EP0218991A2 - Zentrier- und Einspannvorrichtung für längliche Rundkörper unterschiedlicher Durchmesser - Google Patents

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EP0218991A2
EP0218991A2 EP86113483A EP86113483A EP0218991A2 EP 0218991 A2 EP0218991 A2 EP 0218991A2 EP 86113483 A EP86113483 A EP 86113483A EP 86113483 A EP86113483 A EP 86113483A EP 0218991 A2 EP0218991 A2 EP 0218991A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
centering
clamping
legs
clamping device
round
Prior art date
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EP86113483A
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English (en)
French (fr)
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EP0218991A3 (en
EP0218991B1 (de
Inventor
Harro Kröcher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HOMBAK MASCHINENFABRIK GmbH U CO KG
Original Assignee
HOMBAK MASCHINENFABRIK GmbH U CO KG
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Publication of EP0218991A3 publication Critical patent/EP0218991A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B5/00—Clamps
    • B25B5/04—Clamps with pivoted jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B1/00—Vices
    • B25B1/20—Vices for clamping work of special profile, e.g. pipes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B5/00—Clamps
    • B25B5/14—Clamps for work of special profile
    • B25B5/147—Clamps for work of special profile for pipes

Definitions

  • the invention relates to a device for the automatic mechanical centering and clamping of elongated round bodies of different diameters made of wood, metal or plastic, on which processing is carried out, which are oriented on the central longitudinal axes of the fixedly clamped round body. This can be to equalize the circumference of logs, but also to plan the end faces or chamfer them, for example at pipe ends to prepare welds.
  • a specific example of such a processing is the round milling of the root ends of tree trunks in order to obtain equalized round wood for their easy further processing.
  • Such a device for milling root runs on tree trunks is described in DE-OS 33 06 569, in which the respective fixed tree trunk is encircled at its root end by a milling tool.
  • the tree trunk is supported on two axially arranged support bearings and is clamped in a rotationally fixed manner by a hold-down device that works from above.
  • the two support bearings have a V-shaped support profile that is symmetrical with the vertical centering plane, and they are also height-adjustable. While the alignment of the tree trunks takes place more or less automatically in the vertical centering plane, i.e. in the horizontal direction through the V-shaped support profile of the two support bearings, the height of the two support bearings must be adjusted in the horizontal centering plane be bulled. This can be done visually by eye or - in terms of equipment accordingly more complex - by optical-electronic measuring devices.
  • the invention therefore aims to simplify the centering of round bodies with simultaneous improvement in accuracy and to combine them with the rotationally fixed clamping of the round bodies in one operation.
  • the invention has the object of not only significantly reducing the design effort for the automatic centering of different round bodies, but also to ensure a rotationally fixed clamping of the round body with the centering.
  • the inventive design of the centering device as a collet not only enables the round bodies to be centered quickly and precisely with economically justifiable structural and operational expenditure, but also ensures their non-rotatable clamping with the centering. Since the centering axis lies in the plane of symmetry of the collet, the round bodies are already aligned with the vertical centering plane when they are inserted into the centering device. Their alignment according to the horizontal centering plane takes place during the closing movement of the collet due to the relative sliding of the round bodies on the sliding legs of the two tong arms, whereby they are pushed upwards due to the scissor-like reduction in the opening angle formed by the two sliding legs.
  • the effective flanks of the clamping legs of the two pliers arms are shaped according to the invention in such a concave manner that they act on the circumference of a round body at the moment in which it is raised by the sliding legs just enough that its central longitudinal axis is aligned with the centering axis.
  • the clamping legs engage the round body, the closing movement of the collet and thus also the lifting movement of the round body is stopped. From this moment on, the entire drive force of the collet is only available for the non-rotatable clamping of the round body. Since usually two collets with an axial distance from each other are arranged and the centering is done by each collet regardless of the respective diameter, conical round bodies, as is the case for example with tree trunks, are centered exactly in their longitudinal axis.
  • the concave curvature of the effective flanks of the clamping legs can be determined in a simple manner if, in the clamped state of the round body, the points of application on the sliding legs are assigned the points of attack on the clamping legs in such a way that the associated tangents to one another stand vertically.
  • a support beam 2 On a base frame 1, a support beam 2 is pivotally mounted by means of an axis 3 such that it can be lowered into the position shown in dashed lines.
  • the piston rod of a hydraulic cylinder-piston unit 4 is articulated on the support beam 2, the cylinder of which in turn is supported in an articulated manner on the base frame 1.
  • the actual centering device In the area of the free end of the supporting beam 2, the actual centering device is mounted, which according to the invention is designed as a collet 5.
  • the collet 5 is formed by two collet arms 6 and 7, which in turn consist of one actuating part 10 and 11 and one functional part each acting as clamping jaws 8 and 9.
  • the two tong arms 6, 7 are pivoted with their actuating parts 10, 11 on axes 12 and 13, which in turn are attached to the support beam 2.
  • the drive mechanism of the collet 5 consists of a hydraulic cylinder-piston unit 14 which articulates on the actuating parts 10, 11 of the two collet arms 6, 7 above their pivot axes 12, 13.
  • the actuating parts 10, 11 of the two gun arms 6, 7 in alignment with their pivot axis 12, 13 are each provided with a toothed segment 16 which, as a synchronization gear 15, ensures a uniform movement of the two gun arms 6, 7.
  • a guide frame 17, which is fastened to the supporting beam 2 and in which the tong arms 6, 7 are slidably guided in the region of their actuating parts 10, 11, serves to axially stabilize the two tong arms 6, 7 on both sides.
  • a stationary stop 18 limits the pivoting movement of the support beam 2 and holds it in the working position of the collet 5 under the action of the hydraulic cylinder-piston unit 4.
  • the clamping jaws 8, 9 of the two tong arms 6, 7 each consist of a slide leg 19 and 20 and a respective tension leg 21 and 22.
  • the effective flanks 23 of the slide legs 19, 20 run in a straight line, while the effective flanks 24 of the tension legs 21, 22 are concavely curved and have teeth 25.
  • a horizontally running conveyor device 26 supplies and removes the round bodies K 1 , K 2 , K 3 transversely to the centering axis Z.
  • the collet geometry of a collet 5 is illustrated.
  • Three concentric circles around the centering axis Z as the center point symbolize the circumference of three round bodies K 1 , K 2 , K 3 with the diameters D 1 , D 2 9 D 3 .
  • the round bodies are each in the clamped state, in the middle Longitudinal axes M 1 , M 2 , M 3 coincide with the centering axis Z, which in turn is the intersection line of the horizontal centering plane ZE with the vertical plane of symmetry SE of the collet 5.
  • the horizontal centering plane ZE has a height difference h z from the conveying plane FE.
  • the round bodies K 1 , K 2 , K 3 lie on the conveying plane FE with their circumference during their supply and discharge, as is the case in FIG. 2 for the round bodies K 2 , K 3 by dashed circles K 2 , and K 3 , is indicated.
  • the height differences between their central longitudinal axes M 2 and M 3 on the one hand and the centering axis Z on the other hand are h 2 and h 3 by which they must be raised during the centering process. Since the longitudinal axis of the round body K 1 already lies in the horizontal centering plane ZE in the conveyed state, this represents the round body with the largest possible centerable diameter D 1 .
  • the collet 5 is shown in FIG. 2 in the open starting position, as is the case at the start of each centering process.
  • the effective flanks 23 of the sliding legs 19, 20 form the opening angle ⁇ 0 .
  • the clamping jaws 8, 9 of the two tong arms 6, 7 are moved against each other in the closing direction, the intermeshing toothed segments 16 causing the two tong arms 6, 7 to move synchronously.
  • the closing movement of the tong arms 6, 7 is ended as soon as the effective flanks 24 of the two clamping legs 21, 22 engage the round body K 1 in the point pair P 1 .
  • round bodies Since round bodies generally have a smaller diameter than the maximum centerable diameter D 1 , they must also be aligned according to the horizontal centering plane ZE, as is demonstrated in FIG. 2 for the round bodies K 2 and K 3 .
  • their central longitudinal axes M 2 and M 3 must be raised by the height h 2 and h 3 , respectively, which is done by relative sliding of the round bodies K 2 and K 3 on the effective flanks 23 of the scissor-like sliding legs 19, 20.
  • the longitudinal axis M 2 or M 3 coincides with the centering axis Z, the effective flanks 24 of the two clamping legs 21, 22 engage in the point pairs P 2 or P 3 on the round body K 2 or K 3 .
  • the opening angle of the two sliding legs 19, 20 has here decreased to W 2 and ⁇ 3 , respectively.
  • the connecting lines between the points A and P which are shown as legs of an isosceles trapezoid, then form the diagonals c of squares whose side lengths b are equal to half the diameter D of the respective round bodies K, their lengths according to the laws of elementary geometry each 5 2 ⁇ ⁇ 2 be.
  • the curve point P 'assigned to a specific round body diameter D of a functionally appropriate concave curvature of the effective flank 24 of a clamping leg 21 then results in the following manner:
  • the support point A of the round body K, which is fixed in the clamped state, on the effective flank 23 of the sliding leg 19 is by means of a Swivel axis 12 of the Zan genarmes 8 struck circular arc with the radius r A projected onto the effective flank 23 of the sliding leg 19 in the open starting position, whereby the point A 'is obtained there.
  • This curve construction which is only demonstrated for the round body K 2 in FIG. 2, can be carried out for any number of diameters and thus the curve shape can be constructed with any accuracy.
  • a complete centering device consists of two axially spaced collets 5, in the clamped state the round body K forms all connecting lines between the support points A and the points of application P clamping prisms, the base surfaces of which are in the four perpendicular axes, in the four vertical axes
  • the centering axis Z runs at corner points equally far away.
  • FIG. 3 shows the clamping jaw 8 of a tong arm 6, the concave curve curvature of the effective flank of the clamping leg 21 being approximated by two straight toothed rack sections 27 and 28.
  • a curve shape approximated in this way is justifiable where, on the one hand, the round bodies are not exactly circular and also consist of a relatively soft material, which, for. B. applies regularly to tree trunks.
  • the round body is exactly centered with respect to the axis of rotation of the machining tool with minimal effort and time and at the same time clamped in a rotationally fixed manner for the machining process.
  • the two collets 5 are opened again by actuating the cylinder-piston units 14 and the supporting beams 2 are pivoted down again into their position 2 'shown in dashed lines.
  • the machined round is then started again by the conveyor 26 body removed from the centering and clamping device and at the same time another unprocessed round body supplied to the device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)
  • Gripping Jigs, Holding Jigs, And Positioning Jigs (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbständigen mechanischen Zentrieren und gleichzeitigen Einspannen von länglichen Rundkörpern unterschiedlicher Durchmesser. Sie besteht aus zwei mit axialem Abstand voneinander angeordneten Spannzangen, in deren Symmetrieebene die Zentrierachse liegt. Die beiden Zangenarme einer jeden Spannzange bilden Spannbacken, die je einen Gleitschenkel und je einen Spannschenkel aufweisen. Die wirksamen Flanken der Spannschenkel sind derart konkav gekrümmt, daß sie jeweils dann am Umfang der Rundkörper angreifen, wenn die auf den wirksamen Flanken der Gleitschenkel relativ entlanggleitenden Rundkörper von diesen soweit angehoben sind, daß ihre Längsachse mit der Zentrierachse zusammenfallen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbsttätigen mechanischen Zentrieren und Einspannen von länglichen Rundkörpern unterschiedlicher Durchmesser aus Holz, Metall oder Kunststoff, an denen Bearbeitungen vorgenommen werden, die an den mittigen Längsachsen der ortsfest eingespannten Rundkörper orientiert sind. Hierbei kann es sich um das Egalisieren des Stammumfanges von Rundholz, aber auch um die Planbearbeitung der Stirnflächen oder um deren Anfasen, beispielsweise an Rohrenden zwecks Vorbereitung von Schweißnähten, handeln.
  • Ein konkretes Beispiel für eine derartige Bearbeitung ist das Rundfräsen der wurzelseitigen Enden von Baumstämmen, um für deren problemlose Weiterverarbeitung egalisierte Rundhölzer zu erhalten. Eine solche Vorrichtung zum Abfräsen von Wurzelanläufen an Baumstämmen ist in der DE-OS 33 06 569 beschrieben, bei der der jeweilige ortsfest eingespannte Baumstamm an seinem wurzelseitigen Ende von einem Fräswerkzeug umkreist wird. Hierbei stützt sich der Baumstamm auf zwei axial hintereinander angeordnete Stützlager ab und wird während des Abfräsens durch einen von oben wirkenden Niederhalter drehfest eingespannt. Um sicherzustellen, daß die mittigen Längsachsen der in ihren Durchmessern unterschiedlichen Baumstämme immer mit der Umkreisungsachse des Fräswerkzeuges fluchten, weisen die beiden Stützlager ein zur vertikalen Zentrierebene symmetrisches V-förmiges Auflageprofil auf, und sie sind außerdem höhenverstellbar. Während das Ausrichten der Baumstämme in der vertikalen Zentrierebene, also in horizontaler Richtung durch das V-förmige Auflageprofil der beiden Stützlager mehr oder weniger selbsttätig erfolgt, müssen zum Ausrichten in der hori- ..zontalen Zentrierebene die beiden Stützlager höhenmäßig einjustiert werden. Das kann visuell nach bloßem Augenmaß geschehen oder - apparativ entsprechend aufwendiger - durch optisch-elektronische Meßeinrichtungen. Erst wenn ein Baumstamm mit seiner Längsachse nach der Umkreisungsachse des Fräswerkzeuges ausge--richtet, also zentriert ist, kann er durch den von oben wirkenden Niederhalter drehfest eingespannt werden. Das bislang bekannte Zentrieren und nachfolgende Einspannen der Baumstämme ist daher apparativ und zeitlich sehr aufwendig und genügt zudem oftmals auch nicht der erforderlichen Genauigkeit.
  • Die Erfindung bezweckt daher, das Zentrieren von Rundkörpern bei gleichzeitiger Verbesserung der Genauigkeit wesentlich zu vereinfachen und mit dem drehfesten Einspannen der Rundkörper in einem Arbeitsgang zu vereinigen.
  • Bei Zentriervorrichtungen für Furnierschälmaschinen ist es aus der DE-PS 1 172 028 bereits bekannt, die Rundhölzer selbsttätig mechanisch, also ohne gesonderte meßtechnische Maßnahmen zu zentrieren. Das wird bei der dort beschriebenen Zentriervorrichtung im Prinzip dadurch bewerkstelligt, daß jeweils drei Zentrierungshebel durch einen gemeinsamen Antrieb nach Art einer Irisblende synchron nach innen in die maulförmige Öffnung von zwei im axialen Abstand voneinander angeordneten Backenanordnungen geschwenkt werden. Abgesehen davon, daß bei dieser bekannten, speziell für Furnierschälmaschinen bestimmten Zentriervorrichtung kein drehfestes Einspannen der Rundhölzer gefordert ist, ist ein beachtlicher Nachteil dieser bekannten Zentriervorrichtung vor allem auch darin zu sehen, daß der konstruktive Aufwand für das synchrone Verschwenken der drei Zentrierungshebel sehr groß ist. So werden dort außer den drei Zentrierungshebeln mit ihren drei Schwenkachsen auch noch zwei Lenkerhebel mit zusätzlichen vier Gelenken benötigt, was nicht nur baulich sehr aufwendig, sondern betrieblich auch störanfällig ist.
  • Ausgehend von dieser bekannten selbsttätigen mechanischen Zentriervorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, nicht nur den konstruktiven Aufwand für das automatische Zentrieren von unterschiedlichen Rundkörpern erheblich zu reduzieren, sondern mit der Zentrierung zugleich auch ein drehfestes Einspannen der Rundkörper zu gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird unter Bezugnahme auf die vorstehend erörterten und im Oberbegriff des Hauptanspruchs in ihren wesentlichen Merkmalen umrissene mechanische Zentriervorrichtung erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung der Zentriervorrichtung als Spannzange ermöglicht nicht nur ein rasches und exaktes Zentrieren der Rundkörper mit wirtschaftlich vertretbarem baulichen und betrieblichen Aufwand, sondern gewährleistet mit der Zentrierung zugleich auch deren drehfestes Einspannen. Da die Zentrierachse in der Symmetrieebene der Spannzange liegt, sind die Rundkörper bereits beim Einlegen in die Zentriervorrichtung in bezug auf die vertikale Zentrierebene ausgerichtet. Ihre Ausrichtung nach der horizontalen Zentrierebene erfolgt bei der Schließbewegung der Spannzange infolge relativen Gleitens der Rundkörper auf den Gleitschenkeln der beiden Zangenarme, wobei sie infolge der scherenartigen Verkleinerung des von den beiden Gleitschenkeln gebildeten Öffnungswinkels nach oben geschoben werden. Die wirksamen Flanken der Spannschenkel der beiden Zangenarme sind erfindungsgemäß derart konkav geformt, daß sie in dem Moment am Umfang eines Rundkörpers angreifen, in dem dieser von den Gleitschenkeln gerade soweit angehoben ist, daß seine mittige Längsachse mit der Zentrierachse fluchtet. Mit dem Angreifen der Spannschenkel an dem Rundkörper wird die Schließbewegung der Spannzange und damit auch die Hubbewegung des Rundkörpers gestoppt. Von diesem Augenblick an steht die gesamte Antriebskraft der Spannzange ausschließlich für die drehfeste Einspannung des Rundkörpers zur Verfügung. Da übli- ' cherweise zwei Spannzangen mit axialem Abstand voneinander angeordnet sind und die Zentrierung durch jede Spannzange unabhängig vom jeweiligen Durchmesser erfolgt, werden auch konische Rundkörper, wie das beispielsweise bei Baumstämmen der Fall ist, exakt in ihrer Längsachse zentriert.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • So läßt sich die konkave Krümmung der wirksamen Flanken der Spannschenkel, wie nachstehend näher erläutert, in einfacher Weise dann bestimmen, wenn im eingespannten Zustand der Rundkörper den Auflagepunkten auf den Gleitschenkeln die Angriffspunkte an den Spannschenkeln in der Weise zugeordnet sind, daß die zugehörigen Tangenten aufeinander senkrecht stehen.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise für den Anwendungsfall bei einem Erdstammreduzierer dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1 die Gesamtansicht einer Zentrier- und Einspannvorrichtung;
    • Fig. 2 die Zangengeometrie einer Spannzange;
    • Fig. 3 Einzelheiten am Spannschenkel eines Zangenarmes.

    Fig. 1 zeigt nur eine der beiden im axialem Abstand angeordneten Zentrier- und Einspannvorrichtungen. Da beide gleichartig sind, ist nachfolgend nur eine davon näher beschrieben.
  • An einem Grundgestell 1 ist ein Tragbalken 2 mittels einer Achse 3 derart schwenkbar gelagert, daß er in die gestrichelt gezeichnete Lage abgesenkt werden kann. An dem Tragbalken 2 ist die Kolbenstange einer hydraulischen Zylinder-Kolbeneinheit 4 angelenkt, deren Zylinder sich seinerseits am Grundgestell 1 gelenkig abstützt. Im Bereich des freien Endes des Tragbalkens 2 ist die eigentliche Zentriervorrichtung montiert, die erfindungsgemäß als Spannzange 5 ausgebildet ist.
  • Die Spannzange 5 wird von zwei Zangenarmen 6 und 7 gebildet, die ihrerseits aus je einem Betätigungsteil 10 und 11 sowie aus je einem als Spannbacken 8 und 9 wirkenden Funktionsteil bestehen. Die beiden Zangenarme 6, 7 sind mit ihren Betätigungsteilen 10, 11 an Achsen 12 und 13 schwenkbar gelagert, die ihrerseits am Tragbalken 2 angebracht sind.
  • Der Antriebsmechanismus der Spannzange 5 besteht aus einer hydraulischen Zylinder-Kolbeneinheit 14, die an den Betätigungsteilen 10, 11 der beiden Zangenarme 6, 7 oberhalb von deren Schwenkachsen 12, 13 gelenkig angreift. Außerdem sind die Betätigungsteile 10, 11 der beiden Zangenarme 6, 7 in der Flucht ihrer Schwenkachse 12, 13 mit je einem Zahnsegment 16 versehen, das als Synchronisierungsgetriebe 15 für eine gleichmäßige Bewegung der beiden Zangenarme 6, 7 sorgt. Zur beidseitigen axialen Stabilisierung der beiden Zangenarme 6, 7 dient ein Führungsrahmen 17, der am Tragbalken 2 befestigt ist und in dem die Zangenarme 6, 7 im Bereich ihrer Betätigungsteile 10, 11 gleitend geführt sind. Ein ortsfester Anschlag 18 begrenzt die Schwenkbewegung des Tragbalkens 2 und hält ihn während des Bearbeitungsvorganges unter Wirkung der hydraulischen Zylinder-Kolbeneinheit 4 in der Arbeitsstellung der Spannzange 5 fest.
  • Die Spannbacken 8, 9 der beiden Zangenarme 6, 7 bestehen aus je einem Gleitschenkel 19 und 20 sowie aus je einem Spannschenkel 21 und 22. Die wirksamen Flanken 23 der Gleitschenkel 19, 20 verlaufen geradlinig, während die wirksamen Flanken 24 der Spannschenkel 21, 22 konkav gekrümmt und mit Zähnen 25 besetzt sind. Eine waagerecht verlaufende Fördereinrichtung 26 besorgt die Zu- und Abfuhr der Rundkörper K1, K2, K3 quer zur Zentrierachse Z.
  • In Fig. 2 ist die Zangengeometrie einer Spannzange 5 veranschaulicht. Drei konzentrische Kreise um die Zentrierachse Z als Mittelpunkt symbolisieren den Umfang von drei Rundkörpern K1, K2, K3 mit den Durchmessern D1, D29 D3. Die Rundkörper befinden sich jeweils im eingespannten Zustand, in dem ihre mittigen Längsachsen M1, M2, M3 mit der Zentrierachse Z zusammenfallen, die sich ihrerseits als Schnittlinie der waagerechten Zentrierebene ZE mit der senkrechten Symmetrieebene SE der Spannzange 5 darstellt. Die waagerechte Zentrierebene ZE weist zur Förderebene FE eine Höhendifferenz hz auf. Auf der Förderebene FE liegen die Rundkörper K1, K2, K3 während ihrer Zu- und Abförderung mit ihrem Umfang auf, wie das in Fig. 2 für die Rundkörper K2, K3 durch gestrichelte Kreise K2, und K3, angedeutet ist. Die Höhenunterschiede zwischen ihren mittigen Längsachsen M2 und M3 einerseits und der Zentrierachse Z andererseits betragen h2 und h3, um die sie beim Zentriervorgang angehoben werden müssen. Da die Längsachse des Rundkörpers K1 bereits im Förderzustand in der waagerechten Zentrierebene ZE liegt, stellt dieser den Rundkörper mit dem größtmöglichen zentrierbaren Durchmesser D1 dar.
  • Die Spannzange 5 ist in Fig. 2 in geöffneter Ausgangsstellung dargestellt, wie das bei Beginn eines jeden Zentriervorganges der Fall ist. Hierbei bilden die wirksamen Flanken 23 der Gleitschenkel 19, 20 den öffnungswinkel ω0. Durch Betätigen der Zylinder-Kolbeneinheit 14 werden die Spannbacken 8, 9 der beiden Zangenarme 6, 7 im Schließsinne gegeneinander bewegt, wobei die ineinandergreifenden Zahnsegmente 16 eine synchrone Bewegung der beiden Zangenarme 6, 7 bewirken. Die Schließbewegung der Zangenarme 6, 7 ist beendet, sobald die wirksamen Flanken 24 der beiden Spannschenkel 21, 22 am Rundkörper K1 im Punktpaar P1 angreifen. Das geschieht im gleichen Augenblick, in dem die wirksamen Flanken 23 der Gleitschenkel 19, 20 im unteren Bereich des Rundkörpers K1 im Punktpaar A1 zur Anlage kommen. Dabei hat sich der von den beiden Gleitschenkeln 19, 20 gebildete Öffnungswinkel auf ω1 verringert. Da es sich im geschilderten Fall um den Rundkörper K1 mit dem größtmöglichen Durchmesser D1 handelt, dessen Ausrichtung bezüglich der waagerechten Zentrierebene ZE somit bereits vorgegeben ist, erfolgt hier bei der Schließbewegung der Spannzange 5 nur eine Ausrichtung nach deren vertikaler Symmetrieebene SE.
  • Da Rundkörper in aller Regel einen kleineren Durchmesser als den maximal zentrierbaren Durchmesser D1 aufweisen, müssen sie auch nach der waagerechten Zentrierebene ZE ausgerichtet werden, wie das in Fig. 2 für die Rundkörper K2 und K3 demonstriert ist. Hierbei müssen ihre mittigen Längsachsen M2 und M3 um den Höhenbetrag h2 bzw. h3 angehoben werden, was durch relatives Gleiten der Rundkörper K2 und K3 auf den wirksamen Flanken 23 der sich scherenartig schließenden Gleitschenkel 19, 20 geschieht. Sobald die Längsachse M2 bzw. M3 mit der Zentrierachse Z zusammenfällt, greifen die wirksamen Flanken 24 der beiden Spannschenkel 21, 22 in den Punktpaaren P2 bzw. P3 an dem Rundkörper K2 bzw. K3 an. Der öffnungswinkel der beiden Gleitschenkel 19, 20 hat sich hierbei auf W 2 bzw. ω3 verkleinert.
  • Das funktionsgerechte Angreifen der Spannschenkel 21, 22 am Umfang der Rundkörper K setzt voraus, daß deren wirksamen Flanken 24 eine definierte konkave Krümmung aufweisen. Diese konkave Kurve läßt sich, wie in Fig. 2 für den Rundkörper K2 im einzelnen demonstriert, in einfacher Weise dann konstruieren, wenn die Angriffspunkte P der Spannschenkel 21, 22 den Auflagepunkten A auf den Gleitschenkeln 19, 20 im eingespannten Zustand in der Weise zugeordnet sind, daß die durch die Punkte P und A gelegten Tangenten tp und tA aufeinander senkrecht stehen. Die sich als Schenkel eines gleichschenkligen Trapezes darstellenden Verbindungslinien zwischen den Punkten A und P bilden dann die Diagonalen c von Quadraten, deren Seitenlängen b gleich dem halben Durchmesser D der jeweiligen Rundkörper K sind, wobei ihre Längen nach Gesetzen der Elementargeometrie jeweils 5 2 × √2betragen.
  • Der einem bestimmten Rundkörperdurchmesser D zugeordnete Kurvenpunkt P' einer funktionsgerechten konkaven Krümmung der wirksamen Flanke 24 eines Spannschenkels 21 ergibt sich dann in folgender Weise: Der im eingespannten Zustand festgelegte Auflagepunkt A des Rundkörpers K auf der wirksamen Flanke 23 des Gleitschenkels 19 wird mittels eines um die Schwenkachse 12 des Zangenarmes 8 geschlagenen Kreisbogens mit dem Radius rA auf die wirksame Flanke 23 des in geöffneter Ausgangsstellung befindlichen Gleitschenkels 19 projiziert, wodurch dort der Punkt A' erhalten wird. Der gesuchte Kurvenpunkt P' liegt dann im -Schnittpunkt des um die Schwenkachse 12 mit dem Radius rp geschlagenen Kreisbogens mit dem um den Punkt A' mit dem Radius c = D 2 x √2 geschlagenen Kreisbogen. Diese in Fig. 2 nur für den Rundkörper K2 demonstrierte Kurvenkonstruktion kann für beliebig viele Durchmesser durchgeführt und somit die Kurvenform mit beliebiger Genauigkeit konstruiert werden.
  • Da eine komplette Zentriervorrichtung aus zwei im axialen Abstand zueinander angeordneten Spannzangen 5 besteht, bilden im eingespannten Zustand der Rundkörper K sämtliche Verbindungslinien zwischen den Auflagepunkten A und den Angriffspunkten P Spannprismen, deren in den achssenkrechten Spannebenen liegenden Grundflächen gleichschenklige Trapeze sind, in deren von den vier Eckpunkten gleichweit entfernter Mitte die Zentrierachse Z verläuft.
  • Außerdem ergeben die Verbindungslinien der Puntkte A und P untereinander und mit der Zentrierachse Z zwei gleichschenklige rechtwinkelige Dreiecke, deren Hypotenusen c zugleich die beiden Schenkel der gleichschenkligen Trapeze bilden und deren Länge wie bereits dargelegt, naturgesetzlich D 2 x √2 beträgt.
  • In Fig 3. ist die Spannbacke 8 eines Zangenarmes 6 dargestellt, wobei die konkave Kurvenkrümmung der wirksamen Flanke des Spannschenkels 21 durch zwei geradlinige Zahnstangenabschnitte 27 und 28 angenähert ist. Ein in solcher Weise angenäherter Kurvenverlauf ist dort vertretbar, wo zum einen die Rundkörper nicht exakt kreisrund sind und außerdem aus einem relativ weichen Material bestehen, was z. B. für Baumstämme regelmäßig zutrifft.
  • . Die beschriebene Zentrier- und Einspannvorrichtung arbeitet folgendermaßen:
    • Zum Beladen der Vorrichtung mit einem Rundkörper K, beispielsweise mit einem Baumstamm, werden die beiden mit axialem Abstand angeordneten Tragbalken 2 mit den darauf montierten Spannzangen 5 nach unten in die in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Lage 2' geschwenkt. Die Spannzangen 5 befinden sich hierbei in geöffneter Ausgangsstellung. Nachdem die Fördereinrichtung 26 einen Rundkörper K in dem Bereich der Spannzangen 5 transportiert hat, werden die Tragbalken 2 von ihren Zylinder-Kolbeneinheiten 4 nach oben geschwenkt, bis sie an den festen Anschlägen 18 anliegen. Die Spannzangen 5 befinden sich nun in ihrer Arbeitsstellung und werden in dieser Lage durch die Zylinder-Kolbeneinheiten 4 festgehalten. Sodann wird durch Betätigen der Zylinder-Kolbeneinheiten 14 die Schließbewegung der beiden Spannzangen 5 eingeleitet. Hierbei gleitet der Rundkörper K relativ zu den wirksamen Flanken 23 der Gleitschenkel 19, 20 und wird dabei infolge der scherenartigen Schließbewegung soweit angehoben, bis seine mittige Längsachse M mit der Zentrierachse Z, die der Rotationsachse eines Bearbeitungswerkzeuges, z. B. eines Rundumfräsers, entspricht, zusammenfällt. In diesem Moment greifen die wirksamen Flanken 24 der Spannschenkel 21, 22 am Umfang des Rundkörpers K an und stoppen dadurch die Schließbewegungen der Spannzangen 5 wobei nunmehr die gesamte Druckkraft der Zylinder-Kolbeneinheiten 14 für die drehfeste Halterung des Rundkörpers verwendet wird.
  • Auf diese Weise ist mit minimalem Aufwand an Arbeit und Zeit der Rundkörper bezüglich der Rotationsachse des Bearbeitungswerkzeuges exakt zentriert und zugleich für den Bearbeitungsvorgang absolut drehfest eingespannt. Nach Beendigung der Bearbeitung des Rundkörpers werden die beiden Spannzangen 5 durch Betätigung der Zylinder-Kolbeneinheiten 14 wieder geöffnet und die Tragbalken 2 wieder nach unten in ihre gestrichelt gezeichnete Stellung 2' geschwenkt. Durch die nunmehr wieder in Gang gesetzte Fördereinrichtung 26 wird dann der bearbeitete Rundkörper aus der Zentrier- und Einspannvorrichtung entfernt und zugleich ein weiterer unbearbeiteter Rundkörper der Vorrichtung zugeführt.
    • Patentanmeldung "Zentrierspannung" Verzeichnis der Bezugszeichen
    • 1 Grundgestell
    • 2, 2' Tragbalken
    • 3 Schwenkachse für Tragbalken
    • 4 Zylinder-Kolbeneinheit für Tragba.lken
    • 5 Spannzange
    • 6, 7 Zangenarme
    • 8, 9 Spannbacken
    • 10, 11 Betätigungsteil
    • 12, 13 Schwenkachsen für Zangenarme
    • 14 Zylinder-Kolbeneinheit für Spannzange
    • 15 Synchronisiergetriebe
    • 16 Zahnsegmente
    • 17 Führungsrahmen
    • 18 Anschlag
    • 19, 20 Gleitschenkel
    • 21, 22 Spannschenkel
    • 23 wirksame Flanken der Gleitschenkel
    • 24 wirksame Flanken der Spannschenkel
    • 25 Zähne
    • 26 Fördereinrichtung
    • 27, 28 Zahnstangen

Claims (10)

1. Vorrichtung zum selbsttätigen mechanischen Zentrieren von länglichen Rundkörpern unterschiedlicher Durchmesser, insbesondere von Rundhölzern, in der Zentrierachse von Bearbeitungsmaschinen, mit zwei im axialen Abstand voneinander an den Rundkörpern angreifenden maulartigen Backenanordnungen, von denen jede aus mehreren an einem Tragelement schwenkbar gelagerten Backen besteht, die durch einen gemeinsamen Antrieb synchron betätigbar sind und die mit ihren wirksamen Flanken am Umfang des jeweiligen Rundkörpers zugleich angreifen, wobei die Verbindungslinien der Angriffspunkte Spannprismen bilden, deren Grundflächen vom Umfangkreis des jewellgeen Rundkörpers umschrieben sind, dadurch gekennzeichner, daß jede Backenanordnung aus einer Spannzange (5) besieht, in deren Symmetrieebene (SE) die Zentrierachse (Z) liegt und deren beide schwenkbare, sich kreuzende Zangenarme (6, 7) Spannbacken (8, 9) bilden, die je einen Gleitschenkel (19, 20) und je einen Spannschenkel (21, 22) aufweisen, wobei die wirksamen Flanken (24) der Spannschenkel derart konkav gekrümmt sind, daß sie jeweils dann am Umfang der Rundkörper (K1, K2, K3) angreifen, wenn die auf den wirksamn Flanken (23) der Gleitschenkel relativ entlanggleitenden Rundkörper von diesen so weit angehoben sind, daß inre mittigen Längsachsen (M1, M2, M3) mit der Zentrierachse zusammenfallen.
2. Zentrier- und Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im eingespannten Zustand der Rundkörper (K1, K2, K3) den paarweisen Auflagepunkten (A1, A2, A3) auf den wirksamen Flanken (23) der Gleitschenkel (19, 20) paarweise Angriffspunkte (P1, P2' P3) auf den konkav gekrümmten wirksamen Flanken (24) der Spannschenkel (21, 22) derart zugeordnet sind, daß die Grundflächen der von den Verbindungslinien zwischen den paarweisen Auflagepunkten (A1, A2, A3) und den paarweisen Angriffspunkten (P1, P2, P3) gebildeten Spannprismen gleichschenkelige Trapeze sind, deren von den vier paarweisen Eckpunkten (A1, A2, A3; P1, P2, P3) gleichweit entfernten Mittelpunkte in der Zentrierachse (Z) liegen, wobei die Seitenschenkel der Trapeze die Hypotenusen (C1, C2, C3) von je zwei gleichschenkeligen, rechtwinkeligen Dreiecken bilden.
3. Zentrier- und Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zangenarme (6, 7) je eine eigene Schwenkachse (12, 13) aufweisen, die mit gegenseitigem Abstand (a) symmetrisch zur Symmetrieebene (SE) der Spannzange (5) angeordnet sind, und daß die beiden Zangenarme über ein Synchronisiergetriebe (15) miteinander verbunden sind.
4. Zentrier- und Einspannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronisiergetriebe (15) aus zwei miteinander kämmenden Zahnsegmenten (16) besteht, die an den Betätigungsteilen (10, 11) der beiden Zangenarme (6, 7) in der Flucht ihrer Schwenkachsen (12, 13) angebracht sind.
5. Zentrier- und Einspannvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Betätigung der Spannzange (5) aus einer Zylinder-Kolbeneinheit (14) besteht, die an den beiden Zangenarmen (6, 7) oberhalb von deren Schwenkachsen (12, 13) angreift.
6. Zentrier- und Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand (a) der beiden Schwenkachsen (12, 13) der Zangenarme (8, 9) etwa zwei Drittel des größtmöglichen Durchmessers (D1) eines Rundkörpers (K1) beträgt.
7. Zentrier- und Einspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zangenarme (6, 7) im Bereich ihrer Beätigungsteile (10, 11) in einem Führungsrahmen (17) gleitend geführt sind.
8. Zentrier- und Einspannvorrichtung nach einem der vorgehergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konkav gekrümmten wirksamen Flanken (24) der Spannschenkel (21, 22) mit Zähnen (25) versehen sind.
9. Zentrier- und Einspannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Krümmung der wirksamen Flanken (24) der Spannschenkel (21, 22) durch mindestens zwei gerade Zahnstangenabschnitte (27, 28) angenähert ist.
10. Zentrier- und Einspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Bearbeitungsmaschinen, bei denen die Zuförderung dei Rundkorper (K) quer zur Zentrierachse (Z) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragelemente, auf denen die zwei im axialen Abstand voneinander angeordneten Spannzangen (5) montiert sind, als Tragbalken (2) ausgebildet sind, die an einer zur Zentrierachse (Z) parallelen Achse (3) schwenkbar gelagert sind.
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