WO2004012899A2 - Verfahren und vorrichtung zum einspannen rotationssymmetrischer körper sowie ausgestaltung der einzuspannenden körper - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum einspannen rotationssymmetrischer körper sowie ausgestaltung der einzuspannenden körper Download PDF

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WO2004012899A2
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centering
axis
rotation
clamped
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Alfred Mueller
Franz Knecht
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Abb Turbo Systems Ag
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    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T409/303752Process
    • Y10T409/303808Process including infeeding

Definitions

  • the invention relates to the field of machining rotationally symmetrical bodies, especially rotors, such as compressor wheels, turbine wheels, compressors and the like.
  • it relates to a method for clamping rotationally symmetrical bodies according to the preamble of the method claim, a device for clamping rotationally symmetrical bodies according to the preamble of the device claim and a rotationally symmetrical body according to the preamble of the subject claim.
  • Rotally symmetrical bodies that are later used as components in machines or are otherwise used, such as pipes, shafts, spindles, wheels, rotors, are first produced in the form of blanks that have the basic shape of the desired body.
  • the blanks can be produced, for example, by casting, sintering, injection molding, forging, etc.
  • machining is usually required, such as cutting, drilling, turning, milling, grinding, etc.
  • the chuck generally comprises a collet which generally has at least three clamping jaws for rotationally symmetrical bodies.
  • the support element obtains a centering effect, for example, by applying a spring force counteracting the tensile force to the support element. Is the spring force slightly less than the tensile force and dimensioned so that when the body hits the Support element the support element initially yields in the axial direction, so it is possible to pull the rotationally symmetrical body even more precisely centrally against the support element and thus fix it.
  • the pulling force can be very easily transferred to the body with the help of a type of tie rod, which is connected to the body quickly and easily, for example by means of a quick coupling.
  • tie rod with radial play axially and concentrically to the axis of rotation of the rotationally symmetrical body.
  • the radial play particularly advantageously in conjunction with the spring element acted upon by the spring element, causes an exact, central fixation against the support element without the body being misaligned.
  • the body is additionally pulled against an axially stationary centering device with a support area which is arranged axially spaced from the first side of the body and is aligned in the same way as the first side, then an even more stable fixation of the body is obtained, which provides the exact central position of the body also stabilized against vibrations.
  • This is very advantageous, especially when it comes to machining operations that involve great forces on the body.
  • the centered clamping of the body is the more stable the closer the centering device is to the location where the machining operation is attacking
  • the rotationally symmetrical body to be clamped is a rotor with integrally formed blades
  • a particularly stable clamping is obtained if a centering device is selected, the centering surfaces of which grip between the blades like fingers.
  • a centering device whose centering surfaces cooperate with the blade edges.
  • the method described above for clamping a rotationally symmetrical body for the purpose of machining can be carried out with a device which comprises a tie rod which is guided axially with radial play in a wall of the device which forms a support element for the body in such a way that it is axially and can attack the body to be clamped concentrically to the axis of rotation.
  • a particularly good centering can be achieved with a support element which can be moved in the axial direction, preferably without play, and which is in particular spring-supported on a fixed stop of the device. It is particularly advantageous if the support element is either bell-shaped so that it can encompass a body to be clamped in a centering manner, or if it is designed in the form of a dome or a tip which then centers in a recess or concave bearing surfaces of the body to be clamped.
  • the tie rod is provided with a coupling device, which is preferably designed in the form of a quick coupling and can be connected to a coupling unit of the body to be clamped, the body to be clamped can be clamped very easily and, above all, quickly in the device and can also be removed from the device.
  • the support element is provided with support surfaces arranged concentrically to the axis of rotation of the body to be clamped, this favors a central clamping. Particularly good results are achieved with a support element whose support surfaces are inclined against the axis of rotation.
  • the support surfaces touch at least along a defined outer circumference and form an annular support surface.
  • An axially spaced-apart centering device which is provided with centering surfaces arranged concentrically to the axis of rotation of the body to be clamped and preferably inclined against the axis of rotation, enables even more secure clamping of rotationally symmetrical bodies.
  • a device according to the invention in which the tensile force of the tie rod and the spring force counteracting the tensile force can be adjusted.
  • Interchangeable, differently designed support elements also contribute to very good clamping results and, if the centering device is present, interchangeable, differently designed centering devices. Adjusted to the body to be clamped (geometry, weight, etc.), the support element, centering device, spring force and tensile force can then be selected. Very cheap, especially for rotationally symmetrical bodies such as rotors with blades, are e.g.
  • the number of centering surfaces must then of course be matched to the number of rotor blades, so that the centering surfaces engage between the rotor blades.
  • Rotationally symmetrical bodies in particular rotors, which have on a first side a coupling unit that is centered with its axis of rotation and a support area with at least three support surfaces arranged concentrically to the axis of rotation are particularly suitable for clamping in the device according to the invention.
  • the contact surfaces are oriented away from the center of the body towards the first side.
  • the coupling unit can be subjected to tensile stress and can be connected particularly easily to a coupling device of opposite design. For quick clamping and unclamping, it is advantageous if the coupling unit is designed in the form of a quick coupling. This can be realized very easily with a
  • the coupling unit which has the shape of a concentric hollow cylinder or hollow polygon arranged in the body.
  • the coupling unit is designed as one half of a bayonet lock, in another advantageous embodiment as one half of a screw connection.
  • the bayonet lock advantageously has a stop as an overturn protection, as is known for bayonet locks.
  • a rotationally symmetrical body can be clamped particularly precisely if the bearing surfaces are inclined towards the axis of rotation and form an obtuse angle ⁇ in the range from 100 ° to 170 °, preferably 120 ° to 150 ° and in particular 135 ° with the axis of rotation.
  • the contact surfaces can also be designed as surfaces which are curved convexly or concavely towards the axis of rotation and towards the first side.
  • the bearing surfaces are connected to one another and form a closed ring surface.
  • the body can also be clamped in with the aid of a centering device and thus fixed particularly well.
  • the bearing surfaces are designed to be inclined with respect to the axis of rotation.
  • the angle of inclination ⁇ for the contact surfaces of the centering areas is in the range from 15 ° to 100 °, preferably 20 ° to 60 ° and in particular 30 °. Another good possibility is to make these contact surfaces as convexly or concavely curved surfaces towards the axis of rotation.
  • the bearing surfaces are connected to one another and form an annular surface.
  • the body has a marking that enables the body to be always oriented in the same way in the room, it is also possible to ensure that the clamping is always the same and precise.
  • the easiest way to produce the rotationally symmetrical body is as a cast body.
  • the coupling unit, the contact surfaces and preferably, if present, the marking can already be produced simply and inexpensively using essentially casting technology.
  • Rotors, in particular with rotor blades molded in one piece, can also be produced very advantageously in the form of the rotationally symmetrical bodies described above. It is particularly advantageous in the case of such rotors to arrange the bearing surfaces at least on the second side of the body between the rotor blades and to preferably integrate the coupling unit in the hub. Further preferred embodiments are the subject of further dependent claims.
  • FIG. 1 shows a rotationally symmetrical body according to the invention in section along its axis of rotation
  • FIG. 2 shows, in section along its axis of rotation, another embodiment of a rotationally symmetrical body according to the invention, specifically in the form of a rotor;
  • FIG. 3 shows the rotationally symmetrical body from FIG. 2 upper half of the image in section along the line HI-HI;
  • FIG. 4 shows the rotationally symmetrical body from FIG. 2 lower half of the image in section along the line III-III;
  • FIG. 7 the rotationally symmetrical body from FIG. 2 clamped in the device according to the invention shown in FIG. 6;
  • FIG. 8 shows an embodiment of a centering device belonging to the device according to the invention in a side view according to arrows VIII-VIII in FIG. 6;
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a centering device in an analogous representation to FIG. 8.
  • FIG. 1 shows a rotationally symmetrical body 10, in the form of a hollow cylinder 16 closed on a first side 12 by means of a molded cover 14.
  • the cover 14 is a rotationally symmetrical body 10, in the form of a hollow cylinder 16 closed on a first side 12 by means of a molded cover 14.
  • the coupling unit 18 is the first half of a quick coupling, which in this example is designed as a bayonet lock 20.
  • the coupling unit 18 can be subjected to tension. It is designed in the form of hollow cylindrical and hollow polygonal shapes of different diameters (see sections A, B, C, ZA) which follow one another in such a way that a coupling device of opposite design, which forms the second half of the quick coupling, axially into the hollow shape of the coupling unit 18 inserted and then locked by rotation.
  • a recess 21 is provided in the head region A of the coupling unit 18 for the locking, into which a corresponding locking pin of the second half of the quick coupling to be inserted can engage.
  • the angle of inclination oc can be in a range of 100 ° to 170 ° adapted to the respective requirements. Angles a in the range from 120 ° to 150 ° and especially 135 ° have been found to be particularly suitable.
  • a centering region 28 is provided, axially spaced from the support region 22, which has three support surfaces 24 'arranged concentrically to the axis of rotation 19. having; which are inclined against the first side 12 and against the axis of rotation 19.
  • the angle of inclination ⁇ is approximately 30 °.
  • an angle of inclination ⁇ in the range between 15 ° and 100 ° is also possible.
  • the contact surfaces 24 ' touch each other in the circumferential direction and form an annular surface.
  • convex or concave curved support surfaces 24' in the centering region 28 are also conceivable against the first side 12 and the axis of rotation 19 (not shown).
  • several support areas 22 can also be provided on the first side 12 of the rotationally symmetrical body 10 instead of one.
  • the upper half of FIG. 1 shows on the first side 12 of the rotationally symmetrical body 10 two bearing areas 22, each with bearing surfaces 24 which are convexly curved towards the first side 12 and against the axis of rotation 19, which in this example are each formed as closed ring surfaces.
  • the two annular bearing surfaces 24 are arranged both axially and radially at a distance from one another by means of a shoulder machined into the end face of the cover 14.
  • convexly curved contact surfaces (not shown) instead of concave contact surfaces 24.
  • the centering area 28 on the second side 26 of the rotationally symmetrical body 10 can also be omitted if, for example, with a low weight of the body 10 and a small axial extension, it is not necessary for the secure and centric clamping.
  • the body 10 shown in FIG. 1 is an example of a piece of pipe in which the cover 14 with the coupling unit 18 is separated after the processing has been completed. Similar bodies, in which the cover 14 with the coupling unit 18 are either only partially or not at all separated, can serve, for example, as housing parts.
  • FIG. 2 shows a rotationally symmetrical body 10, which is designed in the form of a rotor 30 with a hub 32 and with rotor blades 34 molded onto the hub 32.
  • the hub 32 axially projects beyond the rotor blades 34 on the first side 12 of the rotor 30.
  • the transition from an approximately cylindrical outer surface 36 of this protruding part of the hub 32 to its end face 38 is as a support region 22 with a convex surface against the first side 12 and the axis of rotation 19 inclined, annular bearing surface 24 designed.
  • a coupling unit 18 is provided in the hub 32 on the first side 12 of the rotor 30.
  • the coupling unit 18 is identical to the bayonet lock 18/20 shown in FIG. 1.
  • a centering area 28 is provided on the second side 26 of the rotor, which projects axially toward the second side of the rotor blades 34.
  • the centering region 28 has contact surfaces 24 ′ which are inclined towards the first side 12 and the axis of rotation 19 of the rotor 30.
  • the angle of inclination ⁇ is approximately 20 °.
  • the individual contact surfaces 24 ' are connected to one another in the circumferential direction and form an annular surface.
  • the rotor 30 shown in this figure is a rotor 30 cast in one piece, which has a cast-in marking 9 between two rotor blades 34 on the hub 32, which always has the same orientation of the rotor 30 in space and thus always exactly the same clamping in allowed a device according to the invention.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a rotor 30 with a hub 32 and blades 34 as a further example of a rotationally symmetrical body 10.
  • the rotor 30 is constructed like that in FIG. 2.
  • the centering region 28 on the second side of the rotor 30 does not protrude axially beyond the rotor blades 34 in this case. Rather, the contact surfaces 24 'of the centering area 28 are in this case arranged evenly distributed over the circumference in a concentric ring between the blades 34. To make them more recognizable, they are drawn with a larger line width.
  • the bearing surfaces 24 ′ are curved concavely against the first side 12 of the rotor 30 and its axis of rotation 19.
  • the transition from the approximately cylindrical outer surface 36 of the projecting part of the hub 32 to the end face 38 is as a bearing area 22 with a convex against the first side 12 and the axis of rotation 19 inclined, annular support surface 24.
  • a coupling unit 18 is again provided in the hub 32 on the first side 12 of the rotor 30.
  • the coupling unit 18 shown in the upper half of the picture is again a half of a quick coupling, in particular a further embodiment of a bayonet lock 40.
  • the one half of this quick coupling shown in the upper half of FIG. 3 is in full diameter in FIG. 4 on average shown along the line IV-IV of Fig. 3.
  • circular segment flanges 42 which project radially into the hollow cylinder of the coupling unit 18/40 and which are spaced apart from one another and are evenly distributed over the circumference.
  • the circular segment flanges 42 have projections 43, each of which protrude axially into the hollow cylinder and on the side of each circular segment flange located in the original direction.
  • cal 42 are arranged.
  • a ramp-shaped recess 44 is provided in the coupling unit 18/40, which serves to receive a locking element of the coupling device to be inserted.
  • a coupling device designed as a pin with circular segment flanges of opposite design, which forms the second half of this quick coupling, can be inserted with its flanges offset axially into the circular segment flanges 42 of the coupling unit 18/40 into the coupling unit 18/40 and then locked by a clockwise rotation.
  • FIG. 5 a further embodiment of a coupling unit 18 is shown, which is shown in FIG. 5 again in full diameter in section along the line V-V of FIG. 3.
  • FIG. 6 and 7 show a device 50 according to the invention for clamping rotationally symmetrical bodies 10 in a partial view in section along the axis of rotation 19 of the bodies 10 to be clamped.
  • FIG. 6 shows the device 50 according to the invention without a body 10 to be clamped, while FIG 5 clamped in the device 50 shows rotationally symmetrical body.
  • the device 50 comprises a support element 52 with a hollow cylindrical wall 54 and a bottom 56 which closes off the hollow cylinder 54 on one side.
  • the support element 52 has an axis 19 'which coincides with the axis of rotation 19 of the bodies 10 to be clamped.
  • a recess 58 in the bottom 56 which is concentric with the axis 19 'serves for Receiving a stop 60.
  • the stop 60 is a solid cylinder and has a through opening 62 concentric with the axis 19 ', in which a tie rod 64 with radial play 66 is guided axially.
  • the tie rod 64 has at its working end 61 a coupling device 63 which can be connected to the coupling unit 18 of the body to be clamped.
  • the tie rod 64 as a whole, or only its coupling device 63, are designed to be exchangeable and adapted differently to the coupling unit of the body to be clamped.
  • the tie rod 64 is rotatable about its axis 19 'and can be moved back and forth in the axial direction.
  • the tie rod 64 can be actuated and the tensile force F1 can be set via a controllable hydraulic or pneumatic system (not shown).
  • the fixed stop 60 has on its side facing away from the body 10 to be clamped a wide ring flange 68, the diameter of which corresponds approximately to the diameter of the recess 58. It is fixed via this ring flange 68, for example by means of a press fit in the recess 58 of the support element 53.
  • the stop 60 On its side opposite the ring flange 68, the stop 60 has a smaller diameter than the recess 58, so that an annular gap 70 results between the bottom 56 of the support element 52 and the stop 60.
  • a support element 72 is arranged, which is axially movable and resiliently supported on the ring flange 68 of the fixed stop 60.
  • the spring force F2 of the resilient support 74 is oriented in the opposite direction to the tensile force F1.
  • the support element 72 and the resilient support 74 are interchangeable and designed differently to the body 10 to be clamped.
  • the support element 72 has support surfaces 73 which are inclined against the axis 19 'and in this example touch each other in the circumferential direction and form an annular surface. As can be seen in FIG.
  • the support surfaces 73 of the support element 72 interact with the support surfaces 24 of the support area 22 on the first side 12 of the rotationally symmetrical body 10.
  • the resilient support 74 of the support element 72 is designed such that when a rotationally symmetrical body 10 is tightened against the support element 72 by means of the tie rod 64, the support element 72 initially recedes in the axial direction until either when using a mechanical spring 75, as is the case In this example it is shown that it is fully tensioned, i.e. fully compressed, or that the spring force F2 and the tensile force F1 are in equilibrium (the latter possible with mechanical springs or hydraulically controlled suspension).
  • a very precise and reliable centric clamping can already be achieved in this way.
  • centering device 76 In the case of larger bodies 10 with a higher weight, it is advantageous to work with a centering device 76. Like support element 72 and tie rod 64 or coupling device 63 of tie rod 64, interchangeable and differently designed centering devices 76 are also provided. Examples of this are shown in FIGS. 8 and 9.
  • the centering device 76 is essentially disc-shaped with a central opening 80. Centering surfaces 82 are provided concentrically around the opening 80 and are inclined against the axis 19 in the examples shown in FIGS. 6 to 8. The centering surfaces 82 are designed and distributed in a manner adapted to the body to be clamped in such a way that they can interact with the contact surfaces 24 ′ of the centering region 28 of the body 10 to be clamped.
  • the centering surfaces 82 can protrude into the central opening 80 of the disk-shaped centering device 76, as shown in FIG. 8.
  • a centering device 76 may be useful to use, the centering surfaces 82 touch each other in the circumferential direction and thus form an annular centering surface, as shown in Fig. 9.
  • the centering device 76 can have cutouts 84, as shown in the upper half of FIG. 9, or a full annular disk can be used, as is shown in FIG lower half of Fig. 9 is shown.
  • the centering disk 76 There are any number of further embodiments for the centering disk 76.
  • the centering surfaces 82 can be arranged on circles of different diameters or disks can be used several times
  • centering surfaces 82 are axially spaced from one another and optionally arranged on different circular diameters.
  • threaded openings 86 are provided on the end face 78 of the cylindrical wall 54 of the support element.
  • the centering device 76 has openings 90 which can be brought into register with the threaded openings 86.
  • the centering devices are detachably fixed to the support element 52 by means of screws which are inserted through the openings 90 of the centering devices 76 and screwed into the threaded openings of the wall 54.
  • the cylinder wall is designed adjustable in the length 54 or the centering means can be fixed instead of on the support element on its own support 'which is slidable in the axial direction.
  • Modifications are also conceivable with regard to the stop 60.
  • the stop 60 can also be formed in one piece with the support element 52.
  • it can be provided as an exchangeable element, the end face of which is facing the body 10 to be clamped is designed differently to suit the respective requirements.
  • the fixation must then be made using other suitable means, such as screws or clamping connections.
  • a rotationally symmetrical body 10 designed according to the invention is now to be clamped in a device 50 according to the invention, the tie rod 64 is moved axially through the through opening 62 of the stop 60 towards the rotationally symmetrical body 10.
  • the coupling device 63 of the tie rod 64 is inserted into the coupling unit 18 of the rotationally symmetrical body 10 and the tie rod 64 is rotated, so that the tie rod 64 is detachably but tensile connected to the rotationally symmetrical body 10 by means of the coupling device 18.
  • the tie rod 64 is withdrawn axially through the through opening 62 and the contact surfaces 24 of the contact area 22 are brought into contact with the support surfaces 73 of the support element 72.
  • the contact surfaces should also be at this point in time 24 'of the centering region 28 of the rotationally symmetrical body 10 come into contact with the centering surfaces 82 of the centering device 76.
  • the support element 72 yields a little axially until the spring force F2 and the tensile force F1 are in equilibrium or the spring 75 is compressed accordingly and the support element 72 is fully supported on the annular flange 68 of the stop 60. Due to the special design of the support surfaces 73, centering surfaces 82 and support surfaces 24, 24 '- curved or inclined - the rotationally symmetrical body 10 is automatically coaxially centered when tightened against the support surfaces 73 or support and centering surfaces 73, 82.
  • the resilient support element 72 supports this. Misalignment can be avoided by the axial guidance of the tie rod 64 with radial play 66. If the body 10 to be clamped has a marking 9 which allows it to be clamped in the device 50 with exactly the same spatial orientation, then an exact, central clamping is again possible even if a reclamping is necessary. If the marking 9 has already been introduced into the cast body in the case of a cast body, undesired unbalance effects, such as can occur with markings which are subsequently mechanically introduced, can be avoided. It goes without saying that cast-in markings should be applied in such a way that they are still visible on the clamped body as far as possible and do not impair its function when the finished body is used. It goes without saying that the individual configurations of the individual elements of the rotationally symmetrical bodies and of the device can be combined in a technically meaningful manner by the person skilled in the art.

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Abstract

Verfahren zum Einspannen eines rotationssymmetrischen Körpers (10) zum Zweck der ma­schinellen Bearbeitung, bei dem der Körper (10) mit seiner ersten Seite (12) mittels einer Zugkraft (F1), die in Verlängerung der Rotationsachse (19, 19') des Körpers (10) an der ers­ten Seite (12) des Körpers (10) angreift und gegen ein zentrierend wirkendes Stützelement (72) gezogen wird. Vorrichtung zum Einspannen eines rotationssymmetrischen Körpers (10) zum Zweck seiner maschinellen Bearbeitung, die ein Stützelement (72) umfasst, gegen den der Körper (10) ge­zogen werden kann, und einen Zuganker (64), der axial und konzentrisch zur Rotationsachse (19, 19') des einzuspannenden Körpers (10) an diesem angreifen und zeihen kann. Die La­gerung des Zugankers (64) ist dabei so gestaltet, dass der Zuganker (64) für die axiale Zug­bewegung mit radialem Spiel (66) axial geführt ist. Die Zugkraft (F1) des Zugankers (64) ist vorzugsweise einstellbar. Rotationssymmetrischer Körper (10), insbesondere Rotor, der auf einer ersten Seite (12) ei­ne mit seiner Rotationsachse (19) zentrische Kupplungseinheit (18) und einen Auflagebe­reich (22) mit wenigstens drei konzentrisch zur Rotationsachse (19, 19') angeordnete Aufla­geflächen (24) aufweist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einspannen rotationssymmetrischer Körper sowie Ausgestaltung der einzuspannenden Körper
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bearbeitung von rotationssymmetrischen Körpern, speziell von Rotoren, wie Verdichterräder, Turbinenräder, Kompressoren und ähnliches. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Einspannen rotationssymmetrischer Körper gemäss dem Oberbegriff des Verfahrensanspruches, eine Vorrichtung zum Einspannen rotationssymmetrischen Körper gemäss dem Oberbegriff des Vorrichtungsan- Spruches und einen rotationssymmetrischen Körper gemäss dem Oberbegriff des Gegenstandsanspruches.
Stand der Technik
Viele rotationssymmetrische Körper, die später als Bauteile in Maschinen eingesetzt oder sonst gebraucht werden, wie z.B. Rohre, Wellen, Spindeln, Räder, Rotoren, werden zu- nächst in Form von Rohlingen hergestellt, die die Grundform des gewünschten Körpers aufweisen. Die Rohlinge können z.B. durch Giessen, Sintern, Spritzgiessen, Schmieden usw. hergestellt sein. Um die Rohlinge in die gewünscht endgültige Form zu bringen, bedarf es meist noch einer zerspanenden Nachbearbeitung, wie z.B. Schneiden, Bohren, Drehen, Fräsen, Schleifen etc.. Dazu werden die Körper mittels Spannfutter in eine entsprechende Maschine eingespannt. Das Spannfutter umfasst in der Regel eine Spannzange, die für rotationssymmetrische Körper in der Regel wenigstens drei Spannbacken aufweist. Ein zentriertes Einspannen von rotationssymmetrischen Körpern ist mit diesen handelsüblichen Spannfuttern aber nur begrenzt möglich. Die Reproduzierbarkeit des Spannverfahrens ist daher in der Regel unbefriedigend und führt bei der Bearbeitung eines Werkstückes in mehreren Spannfolgen zu erheblichen Fehlern. Bei präzisionsgegossenen, rotationssymmetrischen Werkstücken können diese Fehler zu nicht tolerierbarem Unwuchtverhalten führen.
Darstellung der Erfindung
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der bzw. mit dem rotationssymmetrische Körper reproduzierbar und mit hoher Präzision koaxial, stabil, eingespannt werden können. Eine weitere Aufgabe ist es, rotationssymmetrische Körper vorzustellen, die einfach und präzise mit dem angegebenen Verfahren und der angegebenen Vorrichtung eingespannt werden können, die das Spannverfahren vereinfachen und die Reproduzierbarkeit verbessern bzw. überhaupt ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Verfahrensanspruches, einer Vorrichtung gemäss den Merkmalen des Vorrichtungsanspruches und einem rotationssymmetrischen Körper gemäss den Merkmalen des Gegenstandsanspruches. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zum Einspannen eines rotationssymmetrischen Körpers zum Zweck seiner maschinellen Bearbeitung, wird der rotationssymmetrische Körper mit seiner ersten Seite mittels einer Zugkraft, die in Verlängerung der Rotationsachse des Körpers an der ersten Seite des Körpers angreift, gegen eine zentrierend wirkendes Stützelement gezogen. Durch die Fixierung des rotationssymmetrischen Körpers mittels der entlang seiner Rotationsachse wirkenden Zugkraft an dem zentrierend wirkenden Stützelement kann der Körper nicht verkannten, wie dies sonst in den mit seitlich einwirkender Druckkraft arbeitenden Spannbacken der Fall ist.
Eine zentrierende Wirkung erhält das Stützelement beispielsweise durch Beaufschlagung des Stützelementes mit einer der Zugkraft entgegenwirkenden Federkraft. Ist die Federkraft etwas kleiner als die Zugkraft und so bemessen , dass beim Auftreffen des Körpers auf das Stützelement das Stützelement zunächst in axialer Richtung nachgibt, so ist es möglich den rotationssymmetrischen Körper noch präziser zentrisch gegen das Stützelement zu ziehen und so zu fixieren. Sehr einfach lässt sich die Zugkraft mit Hilfe einer Art Zuganker auf den Körper übertragen, der z.B. mittels einer Schnellkupplung einfach und schnell mit dem Kör- per verbunden wird.
Besonders vorteilhaft ist es, den Zuganker mit radialem Spiel axial und konzentrisch zur Rotationsachse des Rotationssymmetrischen Körpers geführt zu bewegen. Das radiale Spiel bewirkt, besonders vorteilhaft im Zusammenspiel mit dem Federkraft beaufschlagten Stützelement, eine genaue, zentrische Fixierung gegen das Stützelement ohne verkannten des Körpers.
Wird der Körper zusätzlich mit einem Auflagebereich, der axial beabstandet zur ersten Seite des Körpers angeordnet und gleich ausgerichtet ist wie die erste Seite, gegen eine axial ortsfeste Zentriereinrichtung gezogen, so erhält man eine noch stabilere Fixierung des Körpers, die die genaue zentrische Position des Körpers auch gegen Vibrationen stabilisiert. Dies ist vor allem bei Bearbeitungen, bei denen mit grossen Kräften auf den Körper eingewirkt wird, sehr vorteilhaft. Dabei ist die zentrierte Einspannung des Körpers, um so stabiler, je näher die Zentriereinrichtung an dem Ort angreift, an dem die zerspanende Bearbeitung angreift
Sehr gute Einspannergebnisse erhält man, wenn man Federkraft, Zugkraft und die Ausges- taltung von Stützelement und gegebenenfalls Zentriereinrichtung abhängig vom einzuspannenden Körper wählt.
Handelt es sich bei dem einzuspannenden rotationssymmetrischen Körper um einen Rotor mit angeformten Schaufeln, so erhält man eine besonders stabile Einspannung, wenn man eine Zentriereinrichtung wählt, deren Zentrierflächen fingerartig zwischen die Schaufeln greifen. Unter Umständen, abhängig vom Material und der Schaufelform, kann es aber auch vorteilhafter sein, mit einer Zentriervorrichtung zu arbeiten, deren Zentrierflächen mit den Schaufelkanten zusammenwirken.
Das oben beschriebene Verfahren zum Einspannen eines rotationssymmetrischen Körpers zum Zweck seiner maschinellen Bearbeitung lässt sich durchführen mit einer Vorrichtung, die einen Zuganker umfasst, der in einer ein Stützelement für den Körper bildenden Wand der Vorrichtung mit radialem Spiel axial derart geführt ist, dass er axial und konzentrisch zur Rotationsachse des einzuspannenden Körpers an diesem angreifen kann.
Eine besonders gute Zentrierung lässt sich erreichen, mit einem Stützelement, das in axialer Richtung, vorzugsweise spielfrei, bewegbar ist und, das insbesondere federnd an einem festen Anschlag der Vorrichtung abgestützt ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Stützelement entweder glockenförmig ausgebildet ist, so das es einen einzuspannenden Körper zentrierend umgreifen kann, oder wenn es in Form eines Domes oder einer Spitze ausgebildet ist, der/die dann zentrierend in eine Aussparung oder konkav ausgebildete Auf- lageflächen des einzuspannenden Körpers eingreifen kann.
Ist der Zuganker mit einer Kupplungsvorrichtung versehen, die vorzugsweise in Form einer Schnellkupplung ausgebildet und mit einer Kupplungseinheit des einzuspannenden Körpers verbindbar ist, so kann der einzuspannende Körper sehr einfach und vor allem schnell in der Vorrichtung eingespannt und auch wieder aus der Vorrichtung entfernt werden. Ist das Stützelement mit konzentrisch zur Rotationsachse des einzuspannenden Körpers angeordneten Stützflächen versehen, so begünstigt dies ein zentrisches einspannen. Besonders gute Ergebnisse erzielt man mit einem Stützelement, dessen Stützflächen gegen die Rotationsachse geneigt sind. Für bestimmte rotationssymmetrische Körper kann es vorteilhaft sein, wenn sich die Stützflächen mindestens entlang eines definierten äusseren Um- fanges berühren und eine ringförmige Stützfläche bilden. Für andere rotationssymmetrische Körper kann es günstiger sein, wenn die Stützflächen gleichmässig über den Umfang verteilt sind und sich eher radial erstrecken.
Eine axial beabstandet vom Stützelement angeordnete ortsfeste Zentriereinrichtung, die mit konzentrisch zur Rotationsachse des einzuspannenden Körpers angeordneten und vor- zugsweise gegen die Rotationsachse geneigten Zentrierflächen versehen ist, ermöglicht ein noch sichereres einspannen von rotationssymmetrischen Körpern.
Besonders gute Einspannergebnisse lassen sich mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung erzielen, bei der die Zugkraft des Zugankers und die der Zugkraft entgegenwirkende Federkraft einstellbar sind. Ebenfalls zu sehr guten Einspannergebnissen tragen austauschbare, unterschiedlich ausgestaltete Stützelemente _und bei vorhandener Zentriereinrichtung austauschbare, unterschiedlich ausgestaltete Zentriereinrichtungen bei. Angepasst an den einzuspannenden Körper (Geometrie, Gewicht, usw.) sind dann Stützelement, Zentriereinrichtung, Federkraft und Zugkraft wählbar. Sehr günstig, vor allem für rotationssymmetrische Körper wie Rotoren mit Laufschaufeln, sind z.B. Zentriereinrichtungen mit gleichmässig über den Umfang verteilten Zentrierflächen, die sich von einem definierten Aussenumfang bis zu einem definierten Innumfang fingerartig gegen die Rotationsachse erstrecken. Die Anzahl der Zentrierflächen muss dann freilich abgestimmt sein auf die Anzahl Laufschaufeln des Rotors, so dass die Zentrierflächen zwischen die Laufschaufeln eingreifen.
Besonders geeignet für das Einspannen nach dem erfindungsgemässen Verfahren in die erfindungsgemässe Vorrichtung sind rotationssymmetrischer Körper, insbesondere Rotoren, die auf einer ersten Seite eine mit ihrer Rotationsachse zentrische Kupplungseinheit und einen Auflagebereich mit wenigstens drei konzentrisch zur Rotationsachse angeordnete Auflageflächen aufweisen. Die Auflageflächen sind dabei vom Zentrum des Körpers weg zur ersten Seite hin ausgerichtet. Die Kupplungseinheit ist auf Zug beanspruchbar und lässt sich besonders einfach mit einer gegengleich ausgestalteten Kupplungsvorrichtung verbinden. Für ein schnelles Ein- und Ausspannen ist es vorteilhaft, wenn die Kupplungseinheit in Form einer Schnellkupplung ausgestaltet ist. Sehr einfach lässt sich dies realisieren mit ei-
ner Kupplungseinheit, die im wesentlichen die Form eines im Körper angeordneten konzentrischer Hohlzylinders oder Hohlpolygons hat. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kupplungseinheit als die eine Hälfte eines Bajonettverschlusses , in einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung als die eine Hälfte einer Schraubverbindung ausgebildet. Vorteilhaft weist der Bajonettverschluss einen Anschlag als Überdrehschutz auf, wie dies für Bajonettverschlüsse bekannt ist. Besonders präzise lässt sich ein rotationssymmetrischer Körper einspannen, wenn die Auflageflächen zur Rotationsachse hin geneigt sind und mit der Rotationsachse einen stumpfen Winkel α im Bereich von 100° bis 170°, vorzugsweise 120° bis 150° und insbesondere 135° einschliessen. Die Auflageflächen können hierfür aber auch als zur Rotationsachse und zur ersten Seite hin konvex oder konkav gebogene Flächen ausgestaltet sein. Je nach Gewicht und Geometrie des rotationssymmetrischen Körpers kann es vorteilhaft sein, wenn die Auflageflächen miteinander verbunden sind und eine geschlossene Ringfläche bilden.
Sind auf der zweiten Seite des Körpers wenigstens drei konzentrische Zentrierbereiche vor- gesehen, deren Auflageflächen gegen die erste Seite des Körpers ausgerichtet und vorzugsweise zur Rotationsachse hin geneigt sind, so lässt sich der Körper auch mit Hilfe einer Zentriereinrichtung einspannen und so besonders gut fixieren. Auch hier hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Auflageflächen gegen die Rotationsachse geneigt ausgebildet sind. Der Neigungswinkel ß für die Auflageflächen der Zentrierbereiche liegt im Bereich von 15° bis 100°, vorzugsweise 20° bis 60° und insbesondere bei 30°. Eine andere gute Möglichkeit besteht darin diese Auflageflächen als zur Rotationsachse hin konvex oder konkav gebogene Flächen auszubilden. Auch hier kann es vorteilhaft sein, wenn die Auflageflächen miteinander verbunden sind und eine Ringfläche bilden.
Weist der Körper eine Markierung auf, die eine immer gleiche Orientierung des Körpers im Raum ermöglicht, so kann auch beim Umspannen ein immer gleiches und präzises Einspannen sichergestellt werden.
Am einfachsten ist der rotationssymmetrische Körper als Gusskörper herstellbar. Dabei können die Kupplungseinheit, die Auflageflächen und vorzugsweise, wenn vorhanden, auch die Markierung bereits einfach und kostengünstig im wesentlichen gusstechnisch hergestellt werden. Auch Rotoren insbesondere mit einstückig angeformten Laufschaufeln lassen sich sehr vorteilhaft in der Form oben beschriebener rotationssymmetrischer Körper herstellen. Besonders vorteilhaft bei solchen Rotoren ist es, die Auflageflächen zumindest auf der zweiten Seite des Körpers zwischen den Laufschaufeln anzuordnen und die Kupplungseinheit vorzugsweise in der Nabe zu integrieren. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand weiterer abhängigen Patentansprüche.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:
Fig. 1 im Schnitt entlang seiner Rotationsachse einen erfindungsgemässen rotationssymmetrischen Körper;
Fig. 2 im Schnitt entlang seiner Rotationsachse eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemässen rotationssymmetrischen Körpers und zwar in Form ei- nes Rotors;
Fig. 3 den rotationssymmetrischen Körper aus Fig. 2 obere Bildhälfte im Schnitt entlang der Linie HI-HI;
Fig. 4 den rotationssymmetrischen Körper aus Fig. 2 untere Bildhälfte im Schnitt entlang der Linie lll-lll;
Fig. 5 ebenfalls im Schnitt entlang seiner Rotationsachse eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen rotationssymmetrischen Körpers in Form ei- nes Rotors;
Fig. 6 die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Einspannen rotationssymmetrischer
Körper in einer Teilansicht im Schnitt entlang der Rotationsachse der einzuspannenden Körper;
Fig. 7 den rotationssymmetrischen Körper aus Fig. 2 eingespannt in der in Fig. 6 dargestellt erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 8 eine Ausführungsform einer zur erfindungsgemässen Vorrichtung gehörenden Zentriereinrichtung in Seitenansicht gemäss Pfeilen VIII- VIII in Fig. 6; und
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform einer Zentriereinrichtung in analoger Darstellung zu Fig. 8.
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebene Ausführungsform steht bei- spielhaft für den Erfindungsgegenstand und hat keine beschränkende Wirkung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt einen rotationssymmetrischen Körper 10, in Form eines auf einer ersten Seite 12 mittels eines angeformten Deckels 14 geschlossenen Hohizylinders 16. Der Deckel 14
auf der ersten Seite 12 des Körpers 10 weist eine Kupplungseinheit 18 auf, die sich im wesentlichen in Richtung der Rotationsachse 19 des rotationssymmetrischen Körpers 10 erstreckt. Die Kupplungseinheit 18 ist die erste Hälfte einer Schnellkupplung, die in diesem Beispiel als Bajonettverschluss 20 ausgestaltet ist. Die Kupplungseinheit 18 ist auf Zug beanspruchbar. Sie ist in Form von hohlzylindrischen und hohlpolygonen Formen unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet (vgl. Schnitte A, B, C, ZA), die derart aufeinander folgen, dass eine gegengleich ausgebildete Kupplungsvorrichtung, die die zweite Hälfte der Schnellkupplung bildet, axial in die Holform der Kupplungseinheit 18 eingeschoben und dann durch eine Drehung verriegelt werden kann. Für die Verriegelung ist eine Ausneh- mung 21 im Kopfbereich A der Kupplungseinheit 18 vorgesehen, in die ein entsprechender Verrieglungsstift der einzuschiebenden zweiten Hälfte der Schnellkupplung eingreifen kann. Ebenfalls auf der ersten Seite 12 des rotationssymmetrischen Körpers 10 ist wenigstens ein Auflagebereich 22 vorgesehen, der wie in der unteren Bildhälfte der Fig. 1 dargestellt, drei konzentrisch zu der Rotationsachse 19 angeordnete Auflageflächen 24 aufweist , die in ei- nem Winkel α von etwa 135° zu Rotationsachse 19 geneigt und gleichmässig über den Umfang verteilt sind. Der Neigungswinkel oc kann den jeweiligen Anforderungen angepasst in einem Bereich von 100° bis 170° liegen. Als besonders geeignet haben sich Winkel a im Bereich von 120° bis 150° uns speziell von 135° herausgestellt. Auf einer zweiten Seite 26 des rotationssymmetrischen Körpers 10, die der ersten Seite 12 gegenüberliegt, ist in der in der unteren Bildhälfte der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform axial beabstandet zum Auflagebereich 22 ein Zentrierbereich 28 vorgesehen, der drei konzentrisch zur Rotationsachse 19 angeordnete Auflageflächen 24' aufweist; die gegen die erste Seite 12 und gegen die Rotationsachse 19 geneigt sind. Der Neigungswinkel ß beträgt etwa 30°. Es ist aber auch ein Neigungswinkel ß im Bereich zwischen 15° und 100° möglich. In dem in der unteren Bildhälfte gezeigten Beispiel berühren die Auflageflächen 24' einander in Umfangsrichtung und bilden eine Ringfläche. Statt geneigten Auflageflächen 24', sind grundsätzlich auch gegen die erste Seite 12 und die Rotationsachse 19 konvex oder konkav gewölbte Auflageflächen 24' im Zentrierbereich 28 denkbar (nicht dargestellt). Wie in der oberen Bildhälfte der Fig. 1 dargestellt, können auf der ersten Seite 12 des rotationssymmetrischen Körpers 10 statt einem auch mehrere Auflagebereiche 22 vorgesehen sein. Die obere Bildhälfte der Fig. 1 zeigt auf der ersten Seite 12 des rotationssymmetrischen Körpers 10 zwei Auflagebereiche 22 mit jeweils zur ersten Seite 12 und gegen die Rotationsachse 19 konvex gebogenen Auflageflächen 24, die in diesem Beispiel jeweils als geschlossene Ringflächen ausgebildet sind. Die beiden ringförmigen Auflageflächen 24 sind mit Hilfe einer in die Stirnseite des Deckels 14 eingearbeiteten Schulter sowohl axial als auch radial voneinander beabstandet angeordnet. Natürlich ist es auch denkbar statt konkaven Auflageflächen 24 konvex gebogene Auflageflächen vorzusehen (nicht dargestellt). Wie das in der oberen Bildhälfte dargestellte Beispiel zeigt, kann der Zentrierbereich 28 auf der zweiten Seite 26 des rotationssymmetrischen Körpers 10 auch weggelassen werden, wenn er z.B. bei geringem Gewicht des Körpers 10 und geringer axialer Ausdehnung für das sichere und zentrische Einspannen nicht nötig ist. Der in Fig. 1 gezeigte Körper 10 ist ein Beispiel für ein Rohrstück, bei dem der Deckel 14 mit der Kupplungseinheit 18 nach der abge- schlossenen Bearbeitung abgetrennt wird. Ähnlich ausgestaltete Körper, bei denen der Deckel 14 mit der Kupplungseinheit 18 entweder nur zum Teil oder gar nicht abgetrennt werden, können z.B. als Gehäuseteile dienen.
Fig. 2 zeigt einen rotationssymmetrischen Körper 10, der in Form eines Rotors 30 mit einer Nabe 32 und mit an die Nabe 32 angeformten Laufschaufeln 34 ausgebildet ist. Die Nabe 32 überragt auf der ersten Seite 12 des Rotors 30 axial die Laufschaufeln 34. Der Übergang von einer etwa zylindrischen Aussenfläche 36 dieses überstehenden Teils der Nabe 32 zu dessen Stirnseite 38 ist als Auflagebereich 22 mit einer konvex gegen die erste Seite 12 und die Rotationsachse 19 geneigten, ringförmigen Auflagefläche 24 gestaltet. Auf der ersten Seite 12 des Rotors 30 ist in der Nabe 32 eine Kupplungseinheit 18 vorgesehen. Die Kupp- lungseinheit 18 ist identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten Bajonettverschluss 18/20. Auf der zweiten Seite 26 des Rotors ist ein Zentrierbereich 28 vorgesehen, der axial zur zweiten Seite hin die Laufschaufeln 34 überragt. Der Zentrierbereich 28 weist Auflageflächen 24' auf, die gegen die erste Seite 12 und die Rotationsachse 19 des Rotors 30 geneigt sind. Der Neigungswinkel ß beträgt in diesem Beispiel etwa 20°. Die einzelnen Auflageflächen 24' sind in diesem Beispiel in Umfangsrichtung miteinander verbunden und bilden eine Ringfläche. Der in dieser Figur dargestellte Rotor 30 ist ein in einem Stück gegossener Rotor 30 der zwischen zwei Laufschaufeln 34 auf der Nabe 32 eine eingegossene Markierung 9 auf- weist, die eine immer gleiche Orientierung des Rotors 30 im Raum und damit ein immer genau gleiches Einspannen in einer erfindungsgemässen Vorrichtung erlaubt.
In Figur 3 ist als weiteres Beispiel eines rotationssymmetrischen Körpers 10 eine weitere Ausführungsform eines Rotors 30 mit Nabe 32 und Laufschaufeln 34 abgebildet. Der Rotor 30 ist im Prinzip aufgebaut wie derjenige in Fig. 2. Der Zentrierbereich 28 auf der zweiten Seite des Rotors 30 ragt in diesem Fall aber nicht axial über die Laufschaufeln 34 hinaus. Vielmehr sind die Auflageflächen 24' des Zentrierbereiches 28 in diesem Fall gleichmässig über dem Umfang verteilt in einem konzentrischen Ring zwischen den Laufschaufeln 34 angeordnet. Um sie besser kenntlich zu machen sind sie mit einer grösseren Strichstärke gezeichnet. Die Auflageflächen 24' sind in diesem Fall konkav gewölbt gegen die erste Seite 12 des Rotors 30 und seine Rotationsachse 19 ausgebildet. Auf der ersten Seite 12 des Rotors 30 ist, wie bei dem Rotor in Fig. 2, der Übergang von der etwa zylindrischen Aussenflä- che 36 des überstehenden Teils der Nabe 32 zur Stirnseite 38 ist als Auflagebereich 22 mit einer konvex gegen die erste Seite 12 und die Rotationsachse 19 geneigten, ringförmigen Auflagefläche 24 gestaltet. In der Nabe 32 ist auf der ersten Seite 12 des Rotors 30 wieder- um eine Kupplungseinheit 18 vorgesehen. Bei der in der oberen Bildhälfte dargestellten Kupplungseinheit 18 handelt es sich wieder um eine Hälfte einer Schnellkupplung insbesondere um eine weitere Ausführungsform eines Bajonettverschlusses 40. Die in der oberen Bildhälfte der Fig. 3 dargestellte eine Hälfte dieser Schnellkupplung ist in Fig. 4 im Volldurchmesser im Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3 dargestellt. Sie weist radial in den Hohizylinder der Kupplungseinheit 18/40 vorspringende Kreissegmentflansche 42 auf, die voneinander beabstandet, gleichmässig über den Umfang verteilt sind. Als Überdrehschutz 41 weisen die Kreissegmentflansche 42 Vorsprünge 43 auf, die jeweils axial in den Hohizylinder hineinragen und an der in Urzeigerrichtung gelegenen Seite jedes Kreissegmentflan- sches 42 angeordnet sind. Zur Verriegelung ist in der Kupplungseinheit 18/40 eine rampen- förmige Ausnehmung 44 vorgesehen, die zur Aufnahme eines Verriegelungselementes der einzuschiebenden Kupplungsvorrichtung dient. Ein als Zapfen mit gegengleich ausgebildeten Kreissegmentflanschen ausgebildete Kupplungsvorrichtung, die die zweite Hälfte dieser Schnellkupplung bildet, kann mit ihren Flanschen versetzt zu den Kreissegmentflanschen 42 der Kupplungseinheit 18/40 axial in die Kupplungseinheit 18/40 eingeschoben und dann durch eine Rechtsdrehung verriegelt werden. Die Kreissegmentflansche der beiden Hälften der Schnellkupplung hintergreifen dann einander, wobei die Kreissegmentflansche mit den als Überdrehschutz 41 ausgebildeten Vorsprüngen 43 in Anschlag gebracht werden und das Verriegelungselement kraftschlüssig in die Ausnehmung 44 eingreift, was eine kraftschlüssige Sicherung gegen ein zurückdrehen ergibt und eine Sicherung gegen axiales verschieben. Der über die Laufschaufeln 34 hinausragende Teil der Nabe 32 kann bei Bedarf nach der abgeschlossenen Bearbeitung abgetrennt werden.
In der unteren Bildhälfte der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Kupplungseinheit 18 dargestelt, die in Fig. 5 nochmals in vollem Durchmesser im Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 3 gezeigt ist. Es handelt sich hier um eine erste Hälfte einer Schraubverbindung 46, die als Hohizylinder mit Innengewinde 48 ausgebildet ist, und mit einer gegengleich ausgebildeten Kupplungsvorrichtung verbunden werden kann.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine erfindungsgemässe Vorrichtung 50 zum Einspannen rotations- symmetrischer Körper 10 in einer Teilansicht im Schnitt entlang der Rotationsachse 19 der einzuspannenden Körper 10. Fig. 6 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung 50 ohne einzuspannenden Körper 10, während Fig. 7 den rotationssymmetrischen Körper aus Fig. 5 eingespannt in die Vorrichtung 50 zeigt.
Die Vorrichtung 50 umfasst ein Tragelement 52 mit einer hohlzylindrischen Wand 54 und einen den Hohizylinder 54 auf einer Seite verschliessenden Boden 56. Das Tragelement 52 weist eine Achse 19' auf, die mit der Rotationsachse 19 der einzuspannenden Körper 10 zusammenfällt. Eine zur Achse 19' konzentrische Ausnehmung 58 im Boden 56 dient zur Aufnahme eines Anschlages 60. Der Anschlag 60 ist ein Vollzylinder und weist konzentrisch zur Achse 19' eine Durchgangsöffnung 62 auf, in der ein Zuganker 64 mit radialem Spiel 66 axial geführt ist. Der Zuganker 64 weist an seinem Arbeitsende 61 eine Kupplungsvorrichtung 63 auf, die mit der Kupplungseinheit 18 der einzuspannenden Körper verbindbar ist. Der Zuganker 64 als ganzes, oder aber nur seine Kupplungsvorrichtung 63, sind austauschbar und angepasst an die Kupplungseinheit der einzuspannenden Körper unterschiedlich gestaltet. Der Zuganker 64 ist um seine Achse 19' drehbar und in axialer Richtung hin und her bewegbar. Über eine steuerbare Hydraulik oder Pneumatik (nicht dargestellt) kann der Zuganker 64 betätigt und die Zugkraft F1 eingestellt werden. Der feste Anschlag 60 weist auf seiner dem einzuspannenden Körper 10 abgewandten Seite einen breiten Ringflansch 68 auf, dessen Durchmesser etwa dem Durchmesser der Ausnehmung 58 entspricht. Er ist über diesen Ringflansch 68 beispielsweise mittels einer Presspassung in der Ausnehmung 58 des Tragelementes 53 fixiert. Auf seiner dem Ringflansch 68 gegenüberliegenden Seite besitzt der Anschlag 60 einen geringeren Durchmes- ser als die Ausnehmung 58, so dass ein ringförmiger Spalt 70 zwischen dem Boden 56 des Tragelementes 52 und dem Anschlag 60 resultiert. In diesem Spalt 70 ist ein Stützelement 72 angeordnet, das axial bewegbar und federnd auf dem Ringflansch 68 des festen Anschlages 60 abgestützt ist. Die Federkraft F2 der federnden Abstützung 74 ist in entgegengesetzte Richtung zur Zugkraft F1 ausgerichtet. Das Stützelement 72 und die federnde Ab- Stützung 74 sind auswechselbar und angepasst an die einzuspannenden Körper 10 unterschiedlich gestaltet. Das Stützelement 72 weist Stützflächen 73 auf, die gegen die Achse 19' geneigt sind und in diesem Beispiel einander in Umfangsrichtung berühren und eine Ringfläche bilden. Wie in Fig. 7 ersichtlich wirken die Stützflächen 73 des Stützelementes 72 mit den Auflageflächen 24 des Auflagebereiches 22 auf der ersten Seite 12 des rotati- onssymmetrischen Körpers 10 zusammen. Die federnde Abstützung 74 des Stützelementes 72 ist so ausgelegt, dass beim Anziehen eines rotationssymmetrischen Körpers 10 mittels des Zugankers 64 gegen das Stützelement 72, das Stützelement 72 zunächst in axialer Richtung zurückweicht bis entweder bei Verwendung einer mechanischen Feder 75, wie sie in diesem Beispiel gezeigt ist, diese ganz gespannt, d.h. z.B. ganz zusammengedrückt, ist oder sich die Federkraft F2 und die Zugkraft F1 im Gleichgewicht befinden (letzteres bei mechanischen Federn oder hydraulisch gesteuerter Federung möglich). Für einzuspannende rotationssymmetrische Körper 10 mit geringer axialer Ausdehnung und einem geringen Gewicht lässt sich bereits so eine sehr genaue und sichere zentrische Einspannung erreichen.
Bei grösseren Körpern 10 mit höherem Gewicht ist es günstig mit einer Zentriereinrichtung 76 zu arbeiten. Wie Stützelement 72 und Zuganker 64 bzw. Kupplungsvorrichtung 63 des Zugankers 64 sind auch austauschbare und verschieden gestaltete Zentriereinrichtungen 76 vorgesehen. Beispiele dafür sind in den Fig. 8 und 9 gezeigt. Die Zentriereinrichtung 76 ist im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet mit einer zentralen Öffnung 80. Konzentrisch um die Öffnung 80 sind Zentrierflächen 82 vorgesehen, die in den in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Beispielen gegen die Achse 19 geneigt sind. Die Zentrierflächen 82 sind angepasst an den einzuspannenden Körper so gestaltet und verteilt, dass sie mit den Auflageflächen 24' des Zentrierbereiches 28 des einzuspannenden Körpers 10 zusammenwirken können. Dazu können die Zentrierflächen 82 fingerartig in die zentrale Öffnung 80 der scheibenförmigen Zentriereinrichtung 76 hineinragen, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Eine solche Ausgestaltung ist sinnvoll, wenn der einzuspannende Körper 10 beispielsweise ein Rotor 30 ist und die Auflageflächen 24' zwischen den Laufschaufeln 34 angeordnet sind, wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Rotor 30. In anderen Fällen kann es dagegen sinnvoll sein eine Zentriereinrichtung 76 zu verwenden, deren Zentrierflächen 82 einander in Umfangsrichtung berühren und so eine ringförmige Zentrierfläche bilden, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Um Material einzusparen, und/oder wenn dies beispielsweise bezüglich der Schwingsteifigkeit wünschenswert ist, kann die Zentriereinrichtung 76 Aussparungen 84 aufweisen, wie dies in der oberen Bildhälfte der Fig. 9 gezeigt ist oder aber es kann eine volle Ringscheibe verwendet werden, wie dies in der unteren Bildhälfte der Fig. 9 gezeigt ist. Es gibt beliebige weiter Ausführungsformen für die Zentrierscheibe 76. So können die Zentrierflächen 82 auf Kreisen verschiedener Durchmesser angeordnet sein oder es können mehrfach Scheiben zum Einsatz
kommen, bei denen die Zentrierflächen 82 axial beabstandet zueinander und gegebenenfalls auf unterschiedlichen Kreisdurchmessern angeordnet sind.
Um die Zentrierscheiben 76 austauschen zu können, sind an der Stirnseite 78 der zylindrischen Wand 54 des Tragelementes 52 Gewindeöffnungen 86 vorgesehen. Die Zentrierein- richtung 76 weisen Öffnungen 90 auf, die mit den Gewindeöffnungen 86 in Deckung gebracht werden können. Mittels Schrauben, die durch die Öffnungen 90 der Zentriereinrichtungen 76 hindurch gesteckt und in die Gewindeöffnungen der Wand 54 eingeschraubt werden, werden die Zentriereinrichtungen am Tragelement 52 lösbar fixiert.
Um rotationssymmetrischen Körper 10 unterschiedlicher axialer Länge einspannen zu kön- nen, ist es denkbar, dass die Zylinderwand 54 in der Länge verstellbar ausgestaltet ist oder die Zentriereinrichtungen statt an dem Tragelement an einem eigenen Träger fixiert sein ' können, der in Achsrichtung verschiebbar ist. Auch bezüglich des Anschlages 60 sind Modifikationen denkbar. So kann der Anschlag 60 z.B. auch einstückig mit dem Tragelement 52 ausgebildet sein. Oder er kann als austauschbares Element vorgesehen sein, dessen dem einzuspannenden Körper 10 zugewandten Stirnseite angepasst an die jeweiligen Anforderungen unterschiedlich gestaltet ist. Statt einer Presspassung muss die Fixierung dann mit Hilfe anderer geeigneter Mittel, wie Schrauben oder Spannverbindungen hergestellt werden.
Soll nun ein erfindungsgemäss ausgestalteter, rotationssymmetrischer Körper 10 in einer erfindungsgemässen Vorrichtung 50 eingespannt werden, so wird der Zuganker 64 axial durch die Durchgangsöffnung 62 des Anschlages 60 auf den rotationssymmetrischen Körper 10 zu bewegt. Die Kupplungsvorrichtung 63 des Zugankers 64 wird in die Kupplungseinheit 18 des rotationssymmetrischen Körpers 10 eingeschoben und der Zuganker 64 verdreht, so dass der Zuganker 64 mittels der Kupplungsvorrichtung 18 lösbar aber zugfest mit dem rotationssymmetrischen Körper 10 verbunden ist. Der Zuganker 64 wird durch die Durchgangsöffnung 62 axial zurückgezogen und die Auflageflächen 24 des Auflagebereiches 22 mit den Stützflächen 73 des Stützelementes 72 in Kontakt gebracht. Bei Verwendung einer Zentriereinrichtung 76 sollten etwa zu diesem Zeitpunkt auch die Auflageflächen 24' des Zentrierbereiches 28 des rotationssymmetrischen Körpers 10 mit den Zentrierflächen 82 der Zentriereinrichtung 76 in Kontakt kommen. Beim weiteren Anziehen gibt das Stützelement 72 axial ein wenig nach, bis die Federkraft F2 und die Zugkraft F1 im Gleichgewicht sind bzw. die Feder 75 entsprechend zusammengedrückt ist und das Stützelement 72 voll auf dem Ringflansch 68 des Anschlages 60 abgestützt ist. Durch die spezielle Ausgestaltung der Stützflächen 73, Zentrierflächen 82 und Auflageflächen 24, 24' - gewölbt bzw. geneigt -, richtet sich der rotationssymmetrische Körper 10 beim Anziehen gegen die Stützflächen 73 bzw. Stütz- und Zentrierfiächen 73, 82 von selber koaxial zentrisch aus. Das federnd nachgebende Stützelement 72 unterstützt dies. Durch die axiale Führung des Zug- ankers 64 mit radialem Spiel 66 kann ein verkannten vermieden werden. Weist der einzuspannende Körper 10 eine Markierung 9 auf, die es erlaubt ihn jeweils mit genau der gleichen räumlichen Orientierung in der Vorrichtung 50 einzuspannen, so ist auch bei einem eventuell nötigen Umspannen wieder ein exaktes, zentrisches Einspannen möglich. Ist die Markierung 9 bei einem Gusskörper bereits in den gegossenen Körper eingebracht, so kön- nen unerwünschte Unwuchteffekte, wie Sie bei nachträglich mechanisch eingebrachten Markierungen auftreten können, vermieden werden. Es versteht sich von selbst, dass eingegossene Markierungen so angebracht sein sollten, dass sie auch am eingespannten Körper möglichst noch sichtbar sind und bei Gebrauch des fertig bearbeiteten Körpers, diesen in seiner Funktion nicht beeinträchtigen. Es versteht sich, dass die individuellen Ausgestaltungen der einzelnen Elemente der rotationssymmetrischen Körper und der Vorrichtung vom Fachmann in technisch sinnvoller Weise beliebig kombiniert werden können.
40 73 Stützflächen
Bezugszeichenliste 74 federnde Abstützung
75 Feder
10 rotationssymmetrischer Körper 76 Zentriereinrichtung
12 erste Seite 78 Stirnseite
5 14 Deckel 45 80 zentrale Öffnung
16 Hohizylinder 82 Zentrierfläche
18 Kupplungseinheit 84 Aussparung
19, 19' Rotationsachse 86 Gewindeöffnung
20 Bajonettverschluss 90 Öffnung
10 22 Auflagebereich
24, 24' Auflagefläche
26 zweite Seite ,
28 Zentrierbereich
30 Rotor
15 32 Nabe
34 Laufschaufel
36 zylindrische Aussenfläche
38 Stirnseite
40 Bajonettverschluss
20 41 Überdrehschutz
42 Kreissegmentflansch
43 Vorsprung
44 rampenförmige Ausnehmung
46 Schraubverbindung
25 48 Innengewinde
50 erfindungsgemässe Vorrichtung
52 Tragelement
54 Hohlzylinderwand
56 Boden
30 58 Ausnehmung
60 Anschlag
61 Arbeitsende Zuganker
62 Durchgangsöffnung
63 Kupplungsvorrichtung
35 64 Zuganker
66 radiales Spiel
68 Ringflansch
70 Spalt
72 Stützelement

Claims

PATENTANSPRUECHE
1. Verfahren zum Einspannen eines rotationssymmetrischen Körpers zum Zweck der maschinellen Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) mit seiner ersten Seite (12) mittels einer Zugkraft (F1), die in Verlängerung der Rotationsachse (19, 19') des Körpers (10) an der ersten Seite (12) des Körpers (10) angreift, gegen ein zentrierend wirkendes Stützelement (72) gezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (72) mit einer der Zugkraft (F1 ) entgegengesetzten Federkraft (F2) beaufschlagt wird, die Federkraft (F2) etwas kleiner als die Zugkraft (F1) und so bemessen ist, dass beim Auftreffen des Körpers (10) auf das Stützelement (72) das Stützelement (72) zunächst in axialer
Richtung nachgibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugkraft (F1) mit Hilfe eines Zugankers (64) auf den Körper (10) übertragen wird, der vorzugsweise mittels einer Schnellkupplung (20, 40, 46) mit dem Körper (10) verbunden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuganker (64) mit radialem Spiel (66) axial und konzentrisch zur Rotationsachse (19, 19') des rotationssymmetrischen Körpers (10) geführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) mit einem Zentrierbereich (28), der axial beabstandet zur ersten Seite (12) des Körpers (10) angeordnet und gleich ausgerichtet ist wie die erste Seite (12), gegen eine
Zentriereinrichtung (76) gezogen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Federkraft (F2), Zugkraft (F1) und Ausgestaltung von Stützelement (72) und falls vorhanden Zentriereinrichtung (76) abhängig vom einzuspannenden Körper (10) gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einspannen eines Rotors (30) als rotationssymmetrischen Körper (10), der vorzugsweise angeformte Laufschaufeln (34) aufweist, eine Zentriereinrichtung (76) gewählt wird, die fingerartig zwischen die Laufschaufeln (34) eingreifende Zentrierflächen (82) aufweist.
8. Vorrichtung zum Einspannen eines rotationssymmetrischen Körpers 10 zum Zweck seiner maschinellen Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuganker (64) vorgesehen ist, der in der Vorrichtung (50) derart gelagert ist, dass er axial und konzentrisch zur Rotationsachse (19, 19') des einzuspannenden Körpers (10) an diesem angrei- fen kann und für die axiale Zugbewegung mit radialem Spiel (66) axial geführt ist, wobei die Zugkraft (F1 ) des Zugankers (64) vorzugsweise einstellbar ist, und dass ein Stützelement (72) vorgesehen ist, gegen das der einzuspannende, rotationssymmetrischen Körper (10) mit Hilfe des Zugankers (64) ziehbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (72) an einem Anschlag (60) der Vorrichtung (50) derart federnd abgestützt ist, dass es in
Achsrichtung (19, 19') des einzuspannenden Körpers (10) bewegbar ist, wobei die Federkraft (F2) der Zugkraft (F1) entgegenwirkt und vorzugsweise einstellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuganker (64) mit einer Kupplungsvorrichtung (63) versehen ist, die mit einer Kupplungseinheit (18) des einzuspannenden Körpers (10) verbindbar ist und vorzugsweise als die eine
Hälfte einer Schnellkupplung (20, 40, 46) ausgebildet ist.
11. Vorrichtung einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (72) mit konzentrisch zur Rotationsachse (19, 19') des einzuspannenden Körpers (10) angeordneten Stützsflächen (73) versehen ist, die vorzugsweise gegen die Ro- tationsachse (19, 19') geneigt sind und/oder sich entlang eines definierten Umfanges berühren und eine ringförmige Stützfläche bilden.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass axial beabstandet vom Stützelement (72) eine Zentriereinrichtung (76) vorgesehen ist, die mit konzentrisch zur Rotationsachse (19, 19') des einzuspannenden Körpers (10) angeordneten und vorzugsweise gegen die Rotationsachse (19, 19') geneigten Zentrierflächen (82) versehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierflächen (82) gleichmässig über den Umfang verteilt sind und sich von einem definierten Aussenumfang bis zu einem definierten Innumfang fingerartig gegen die Rotationsachse (19, 19') erstrecken und/oder sich insbesondere entlang eines definierten Umfanges berühren und eine ringförmige Zentrierfläche bilden.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlich ausgestaltete, austauschbare Stützelemente (72) und bei vorhandener Zentriereinrichtung (76) unterschiedlich ausgestaltete, austauschbare Zentriereinrichtungen (76) vorgesehen sind, die angepasst an den einzuspannenden Körper (10) wählbar sind.
15. Rotationssymmetrischer Körper, insbesondere Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass er auf einer ersten Seite (12) eine mit seiner Rotationsachse (19) zentrische, auf Zug beanspruchbare Kupplungseinheit (18) und einen Auflagebereich (22) mit wenigstens drei konzentrisch zur Rotationsachse (19) angeordneten Auflageflächen (24) aufweist.
16. Rotationssymmetrischer Körper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (18) mit einer gegengleich ausgestalteten Kupplungsvorrichtung verbindbar ist und vorzugsweise als die eine Hälfte einer Schnellkupplung (20, 40, 46) ausgebildet ist.
17. Rotationssymmetrischer Körper nach Anspruch 15 oder 16,dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (18) im wesentlichen die Form eines im Körper (10) angeordneten konzentrischer Hohizylinders und/oder Hohlpolygons hat.
18. Rotationssymmetrischer Körper nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (18) als die eine Hälfte eines Bajonettverschlusses (20, 40), und zwar insbesondere eines Bajonettverschlusses (20, 40) mit einem Überdrehschutz (41), oder als die eine Hälfte einer Schraubverbindung (46) ausgebildet ist.
19. Rotationssymmetrischer nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (24) zur Rotationsachse (19) hin geneigt sind und mit der Rotationsachse (19) einen stumpfen Winkel α im Bereich von 100° bis 170°, vorzugsweise 120° bis 150° und insbesondere 135° einschliessen.
20. Rotationssymmetrischer Körper nach Anspruch 15 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (24) zur Rotationsachse (19) und zur ersten Seite (12) hin gebogene Flächen sind.
21. Rotationssymmetrischer Körper nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (24) miteinander verbunden sind und eine geschlossene Ringfläche bilden.
22. Rotationssymmetrischer Körper nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Seite (26) des Körpers (10) ein Zentrierbereich (28) vorgesehen ist, dessen Auflageflächen (24') gegen die erste Seite (12) des Körpers (10) ausgerichtet und vorzugsweise gegen die Rotationsachse (19) geneigt sind.
23. Rotationssymmetrischer Körper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (24)' der Zentrierbereiche (28) mit der Rotationsachse (19, 19') einen
Winkel ß im Bereich von 15° bis 90°, vorzugsweise 20° bis 60° und insbesondere 30° einschliessen und/oder zur Rotationsachse (19) hin gebogene Flächen sind.
24. Rotationssymmetrischer Körper nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (24') der Zentrierbereiche (28) miteinander verbunden sind und eine Ringfläche bilden.
25. Rotationssymmetrischer Körper nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) eine Markierung (9) aufweist, die eine immer gleiche
Orientierung des Körpers (10) im Raum und insbesondere gegenüber einer Markierung einer Einspannvorrichtung, ermöglicht.
26. Rotationssymmetrischer Körper nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Gusskörper ist und die Kupplungseinheit (18), die Auflageflächen (24, 24') und, wenn vorhanden, vorzugsweise auch die Markierung (9) im wesentlichen gusstechnisch hergestellt sind.
27. Rotationssymmetrischer Körper nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) ein Rotor (30) mit vorzugsweise einstückig angeformten Laufschaufeln (34) ist und die Auflageflächen (24, 24') zumindest auf der zweiten Seite (26) des Körpers (10) vorzugsweise zwischen den Laufschaufeln (34) oder auf den
Schaufelkanten angeordnet sind und die Kupplungseinheit (18) vorzugsweise in die Nabe (32) integriert ist.
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