum Spannen des Werkstücks 2' dient ein dem
zweiten Abschnitt 26 zugeordneter Spanndorn 27,
dessen Durchmesser wie nachfolgend beschrieben durch hydraulische
oder pneumatische Beaufschlagung derart vergrößerbar ist, dass das Werkstück 2' auf dem Spanndorn 27 gespannt
ist. Um diese Vergrößerung des
Durchmessers zu erreichen, weist der Spanndorn 27 eine
Hülse 28 auf,
zu der eine zentrale Hydraulikleitung 29 führt, die
sich innerhalb des Spanndorns 27 in einzelne Leitungen 30 verzweigt. Die
Hülse 28 besteht
aus einem möglichst
dünnen, ausreichend
flexiblen Material, vorzugsweise aus einem dünn gewalzten Stahl, dessen
Durchmesser durch Beaufschlagung über die Hydraulikleitung 29 und
die Leitun gen 30 im 1/100 mm-Bereich vergrößert werden
kann, so dass sich die Hülse 28 an
der Bohrung 22 des Werkstücks 2' anlegt und dieses spannt.
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Zwischen
dem mittleren Abschnitt 24 und dem Spanndorn 27 weist
der zweite Abschnitt 26 eine Einrichtung 31 zur
Aufnahme von Werkstückdaten
auf, welche im vorliegenden Fall als auswechselbare Scheibe ausgebildet
ist. Es ist vorgesehen, die Werkstückdaten beispielsweise in Form
eines Barcodes innerhalb der Beschriftungseinrichtung 15 an der
Werkstückaufnahme 10 anzubringen
bzw. auszutauschen, wobei genau ein Barcode einer bestimmten Gewinderolle 2 zugeordnet
ist. Auf diese Weise können
die sich auf der Scheibe befindlichen Werkstückdaten von der Leseeinrichtung 14 gelesen
werden. Für
unterschiedliche Größen von
Werkstücken 2' können unterschiedlich
große
Scheiben eingesetzt werden. Dies stellt jedoch nur eine Möglichkeit
dar, um mit ein und derselben Werkstückaufnahme 10 unterschiedliche
Werkstücke 2' aufzunehmen.
Alternativ könnte
nämlich
auch der gesamte zweite Abschnitt 26 andere Abmaße aufweisen,
wobei der erste Abschnitt 23 aufgrund der Kompatibilität mit den Schleifmaschinen 16 und 17 stets
gleich ausgeführt ist.