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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Futter oder Spannfutter zur Bearbeitung von mechanischen Werkstücken, insbesondere von zumindest teilweise exzentrischen Wellen.
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Derartige Futter sind zur Herstellung von exzentrischen Wellen oder Zapfen im Fachbereich der Mechanik an Drehbänken oder Bearbeitungszentren montiert.
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In der Mechanik sind exzentrische Wellen bekanntermaßen Wellen mit kreisförmigem Querschnitt, deren Achse gegenüber der Drehachse der Welle selbst versetzt ist. Derartige Wellen werden üblicherweise dazu verwendet entweder um eine kontinuierliche Drehbewegung der Welle durch einen Stößel in eine Hin- und Herbewegung zu verwandeln oder um Vibrationen zu generieren. In selteneren Fällen werden sie verwendet, um Rotationsachsen von mechanischen Organen zu verschieben.
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Ein allgemein bekanntes Beispiel für ein Exzenter ist eine Nockenwelle, bei der der Nocken die Aufgabe hat, die typische Drehbewegung der Antriebswelle in eine geradlinige Hin- und Herbewegung zu verwandeln, die die Öffnung und die Schließung der Ventile in den Zylindern steuert.
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Um gegenwärtig Wellen oder Zapfen herzustellen, die mindestens einen ersten konzentrischen Teil und mindestens einen zweiten exzentrischen Teil aufweisen, müssen zwei Maschinen verwendet werden. Es gibt auch Futter, bei denen der Wechsel von konzentrisch zu exzentrisch in einer einzigen Maschine bewerkstelligt werden kann. Jedoch muss dazu die Maschine angehalten werden und das Futter dementsprechend eingestellt werden, was zu einem beträchtlichen Zeitverlust führt.
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Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Futter für exzentrische Wellen zu verwirklichen, bei dem sowohl die konzentrischen als auch die exzentrischen Bearbeitungen an einer selben Welle durchgeführt werden können, mit einem einzigen Spannvorgang und einer einzigen Maschine. Diese Lösung erlaubt die Verwendung einer einzigen Maschine und erhöht dadurch die Produktivität.
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Bei einem erfindungsgemäßen Futter kann die maximale Exzentrizität des Werkstücks eingestellt werden. Danach kann im Bruchteil einer Sekunde und – was sehr wichtig ist – während das Futter sich dreht, von der konzentrischen zur exzentrischen Stellung übergegangen werden und anders herum.
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Des Weiteren löst die vorliegende Erfindung ein weiteres Problem, das in Verbindung mit dem Vorhandensein von Vibrationen im Futter steht. Da es nämlich während der Bearbeitung von exzentrischen Teilen unausgeglichene rotierende Massen gibt, werden folglich schädliche transversale Vibrationen erzeugt, die die Präzision der Werkstückbearbeitung stark beeinträchtigen.
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Die vorliegende Erfindung setzt sich daher zum Ziel, auch dieses Problem zu lösen, in dem es eine rein mechanische, sehr zuverlässige Lösung einsetzt, bei der sich die rotierenden Massen automatisch ausbalancieren.
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Somit wird erfindungsgemäß ein Futter zur Herstellung von exzentrischen Wellen entsprechend Anspruch 1 oder einem der Ansprüche, die direkt oder indirekt vom Anspruch 1 abhängen, realisiert.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun, exemplarisch und nicht einschränkend, eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, bei denen:
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die 1 eine axonometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen Futters veranschaulicht, bei dem einige Elemente zerlegt sind;
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die 2 eine Vorderansicht des Futters gemäß 1 veranschaulicht;
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die 3 eine Seitenansicht des Futters gemäß 1 veranschaulicht;
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die 4 einen in 2 vorgenommenen Longitudinalschnitt A-A durch ein erfindungsgemäßes Futter zeigt, das sich in einer ersten Konfiguration befindet, das heißt für den Fall eines Bedarfs an einer konzentrischen Bearbeitung eines mechanischen Teils;
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die 5 einen weiterhin in 2 vorgenommenen Longitudinalschnitt A-A durch ein erfindungsgemäßes Futter zeigt, das sich in einer zweiten Konfiguration befindet, das heißt für den Fall eines Bedarfs an einer exzentrischen Bearbeitung desselben mechanischen Teils, auf das in 4 Bezug genommen wird;
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die 6 einen in der 2 vorgenommenen Longitudinalschnitt B-B durch ein erfindungsgemäßes Futter in der ersten Konfiguration gemäß 4 zeigt;
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die 7 eine erste Konfiguration einer Vorrichtung zur transversalen Verschiebung einer Zange veranschaulicht, die dazu geeignet ist, ein Werkstück einzuspannen;
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die 8 eine zweite Konfiguration einer Vorrichtung zur transversalen Verschiebung einer Zange veranschaulicht, die dazu geeignet ist, ein Werkstück einzuspannen;
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die 9 eine erste Konfiguration einer Ausgleichsvorrichtung zeigt;
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die 10 eine zweite Konfiguration einer Ausgleichsvorrichtung veranschaulicht; und
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die 11 einen in 5 ausgeführten Transversalschnitt C-C durch das in 1 dargestellte Futter zeigt; in der 11 werden zwei seitliche Gegengewichte gezeigt, deren eingenommene Stellung einer maximalen Exzentrizität des Werkstücks entspricht.
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Mit Bezug auf die 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11 wird mit 10 die Gesamtheit eines erfindungsgemäßen Futters bezeichnet.
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Das Futter 10 ist dazu geeignet ein mechanisches Werkstück (PZ) einzuspannen, um dessen folgende konzentrische und exzentrische Bearbeitungen zu erlauben.
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Das mechanische Werkstück (PZ) sieht nach der Bearbeitung mindestens einen konzentrischen Teil (PZ*) und mindestens einen exzentrischen Teil (PZ) vor.
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Mit anderen Worten, wenn man mit (AR) die Rotationsachse des Werkstücks bezeichnet und mit (AP) die Achse des Werkstücks (PZ) selbst (oder besser die Symmetrieachse des konzentrischen Teils (PZ*)), dann stimmen die beiden Achsen (AR) und (AP) in der Konfiguration nach 4 (bei der eine spanende Bearbeitung des symmetrischen Teils (PZ*) mit einem nicht dargestellten Werkzeug vorgenommen wird) überein; während in der Konfiguration nach 5 (bei der eine Bearbeitung des asymmetrischen Teils (PZ**) vorgenommen wird) die Achse (AP) eine Exzentrizität (E) gegenüber der Achse (AR) aufweist.
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Das Futter 10 umfasst eine erste Vorrichtung 100 zum Einspannen des mechanischen Werkstücks (PZ).
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Die Spannvorrichtung 100 umfasst eine Zugstange 101 (die ihrerseits einen Schaft 101A und einen Kopf 101B umfasst) und eine Befestigungs- bzw. Spannzange 102 (die ihrerseits eine horizontale untere Fläche 102A umfasst, die, im Gebrauch, am Werkstück (PZ) anliegt, und eine schräge obere Fläche 102B).
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Die Zange 102 spannt das Werkstück (PZ) an den Körper 117.
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Zwischen der Zugstange 101 und der Zange 102 erstreckt sich die folgende kinematische Kette:
- – ein Zapfen 103 mit einem Gewindestift 103A und einem Kopf 103B;
- – eine Kurbel 104, die einen Schaft 104A und einen Kopf 104B umfasst;
- – einen Ring 105, der wenigstens teilweise ein Gewinde an seiner äußeren Fläche aufweist; der Ring 105 ist auf den Schaft 104A der Kurbel 104 aufgesteckt und ist in einer Schulter 104C gelagert, die an der externen Oberfläche des Schaftes 104A ausgeführt ist; der Gewindestift des Zapfens 103 ist in ein Gewinde eingeschraubt, das an der Wandung eines Sacklochs 104D ausgeführt ist, das im Schaft 104A realisiert ist; der Kopf 103B drückt den Ring 105 in die Schulter 104C; der Kopf 101B der Zugstange 101 ist an die ein Gewinde aufweisende externe Fläche des Ringes 105 geschraubt;
- – Ein Drehlager bzw. Zapfen 106 (der auf einer zu den Achsen (AR) und (AP) senkrechten Achse (X) liegt), der im Loch des Kopfes 104B der Kurbel 104 gesteckt ist; zwischen der externen Fläche des Zapfens 106 und dem im Kopf 104B hergestellten Loch wird eine selbstschmierende Hülse 107 eingesetzt;
- – Ein horizontales Übertragungselement 108, das am Zapfen 106 mittels zweier Schrauben 110, 111 befestigt ist, die ebenfalls in der Achse (X) liegen;
- – Zwei horizontale Zugelemente 112, 113, die jeweils das horizontale Übertragungselement 108 mit einem entsprechenden Haken 114 mechanisch verbinden; der Haken 114 wird im Gebrauch in einen entsprechenden ringförmigen Sitz 115 eingesetzt, der an der externen Fläche der Zange 102 hergestellt ist.
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In den 4, 5 wird auch ein rotationsverhindernder Zapfen 116 gezeigt, der an einen Körper 117 angeschraubt ist, wobei Letzterer mit einer inneren schrägen Fläche 117A versehen ist, die im Gebrauch auf der schrägen Fläche 102B der Zange 102 aufliegt. Um das Werkstück (PZ) fest mit dem Futter 10 zu verbinden, muss lediglich das Werkstück (PZ) selbst in die Zange 102 eingeführt werden, bis ein Ende des Werkstücks (PZ) an einem Anschlag 118 anschlägt. Dann wird die Zugstange 101 aktiviert, sodass diese sich (durch bekannte aber nicht dargestellte Mittel) in Richtung (F1) verschiebt. Die Zange 102 wird folglich durch den Haken 114 in die gleiche Richtung (F1) gezogen. Durch diesen Lauf wird die Zange 102 keilförmig zwischen die Flächen 102A und 117A eingeführt, was zu einem Festspannen des Werkstückes (PZ) führt, das infolgedessen von einem nicht dargestellten Werkzeug bearbeitet werden kann.
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Wie in den 1, 2 weiterhin gezeigt wird, ist das Futter 10 ebenfalls mit zwei identischen Gewindelöchern 119, 120 versehen, die in einer (zu den Achsen (AR) und (AP) senkrechten und somit zur Achse (X) parallelen) Achse (Y) liegen. In jedem dieser Gewindelöcher 119, 120 wird ein entsprechender Anschlagbolzen 121, 122 eingeschraubt, deren jeweiliges Ende 121A, 122A als Endanschlag für ein bewegliches Teil 150 dient, das sich, wie im Folgenden noch genauer betrachtet werden wird, in zwei entgegengesetzten Richtungen bewegen kann, die durch einen Doppelpfeil (F2) dargestellt werden.
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Das Einführen und Verschieben der Anschlagbolzen 121, 122 kann manuell von einem Fachmann vorgenommen werden; diese Anschlagbolzen 121, 122 können auch durch eine (nicht dargestellte) mechanische oder elektromechanische Vorrichtung ausgewählt und bewegt werden.
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Wie im Folgenden noch dargestellt wird, kann durch die Änderung der Dicke eines jeweiligen Distanzringes 130, 131 und/oder durch die Änderung der Länge der Anschlagbolzen 121, 122 der Wert einer transversalen Verschiebung (in Richtung (F2)) des beweglichen Teils 150 festgelegt werden (s. weiter unten).
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Um den Körper 117 wird eine Abdeckung 132 montiert, deren eine innere Fläche 132A, während des Vorgangs der Veränderung der Exzentrizität (E), an einer Oberfläche 133 gleitet. Um das Gleiten zwischen der inneren Fläche 132A und der Oberfläche 133 zu verbessern, wird ein O-Ring 134 in einem entsprechenden Sitz montiert, der in der Fläche 133 selbst eingearbeitet ist.
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Das oben genannte bewegliche Teil 150 umfasst folgende Elemente:
- – die Zange 102;
- – den Zapfen 106;
- – das Element zur horizontalen Übertragung 108;
- – die Elemente 112, 113, die den horizontalen Zug bewirken;
- – den Haken 114;
- – den rotationsverhindernden Zapfen 116;
- – den Körper 117; und
- – die Abdeckung 132.
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Dieses bewegliche Teil 150 ist dazu geeignet, sich in einem Raum 160, der im Inneren des Futters 10 selbst gewonnen wird, transversal zu bewegen (Pfeil (F2)).
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Wie im Weiteren noch dargestellt wird, wird sich das bewegliche Teil 150 (das zu Beginn im Wesentlichen symmetrisch um die Achse (AP) angeordnet ist), durch eine entsprechende Vorrichtung 200 zur transversalen Translation, von der in der 4 dargestellten Konfiguration, in der konzentrische Bearbeitungen vorgenommen werden können d. h. der Teil (PZ*) des Werkstücks (PZ) kann bearbeitet werden – zur in der 5 dargestellten Konfiguration bewegen können, in der die maximale Exzentrizität (E) (die zum Beispiel 5 mm betragen kann) genutzt werden kann und in der dann der Teil (PZ**) desselben Werkstücks (PZ) bearbeitet werden kann.
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Wie in der 4 dargestellt, ist das bewegliche Teil 150 in Bezug auf den Raum 160 im Wesentlichen zentriert, während in der Konfiguration nach 5 das bewegliche Teil 150 in Bezug auf den Raum 160 nicht zentriert ist.
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Die Masse des Futters 10 wird von zwölf Gegengewichten 170 ausbalanciert, die durch zwei Abdeckungen 171 verdeckt sind.
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Wie in den 4, 5 dargestellt, umfasst die Vorrichtung 200 zur transversalen Translation des beweglichen Teils 150 einen Schieber 201, der durch bekannte aber nicht dargestellte Mittel dazu geeignet ist gemäß einer durch einen Doppelpfeil definierten Richtung (F3) bewegt zu werden.
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Am Schieber 201 ist durch bekannte Mittel eine Platte 202 befestigt, an der vier Säulen 203 montiert sind (6, 7, 8).
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Außerdem weist jede Säule 203 jeweils eine geneigte Fläche 204 auf, die im Gebrauch mit einer entsprechenden geneigten Fläche 205 im Eingriff steht, die sich am bewegten Teil 150 befindet.
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Wie in den 7, 8 dargestellt induziert der Schub des Schiebers 201 auf die vier Säulen 203 eine transversale Bewegung des beweglichen Teils 150 dank der relativen Gleitbewegung zwischen den schrägen Flächen 204 und 205, gemäß dem Pfeil (F2), zur Erlangung der gewünschten Exzentrizität (E).
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Die Ebenen 204 und 205 weisen gegenüber den Achsen (AR) und (AP) eine Neigung mit dem Winkel (α) auf (6, 7, 8).
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Man beachte, dass sich die Spannvorrichtung 100 des Werkstücks (PZ) mit der Vorrichtung 200 am Zapfen 106 verbindet. Der Zapfen 106 dient sowohl dazu, den Zug auf die Zange 102 zu übertragen, als auch die transversale Translation (gemäß Pfeil (F2)) des beweglichen Teils 150 zu ermöglichen.
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Außerdem, da, wie schon gesagt, bei der Bearbeitung des exzentrischen Teils (PZ**) transversale Vibrationen entstehen, die die Qualität der Bearbeitung gefährden, wird auf innovative Weise auch eine Vorrichtung 300 zur automatischen Ausbalancierung der Werkstückmasse mit eingebracht.
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Um die Funktionsweise dieser Vorrichtung 300 zu erläutern, beziehen wir uns nun auf die 1, 9, 10, 11.
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Diese Vorrichtung 300 umfasst zwei Mechanismen zur Wiederherstellung des Gleichgewichts 310, die, in Bezug auf die Achsen (AR), (AP), an zwei gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind (1, 11).
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Ein geneigter Keil 211 ist mit der Platte 202 fest verbunden und steht im Eingriff mit einer geneigten Führungsnut 203, die in einem Gegengewicht 204 gewonnen wurde, das ebenfalls in einer in Bezug auf die Achsen (AR) und (AP) transversalen Führung 205 gleiten kann. Der geneigte Keil 211 und die geneigte Führungsnut 203 weisen einen Neigungswinkel (β) gegenüber den Achsen (AR), (AP) auf. Der absolute Wert dieser Neigung (β) (9, 10) entspricht dem auf die Achsen (AR), (AP) bezogenen Winkel (α) der schrägen Flächen 204 und 205 (Figuren (6, 7, 8), aber weist gegenüber dem Winkel (α) eine entgegengesetzte Richtung auf, aus Gründen, die im Folgenden dargelegt werden.
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Wenn nämlich, wie in der 9 dargestellt, der Schieber 201 sich in Richtung (F3*) bewegt, dann schiebt der geneigte Keil 211 (der mit der Platte 202 und somit auch mit dem Schieber 201 fest verbunden ist) das Gegengewicht 204 in eine Richtung (F4), um den Teil (PZ**) auszubalancieren. Wenn sich das Gegengewicht 204, wie in der 9 dargestellt, in Richtung (F4) bewegt, bewegt es sich in entgegengesetzter Richtung zur Exzentrizität (E), und trägt somit dazu bei, das Entstehen von schädlichen Vibrationen am zu bearbeitenden Werkstück (PZ) zu verhindern.
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Wenn dagegen, gemäß 10, der Schieber 201 in Richtung (F3**) zurückgezogen wird, dann zieht der geneigte Keil 211 das Gegengewicht 204 in eine Richtung (F5) und bringt dieses Gegengewicht 204 in eine zentrierte Stellung in Bezug auf die Achse (AR).
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Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Futters sind die Folgenden:
- – man kann mit einem einzigen Spannvorgang und mit einer einzigen Maschine sowohl konzentrische als auch exzentrische Bearbeitungen. an der selben Welle vornehmen; dies hat natürlich einen positiven Effekt auf die Produktivitätssteigerung der Maschine; und
- – man erhält eine automatische Ausbalancierung der rotierenden Massen in Abhängigkeit von der maximalen Exzentrizität des Werkstücks.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Futter 10 zur Bearbeitung von mechanischen Werkstücken PZ, die zumindest einen ersten konzentrischen Teil PZ* und zumindest einen zweiten exzentrischen Teil PZ** in Bezug auf eine Rotationsachse AR eines zu bearbeitenden mechanischen Werkstücks PZ aufweisen. Das Futter 10 umfasst:
- – eine erste Vorrichtung 100 zum Spannen des mechanischen Werkstücks PZ; und
- – eine zweite Vorrichtung 200 zur transversalen Verschiebung einer Spannzange 102 für das Werkstück PZ, um die gewünschte Exzentrizität E zwischen einer Achse AP, die im Wesentlichen eine Symmetrieachse in longitudinaler Richtung zumindest eines Teils PZ* des Werkstücks PZ ist, und der Rotationsachse AR dieses Werkstücks PZ. Des Weiteren erfolgt beim vorliegenden Futter 10 die transversale Verschiebung der Zange 102 ohne jegliche Unterbrechung des Betriebs dieses Futters 10.
