DE19651422A1 - Richtmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Richten langgestreckter, zylindrischer Werkstücke, insbesondere von Drähten oder Rohren, mit Richtkör­ pern, zwischen denen das Werkstück in Richtung sei­ ner Längsachse bewegt wird, die in einer Ebene senkrecht zur Längsachse an ihm anliegen, aufeinan­ der zugerichtete Kräfte ausüben und eine Einstell­ vorrichtung mit Steuereinheit aufweisen, welche die Kräfte in Abhängigkeit von den Meßwerten eines Sen­ sors regelt, der Erhöhungen und Vertiefungen der Oberfläche des Werkstückes erfaßt.

Zur Platzersparnis bei Transport und Lagerung wer­ den langgestreckte Werkstücke, insbesondere Drähte oder Rohre, die aus hinreichend flexiblem Material bestehen, häufig spiralförmig zu Rollen gebogen. Wird das Werkstück dabei dauerhaft deformiert, spe­ ziell wenn es über einen langen Zeitraum hinweg im aufgerolltem Zustand verbleibt, so ist vor Einbau oder Weiterverarbeitung ein Richtvorgang erforder­ lich, um seine gerade Gestalt wiederherzustellen, speziell wenn nachfolgende Fertigungsvorgänge eine präzise Einhaltung geometrischer Parameter der Rohlinge erfordern.

Aus der Druckschrift DE 34 14 486 C2 ist zu diesem Zweck eine Richtmaschine für Blechband bekannt, mit der sich Krümmungen und Unregelmäßigkeiten der Oberfläche sowie Welligkeiten und Verspannungen be­ seitigen lassen, so daß ein glattes Band entsteht. Dabei wird das Band zwischen Paaren gegenüberlie­ gender, kreiszylindrischer Rollen hindurchgeführt, welche die Richtkörper der Maschine bilden und auf­ einander zu gerichtete Kräfte senkrecht zur Längsachse des Bandes ausüben. Der Betrag der Kräfte wird mittels hydraulischer Stellmotoren va­ riiert, deren Steuereinheit die Regelung in Abhän­ gigkeit von den Meßwerten eines Sensors vornimmt, der Erhöhungen und Vertiefungen der Oberfläche des Bandes und damit dessen Krümmungen und Rauhigkeiten erfaßt. Zweckmäßig ist auch dem letzten Walzenpaar der Richtmaschine ein Sensor nachgeordnet, der ver­ bleibende Unregelmäßigkeiten des Bandes ermittelt, in Abhängigkeit von denen die Steuereinheit die Einstellwerte korrigiert.

Zum Richten eindimensional langgestreckter Werk­ stücke wie Drähten oder Rohren sind bekannte Richt­ maschinen jedoch ungeeignet. Insbesondere können bei derartigen Werkstücken Verkrümmungen in beiden Raumrichtungen senkrecht der Längsachse auftreten, während Deformationen bei Bändern nahezu aus­ schließlich senkrecht der Bandebene auftreten, und Richtvorgänge in der Bandebene daher nicht erfor­ derlich sind. Speziell bei Werkstücken mit kreis­ förmigem Querschnitt würde die Verwendung gebräuch­ licher Richtmaschinen darüber hinaus zu einer Ab­ plattung durch die Walzenoberflächen und damit ei­ ner erheblichen Beschädigung des Werkstückes füh­ ren.

Vor diesem Hintergrund hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, eine Richtmaschine zu entwic­ keln, welche ein optimales Richten langgestreckter, zylindrischer Werkstücke ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, die Oberfläche der Richtkörper komplementär zur Oberfläche des Werkstückes geformt ist, die Richtkörper über die gesamte Breite ihrer auf das Werkstück zu weisenden Stirnflächen am Werkstück anliegen, mindestens drei Richtkörper das Werkstück in einer Ebene umgreifen und Sensoren Erhöhungen und Vertiefungen der Werkstückoberfläche in minde­ stens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen erfas­ sen.

Um die präzise Ausrichtung langgestreckter Werk­ stücke vornehmen zu können, ist es zunächst erfor­ derlich, Erhöhungen und Vertiefungen ihrer Oberflä­ che und damit Krümmungen und Welligkeiten zu erfas­ sen. Im Fall eindimensional langgestreckter Werk­ stücke ist die Erfassung dabei in mindestens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen erforderlich, die senkrecht zur Längsachse der Werkstücke ausgerich­ tet sind. Vorzugsweise stehen die Raumrichtungen bei zwei Sensoren, für die sich beispielsweise op­ tische oder mechanische Abstandsmesser eignen, gleichfalls senkrecht zueinander; speziell bei Werkstücken größeren Querschnitts, etwa Rohren, er­ weist sich jedoch eine erhöhte Zahl von Sensoren als zweckmäßig.

Zum Ausrichten wird das Werkstück in einer Ebene senkrecht seiner Längsachse von mindestens drei Richtkörpern umfaßt, deren Kraftwirkung auf be­ kannte Weise mit einer Einstellvorrichtung verän­ derlich ist. Denkbar sind auch größere Zahlen von Richtkörpern, vorzugsweise vier bis acht, welche die Ausrichtung in einer entsprechenden Anzahl von Raumrichtungen in der Ebene senkrecht der Längsachse des Werkstückes ermöglicht, so daß ein dreidimensional ausgerichteter Körper entsteht. Um eine einfache Steuerung zu gestatten, entsprechen die Symmetrien der Anordnungen von Richtkörpern und Sensoren einander vorzugsweise. Die koplanare An­ bringung von Richtkörpern, die Kräfte in unter­ schiedlichen Raumrichtungen ausüben, verhindert, daß das Werkstück der Kraftwirkung unter Tosion um seine Längsachse ausweicht. Somit ist eine unvoll­ ständige Ausrichtung ausgeschlossen.

Bei Walzen zum Richten bandförmigen Materials ist es üblich, die Walzenbreite größer als die des Ban­ des zu wählen, um das Richten von Werkstücken un­ terschiedlicher Breiten zu ermöglichen. Dagegen ist die Oberfläche der Richtkörper bei der erfindungs­ gemäßen Richtmaschine komplementär zur Werkstücko­ berfläche geformt. Somit liegen die Richtkörper flächig oder zumindest entlang einer Linie an der Werkstückoberfläche an. Auf diese Weise ist sicher­ gestellt, daß eine Beschädigung vermieden wird. So­ mit hat die Stirnfläche des Richtkörpers im Fall eines kreiszylindrischen Werkstückes beispielsweise die Gestalt eines Hohlzylinderabschnitts. Um die Anordnung der Richtkörper in einer Ebene zu ermög­ lichen, ist die Breite ihrer Stirnflächen gleich der Breite ihrer Kontaktfläche mit dem Werkstück.

Die erfindungsgemäße Richtmaschine gestattet ein optimales Ausrichten langgestreckter Werkstücke konstanten Querschnitts, wobei Wellungen und Krüm­ mungen der Oberfläche nahezu vollständig beseitigt werden. Ungewollte Oberflächendeformationen während des Richtvorgangs sind dagegen aufgrund der komple­ mentär geformten Richtkörper ausgeschlossen. Somit entsteht ein gerichtetes zylindrisches Werkstück, dessen geometrische Parameter den Sollwerten in op­ timaler Weise entsprechen.

Als Richtkörper sind insbesondere drehbare Rollkör­ per geeignet, welche unter minimalem Verschleiß und geringsten Schädigungen auf der Oberfläche des Werkstückes abrollen. An ihrem äußerem Umfang sind die Rollkörper komplementär zur Oberfläche des Werkstückes geformt. Bei Werkstücken mit kreis- oder ellipsenförmigem Querschnitt weisen die Roll­ körper somit einen hohlkegelförmigen, d. h. konka­ ven, kreissegmentförmig eingewölbten Umfang auf.

Ein Nachteil drehbarer Rollkörper besteht darin, daß sie lediglich auf einer Linie am Werkstück an­ liegen. Sofern ein flächiger Kontakt erwünscht ist, besteht eine vorteilhafte Alternative darin, Gleit­ körper als Richtkörper zu verwenden, über deren Oberfläche das Werkstück gezogen oder geschoben wird. Beschädigungen lassen sich in diesem Fall vermeiden, indem die Oberfläche der Gleitkörper aus einem hinreichend weichem Material, etwa einem Kunststoff besteht, oder mit einem Schmiermittel versehen ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Werkstück umlaufend von seinen Kontaktflä­ chen mit den Richtkörpern umschlossen, so daß auf seine gesamte Oberfläche Kraftwirkungen ausübbar sind. In diesem Fall sind die Richtkörper lediglich durch schmale Spalte voneinander beabstandet, die erforderlich sind, um ihre gegenseitige Beweglich­ keit und damit die Veränderlichkeit der Kraftbeauf­ schlagung des Werkstückes zu ermöglichen. Indem die gesamte Oberfläche des Werkstückes durch die Richt­ körper bearbeitbar ist, lassen sich Oberflächenver­ formungen und -unregelmäßigkeiten an beliebigen Po­ sitionen beseitigen.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind die Kontaktflächen der Richtkörper mit dem Werkstück achsensymmetrisch zu dessen Längsachse angeordnet. Auf diese Weise ist eine gleichmäßige Ausrichtung des Werkstückes unabhängig von der Po­ sition der Unregelmäßigkeit auf seiner Oberfläche gewährleistet.

Eine vorteilhafte Richtmaschine weist Führungsrol­ len für das Werkstück auf, die den Richtkörpern vor- und/oder nachgeordnet sind. Sie stellen eine optimale Position des Werkstückes zu den Richtkör­ pern und damit eine optimale Ausrichtung sicher. Sofern das Werkstück nicht durch die Richtmaschine gezogen bzw. geschoben wird oder mit einem Antrieb versehene Rollen als Richtkörper Verwendung finden, dienen die Führungsrollen auch dem Vorschub des Werkstückes.

Neben Sensoren, die den Richtkörpern vorgeordnet sind und Oberflächendeformationen des zugeführten Werkstückes zum Zweck einer optimalen Krafteinstel­ lung der Richtkörper erfassen, sind Sensoren zweck­ mäßig, welche den Richtkörpern nachgeordnet sind. Sie ermöglichen eine Überprüfung des Arbeitsergeb­ nisses, wobei sich das Signal der nachgeordneten Sensoren verwenden läßt, um Über- oder Unterkompen­ sationen der Oberflächendefekte zu vermeiden.

Zweckmäßig sind nachgeordnete Sensoren insbesondere in Verbindung mit einer selbstlernenden Steuerein­ heit. Bei ihr ist die Beziehung zwischen den Meß­ werten der Sensoren und den Einstellwerten der Richtkörper nicht fest vorgegeben ist, sondern wird in Abhängigkeit vom Arbeitsergebnis optimiert, bis ein exakt ausgerichteter Körper entsteht.

Insbesondere bei starken Deformationen des Werk­ stückes erweist sich eine mehrstufige Ausrichtung als zweckmäßig. In diesem Fall umfaßt die Richtma­ schine mindestens zwei Ebenen mit Richtkörpern, von denen die eine zur Vor- und die andere zur Feinbe­ arbeitung der Werkstücke dient. Zur beständigen Kontrolle des Arbeitsergebnisses ist es dabei von Vorteil, auch zwischen den Ebenen mit Richtkörpern Sensoren anzuordnen, die mit der Steuereinheit in Verbindung stehen.

Schließlich wird vorgeschlagen, daß die Anordnung der Richtkörper in unterschiedlichen Ebenen relativ zueinander um die Längsachse des Werkstückes ge­ dreht ist. Beispielsweise ist es bei jeweils kreuz­ förmiger Anordnung der Richtkörper zweckmäßig, daß die Anordnung in der ersten Ebene gegenüber der in der zweiten Ebene um 45° gedreht ist. In Projektion entlang der Werkstücklängsachse entsteht somit eine 8-zählige Symmetrie. Auf diese Weise läßt sich auch mit einer vergleichsweise geringen Zahl von Richt­ körpern in jeder Ebene eine sehr gleichmäßige, dreidimensionale Ausrichtung des Werkstückes reali­ sieren.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert ist. Sie zeigt in prinzipienhafter Darstellung

Fig. 1 Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Richtmaschine,

Fig. 2 Querschnitt entlang der Linie II-II'.

Die in Fig. 1 gezeichnete Richtmaschine besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus in den Ebenen (I-I') und (II-II') angeordneten Richtkörpern (1), welche um Achsen (2) drehbar sind und mittels Ein­ stellvorrichtungen (3) gegenüber dem Rahmen (4) der Vorrichtung beweglich sind. Um die Führung eines Werkstückes (5) zwischen den Richtkörpern (1) zu verbessern, sind ihnen mit einen Antrieb versehene Führungsrollen (6) in Bewegungsrichtung des Werk­ stücks (5), d. h. in Richtung seiner Längsachse (7), vor- und nachgeordnet. Die Verstellung der Richtkörper (1) mittels der Einstellvorrichtung (3) wird von einer Steuereinheit (8) geregelt, welche Erhöhungen und Vertiefungen seiner Oberfläche mit Sensoren (9) erfaßt. Abhängig von den ermittelten Krümmungen und Welligkeiten der Werkstückoberfläche regelt die Steuereinheit (8) die Kraftwirkung der Richtkörper (1) auf die Oberfläche des Werkstücks (5), derart, daß eine präzise Ausrichtung erfolgt.

Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch die Ebene (II-II') dar, in der die relative Anordnung der Richtkörper (1) zueinander erkennbar ist. Sie umge­ ben das Werkstück (5) kreuzförmig und umschließen es somit in der Ebene (II-II') mit Ausnahme schmaler Spalte, welche die gegenseitige Verstel­ lung der Richtkörper (1) zueinander ermöglichen, vollständig. Folglich lassen sich Krümmungen in be­ liebiger Richtung durch geeignete Kraftwirkungen der Richtkörper (1) auf das Werkstück (5) ausglei­ chen. Dabei verhindert die Anordnung der Richtkör­ per (1) in einer Ebene, daß das Werkstück (5) den Kräften unter Drehung um seine Längsachse (7) aus­ weicht und somit keine vollständige Richtung er­ folgt.

Die Stirnflächen (10) der Richtkörper (1), welche die Kontaktflächen zum Werkstück (5) bilden, weisen eine konkave, zur Oberfläche des Werkstücks (5) komplementäre Krümmung auf, so daß sich die Aufla­ gefläche vergrößert und Schädigungen der Werk­ stückoberfläche vermieden werden. Die Breite der Stirnflächen (10) stimmt mit der Breite der Kon­ taktfläche zum Werkstück (5) überein, damit rela­ tive Verstellungen benachbarter Richtkörper (1) ge­ geneinander ohne Behinderung möglich sind.

Im Ergebnis entsteht somit eine Richtmaschine, wel­ che eine optimale Ausrichtung langgestreckter, zy­ lindrischer Werkstücke gestattet.

Claims (11)

1. Maschine zum Richten langgestreckter, zylindri­ scher Werkstücke, insbesondere von Drähten oder Rohren, mit Richtkörpern, zwischen denen das Werk­ stück in Richtung seiner Längsachse bewegt wird, die in einer Ebene senkrecht zur Längsachse an ihm anliegen, aufeinander zugerichtete Kräfte ausüben und eine Einstellvorrichtung mit Steuereinheit auf­ weisen, welche die Kräfte in Abhängigkeit von den Meßwerten eines Sensors regelt, der Erhöhungen und Vertiefungen der Oberfläche des Werkstückes erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Oberfläche der Richtkörper (1) komplementär zur Oberfläche des Werkstückes (5) geformt ist,
• - die Richtkörper (5) über die gesamte Breite ihrer auf das Werkstück (5) zu weisenden Stirnflächen am Werkstück (5) anliegen,
• - mindestens drei Richtkörper (1) das Werkstück (5) in einer Ebene (I-I', II-II') umgreifen
• - und Sensoren (9) Erhöhungen und Vertiefungen der Werkstückoberfläche in mindestens zwei unterschied­ lichen Raumrichtungen erfassen.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Richtkörper (1) drehbare Rollkörper sind.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Richtkörper Gleitkörper sind.

4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (5) umlaufend von den Kontaktflächen mit den Richtkör­ pern (1) umschlossen ist.

5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen der Richtkörper (1) mit dem Werkstück (5) achsen­ symmetrisch zu dessen Längsachse (7) angeordnet sind.

6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (5) durch Führungsrollen (6) geführt ist, die den Richtkörpern (1) vor- und/oder nachgeordnet sind.

7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß den Richtkörpern (1) Sensoren (9) nachgeordnet sind.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinheit (8) selbstlernend ist.

9. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ebenen (I-I', II-II') mit Richtkörpern (1) vorhan­ den sind.

10. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (9) in Bewegungsrichtung des Werkstücks (5) vor oder zwi­ schen den Richtkörpern (1) angeordnet sind.

11. Maschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anordnung der Richtkörper (1) in unterschiedlichen Ebenen (I-I', II-II') um die Längsachse (7) des Werkstückes (5) gedreht ist.