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Die
Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung, insbesondere ein
Spannfutter für
eine Werkzeugmaschine, mit einem Grundkörper, einem bezüglich einer
Längsachse
vor dem Grundkörper
angeordneten Abtriebskörper
zum Verbinden mit einem Werkstück,
einem mit dem Grundkörper
verbundenen und sich entlang der Längsachse erstreckenden Verbindungselement
und mindestens zwei am Grundkörper
befestigten, quer zur Längsachse
wirkenden Exzenter-Aktoren, insbesondere Exzenter-Piezoaktoren, die
ausgebildet sind zum Verschieben des Abtriebkörpers senkrecht zur Längsachse relativ
zum Grundkörper
durch elastisches Verformen des Verbindungselements. Gemäß einem
zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten
eines Werkstücks.
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Aus
der
DE 854 759 B ist
eine Vorrichtung zum Spannen von Werkstücken für Werkzeugmaschinen bekannt,
bei der ein in zwei zueinander senkrechten Ebenen stellbar gelagertes
Dreibackenfutter verwendet wird, um eine achsparallele Einstellung dem
gespannten Werkzeug zu gestatten. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung
ist, dass das achsparallele Ausrichten nur manuell möglich ist
und einen hohen Zeitaufwand erfordert.
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Aus
der
DE 103 60 917
A1 ist ein Werkzeughalter für ein um eine Drehachse drehbares
Werkzeug bekannt. Der Werkzeughalter besitzt einen Spannschaft,
an dessen Umfang elektrostriktives Material angeordnet ist, das
beim Rotieren des Werkzeughalters extern angeregt werden kann, so
dass Torkelschwingungen vermieden werden. Nachteilig an dem Werkzeughalter
ist, dass größere Geometrieabweichungen
mit diesem Werkzeughalter nicht korrigiert werden können.
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Aus
der
DE 41 27 770 A1 ist
ein Spanndorn für
Zerspanwerkzeuge bekannt, bei dem Stellelemente vorhanden sind,
um ein mit dem Spanndorn gespanntes Werkzeug auszurichten. Nachteilig
an diesem Spanndorn ist, dass das Ausrichten des Werkzeugstücks mit
ihm sehr arbeitsintensiv ist und nur manuell erfolgen kann.
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Aus
der
DE 38 24 462 C2 ist
eine Werkzeug-Einstellvorrichtung bekannt, die dazu dient, eine
Achse eines feststehenden Werkzeugs auf eine Spindelachse eines
sich bewegenden Werkstücks einzurichten.
Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass sie nur aufwändig und
per Hand einstellbar ist.
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Des
Weiteren sind gattungsgemäße Positioniervorrichtungen
bekannt. Diese werden beispielsweise bei der Vorbereitung von geschmiedeten Roh-Zahnrädern für eine nachfolgende
Schleifbearbeitung eingesetzt. Nach dem Schmieden und einem nachfolgenden
Härten
kann es nämlich
passieren, dass eine Zentralbohrung des Roh-Zahnrads exzentrisch zu dessen Zahnkranz
angeordnet ist. Würde bei
der nachfolgenden Schleifbe arbeitung das Roh-Zahnrad über die
exzentrische Zentralbohrung gespannt, müsste eine in Abhängigkeit
von der Position auf dem Zahnkranz variierende Materialmenge abgeschliffen
werden, um die gewünschte
Endkontur zu erhalten, was nachteilig ist. Um überflüssige Aufmaße zu vermeiden, wird daher
vor der Schleifbearbeitung in einem Hartdrehprozess die Zentralbohrung
so ausgebildet, dass ein möglichst
geringer Materialbetrag abgeschliffen werden muss.
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Dazu
wird der Grundkörper
der Positioniervorrichtung an einer Arbeitsspindel einer Hartdrehmaschine
befestigt. Anschließend
wird das Zahnrad mit einer am Abtriebskörper angeordneten Spannvorrichtung
gespannt und geometrisch vermessen. Sodann wird die Spannvorrichtung
so relativ zum Grundkörper
parallel verschoben, dass eine Drehachse der Arbeitsspindel der
Hartdrehmaschine durch den Mittelpunkt der einzubringenden Zentralbohrung
verläuft.
Nachfolgend wird die Zentralbohrung ausgedreht, so dass das Roh-Zahnrad
in dem nachfolgenden Schleifprozess nur noch minimal endbearbeitet
werden muss.
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Nachteilig
an der bekannten Positioniervorrichtung ist, dass sie nur für schmale
Zahnräder
geeignet ist. Es hat sich nämlich
gezeigt, dass das Spannfutter für
tiefere Bauteile, wie beispielsweise Ritzelwellen oder breite Zahnräder, ungeeignet
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positioniervorrichtung
vorzuschlagen, die Nachteile im Stand der Technik überwindet.
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Die
Erfindung löst
das Problem durch eine gattungsgemäße Positioniervorrichtung,
die mindestens zwei Neige-Aktoren, insbesondere Neige-Piezoaktoren,
aufweist, die zum Neigen des Antriebskörpers relativ zum Grundkörper ausgebildet
und angeordnet sind. Die Erfindung löst das Problem zudem durch
eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Schleif- oder Drehmaschine,
die eine Werkstückdrehvorrichtung
zum Drehen eines Werkstücks
um eine Drehachse und eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung besitzt,
wobei die Längsachse
der Positioniervorrichtung mit der Drehachse zusammenfällt. Gemäß einem
zweiten Aspekt löst
die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Ausrichten eines
Werkstücks
das den Schritt eines Spannens des Werkstücks auf einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
umfasst.
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Vorteilhaft
an der Erfindung ist, dass auch Taumelfehler eines Werkstücks, wie
beispielsweise eines Roh-Zahnrads oder einer Roh-Ritzelwelle, ausgleichbar
sind. Dadurch werden auch längere
Bauteile exakt zu einer Drehachse einer Werkzeugmaschine ausrichtbar.
Daraus folgt, dass weniger Abtrag notwendig ist, so dass Aufmaße verringert
werden können,
der Schleifscheibenverschleiß sinkt
und eine schnellere und kostengünstigere
Fertigung erreichbar ist.
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Dadurch,
dass mit der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
Exzenter- und Taumelfehler korrigierbar sind, können Fertigungsfehler in vorlaufenden
Prozessen korrigiert werden. Ausschuss wird so vermindert. Es hat
sich überraschenderweise
herausgestellt, dass eine derartige Positioniervorrichtung so auslegbar
ist, dass bei einer Bearbeitung eines gespannten Werkstücks auftretende
Bearbeitungskräfte
sicher abgefangen werden können,
so dass mit der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
im Wesentlichen die gleichen Fertigungstoleranzen einhaltbar sind
wie mit einem herkömmlichen
Positionierfutter ohne Aktoren.
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Vorteilhaft
ist zudem, dass zwei zu fügende Komponenten
besonders präzise
zueinander ausgerichtet werden können.
So ist es möglich,
ein optisches Bauteil, wie beispielsweise eine Linse oder eine Linsenanordnung
in einem mit einem Aufmaß versehenen
Rohr zu fixieren. Um eine optische Achse des optischen Bauteils
zu einer Längsachse
des Rohrs auszurichten, muss dieses lediglich mit einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
auf einer Drehmaschine gespannt werden. Anschließend wird eine etwaige Abweichung
der optischen Achse von der Längsachse
des Rohrs mit Hilfe der Positionsvorrichtung kompensiert und das
Rohr wird anschließend
in einem Außendrehprozess
fertig bearbeitet. Auf diese Weise wird die optische Achse des optischen
Bauteils auf einfache Weise zur Längsachse des so fertig bearbeiteten
Rohrs ausgerichtet.
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Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Begriff der
Längsachse
insbesondere auf eine Achse, um die die Positioniervorrichtung drehbar
ausgebildet ist, indem beispielsweise eine entsprechende Aufnahme
zum Anschluss an eine Werkstückspindel
einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist. Es wird dabei auf die Ruhelage
der Aktoren abgestellt, so dass ein Betätigen der Exzenter-Aktoren
oder Neige-Aktoren die Längsachse
nicht verändert.
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Als
Exzenter-Aktoren oder Neige-Aktoren kommen neben Piezoaktoren beispielsweise
magnetostriktive Aktoren oder Elektromotoren, die mit einer Gewindespindel
gekoppelt sind, in Betracht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Verbindungselement einen Kern, in dem die mindestens
zwei Neige-Piezoaktoren parallel zu der Längsachse verlaufen. Auf diese
Weise ist die Korrektur des Exzenterfehlers von der Korrektur des Taumelfehlers
separiert. Durch Ansteuern der Exzenter-Aktoren kann der Exzenterfehler
korrigiert werden, ohne dass dies die Taumelabweichung des Werkstücks von
der Längsachse
beeinflusst. Umgekehrt können
die Neige-Aktoren betätigt
werden, ohne dass dies die Exzentrizität des Werkstücks relativ
zu der Längsachse ändert.
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Bevorzugt
umfasst das Verbindungselement ein Spannelement, das in einem Fußpunkt mit
dem Abtriebskörper
verbunden und zwischen den Neige-Piezoaktoren angeordnet ist, wobei
das Spannelement und die Neige-Piezoaktoren so angeordnet sind,
dass ein Längen
eines der Neige-Piezoaktoren und ein Verkürzen aller anderen Neige-Piezoaktoren zum
Neigen des Abtriebskörpers
relativ zum Grundkörper
führt.
Dass Spannelement kann beispielsweise eine Spannschraube sein, die
durch eine Bohrung in dem Kern verläuft und am Grundkörper angreift und
auf diese Weise insbesondere die für die Aktoren erforderliche
Vorspannung aufbringt.
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Es
ist vorteilhaft, dass die Neige-Piezoaktoren über Kegelpfannen-Kugelscheiben-Gelenke mit dem Abtriebskörper und/oder
dem Grundkörper
in Verbindung stehen. Es wird so eine besonders einfache Anordnung
erhalten.
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Bevorzugt
sind vier Neige-Piezoaktoren vorgesehen, die jeweils in einem Krafteinleitungspunkt an
dem Abtriebskörper
angreifen, wobei die Krafteinleitungspunkte eine Raute, insbesondere
ein Quadrat bilden. Durch eine symmetrische Anordnung wie diese,
wird die Ansteuerung der Neige-Piezoaktoren erleichtert. Gleichzeitig
wird der Einfluss einer thermischen Ausdehnung der Komponenten der
Positioniervorrichtung auf die Lage des Antriebskörpers relativ
zum Grundköper
minimiert, so dass eine entsprechende Kompensation entbehrlich ist.
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Besonders
bevorzugt ist daher der Fußpunkt im
geometrischen Mittelpunkt der Raute bzw. des Quadrats angeordnet.
Sind mehr als vier Neige-Piezoaktoren vorhanden, so sind diese bevorzugt
paarweise gegenüberliegend
angeordnet und greifen in jeweiligen Krafteinleitungspunkten an,
die die gleichen Abstände
vom Fußpunkt
besitzen, das heißt, bezüglich einer
Wirkrichtung der Neige-Piezoaktoren in einer Ebene liegen. Günstig ist
es zudem, wenn die Krafteinleitungspunkte auf den Eckpunkten eines
regelmäßigen Mehrecks
liegen.
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Bevorzugt
besitzt der Grundkörper
einen Basisring und eine am Basisring befestigte Grundkörper-Membran,
die eine relativ zum Basisring verringerte Biegesteifigkeit besitzt
und an der das Verbindungselement angeordnet ist. Die Exzenter-Piezoaktoren greifen
in diesem Fall günstigerweise
am Basisring an. Die Biegesteifigkeit der Grundkörper-Membran ist bevorzugt
wesentlich kleiner als die Biegesteifigkeit des Verbindungselements,
wodurch eine besonders einfach zu steuernde Positioniervorrichtung erhalten
wird.
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Bevorzugt
weist der Abtriebskörper
einen Exzenterring auf und umfasst eine am Exzenterring befestigte
Abtriebskörper-Membran,
die eine relativ zum Exzenterring verringerte Biegesteifigkeit besitzt und
an der das Verbindungselement angeordnet ist. Auf diese Weise können der
Basisring und der Exzenterring aneinander parallel verschieblich
gelagert sein, so dass ein Betätigen
der Exzenter-Aktoren zu einer Parallelverschiebung zwischen Basisring
und Exzenterring führt
und so der Exzenterfehler unabhängig
vom Taumelfehler kompensierbar ist. Eine solche Positioniervorrichtung
ist besonders einfach zu steuern.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist es möglich,
dass das Verbindungselement mit dem Exzenterkörper verbunden ist, der am
Grundkörper gelagert
und mittels der Exzenter-Piezoaktoren parallel verschieblich relativ
zum Grundkörper
ver schiebbar ist, wobei der Abtriebskörper schwenkbar an dem Exzenterkörper gelagert
ist.
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Bevorzugt
besitzt dabei der Abtriebskörper einen
Fußabschnitt
und einen Kopfabschnitt zum Verbinden mit dem Werkstück, wobei
die mindestens zwei Neige-Piezoaktoren
am Exzenterkörper
angeordnet sind, quer zur Längsachse
verlaufen und so zum Fußteil
angeordnet sind, dass ein Längen
eines der Neige-Piezoaktoren und ein Verkürzen der anderen Neige-Piezoaktoren
zu einem Neigen des Abtriebskörpers
relativ zum Exzenterkörper
führt.
Es ist auf diese Weise möglich,
dass die Exzenter-Piezoaktoren parallel zu den Neige-Pieozaktoren
verlaufen, wodurch sich eine besonders kompakte Bauweise für die Positioniervorrichtung
ergibt. Vorteilhaft ist zudem, dass alle Piezoaktoren so angeordnet
werden können,
dass sie stets eine vollkommen gestreckte Anordnung besitzen und
keine Biegekräfte
auf sie wirken. Dadurch wird deren Lebensdauer erhöht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Neige-Piezoaktoren in Gegenspieleranordnung angeordnet
und verlaufen im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse. Unter einer Gegenspieleranordnung
ist insbesondere zu verstehen, dass jeweils zwei Aktoren einander
genau entgegengesetzt wirkende Wirkrichtungen besitzen, die zudem
in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Werden beide Aktoren des Gegenspielerpaars
gleichzeitig betätigt,
so kommt es lediglich zu einer Druck-, jedoch zu keiner Scherbelastung
am beaufschlagten Bauteil. Vorteilhaft hieran ist die besonders
einfache Steuerbarkeit der Aktoren.
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Besonders
günstig
ist, wenn der Abtriebskörper
benachbart zu seinem Kopfabschnitt von der Abtriebskörper-Membran
gehaltert ist. In diesem Fall kann der Abtriebskörper mit Hilfe der Neige-Aktoren um
einen Schwenkpunkt geschwenkt werden, der dicht bei einer dem Werkstück zugewandten
Stirnfläche
des Abtriebskörpers
liegt. An der Stirnfläche kann
beispielsweise eine Spannvorrichtung zum Spannen des Werkstücks angeordnet
sein, wie beispielsweise ein Backen- oder ein Membranspannfutter.
Wenn die Spannvorrichtung druckluftbetätigbar ist, besitzt die Positioniervorrichtung
bevorzugt einen die Längsachse
umgebenden Druckluftkanal, der von dem Grundkörper zum Spannmittel verläuft. Dadurch
kann Druckluft von einer Werkzeugmaschine zum Spannmittel geleitet
werden.
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Um
Kräfte
innerhalb der Positioniervorrichtung zu minimieren, ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
eine elektrische Steuerung vorgesehen, die ausgebildet ist, um jeweils
zwei in Gegenspieleranordnung angeordnete Piezoaktoren so anzusteuern,
dass sich einer der Piezoaktoren um einen vorgegebenen Betrag längt und
sich der andere Piezoaktor um den gleichen Betrag verkürzt. So
werden die von den Piezoaktoren ausgeübten Kräfte auf das Mindestmaß reduziert.
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Eine
erfindungsgemäße Werkszeugmaschine
besitzt bevorzugt eine Messvorrichtung zum Erfassen einer Lage eines
mit der Positioniervorrichtung gespannten Werkstücks. Diese Lage kann beispielsweise
relativ zu einem Koordinatensystem der Werkzeugmaschine angegeben
sein. Mit Hilfe dieser Messvorrichtung wird die Lage des Werkstücks erfasst
und es kann die optimale Lage beispielsweise einer Zentralbohrung
des Werkstücks
bestimmt werden. Die notwendige Lageveränderung des Werkstücks wird
dann über
die Exzenter-Aktoren und die Neige-Aktoren kompensiert. Unter der
Lage des Werkstücks
wird dabei neben seiner Position in x-, y- und z-Richtung auch seine Orientierung bezüglich zwei
oder drei Raumrichtungswinkeln verstanden.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
umfasst bevorzugt die Schritte eines Erfassens einer Lage der Positioniervorrichtung
relativ zur Werkzeugmaschine, eines Erfassens einer Bearbeitungskraft
auf das Werkstück
und eines Ansteuerns der Exzenter- und/oder Neige-Piezoaktoren so, dass
sie eine Auslenkung des Werkstücks
aufgrund der Bearbeitungskraft vermindern oder kompensieren. Die
Bearbeitungskraft kann beispielsweise aus einer Tabelle ausgelesen
werden. Alternativ kann die Bearbeitungskraft von einem Kraftsensor
erfasst werden, der an einer Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine angeordnet
ist. Es ist zudem möglich,
die Bearbeitungskraft, die beispielsweise von einer Schleifscheibe
auf das Werkstück
aufgebracht wird, aus der Leistung eines Motors zu bestimmen, der
die Schleifscheibe antreibt.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
Dabei zeigt
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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2 einen
Längsschnitt
durch die Positioniervorrichtung nach 1,
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3 einen
Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung
durch die Positioniervorrichtung nach 1,
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4 eine
perspektivische Ansicht der Positioniervorrichtung gemäß 1,
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5 eine
schematische Darstellung der Funktionsweise der Positioniervorrichtung
gemäß den vorstehenden
Figuren,
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6 eine
alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
in einem Schnitt entlang der Längsachse,
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7 eine
perspektivische Teil-Ansicht der Positioniervorrichtung nach 6,
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8 eine
perspektivische Ansicht eines Details der Positioniervorrichtung
gemäß der 6 und 7,
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9 eine
zweite Ansicht des Details nach 9,
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10 einen
Längsschnitt
durch das Detail gemäß der 8 und 9 und
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11 eine
Detailansicht auf den Abtriebskörper
einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung.
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1 zeigt
eine Teil-Explosionsansicht einer Positioniervorrichtung 10,
die einen Grundkörper 12, einen
bezüglich
einer Längsachse
L vor dem Grundkörper 12 angeordneten
Abtriebskörper 14,
ein mit dem Grundkörper 12 verbundenen
und sich entlang der Längsachse
L erstreckenden Verbindungselement 16 und vier am Grundkörper 12 befestigte,
sich quer zur Längsachse
L erstreckende Exzenter-Piezoaktoren 18.1, 18.2, 18.3 und 18.4 umfasst,
die in Gegenspieleranordnung angeordnet sind. Das heißt, dass
sie einander paarweise gegenüberliegen,
ihre Wirkrichtungen in einer Ebene verlaufen und auf gegenüberliegenden
Seiten am Verbindungselement 16 angreifen.
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Der
Grundkörper 12 umfasst,
wie der Längsschnitt
H durch die Längsachse
L gemäß 2 zeigt, einen
Basisring 20, dessen Längsachse
mit der Längsachse
L der Positioniervorrichtung zusammenfällt, und eine am Basisring 20 befestigte
Grundkörper-Membran 22,
die ebenfalls im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist und deren
Mittelpunkt auf der Längsachse
L liegt. Die Grundkörper-Membran 22 weist
im Vergleich zum Basisring 20 eine deutlich verringerte
Biegesteifigkeit auf, die beispielsweise um den Faktor 100 kleiner
ist. Das Verbindungselement 16 ist an der Grundkörper-Membran 22 befestigt,
beispielsweise angeschraubt oder angeschweißt.
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Die
Exzenter-Piezoaktoren 18.1 bis 18.4 sind am Basisring 20 befestigt
und wirken, wie exemplarisch in 2 für die Exzenter-Piezoaktoren 18.2 und 18.4 gezeigt,
auf das Verbindungselement 16 ein. Längt sich beispielsweise der
Exzenter-Piezoaktor 18.2 und verkürzt sich der Exzenter-Piezoaktor 18.4,
so verformt sich das Verbindungselement 16 wie in 2 angedeutet
und der Abtriebskörper 14 verschiebt
sich parallel zum Basisring 20. Dazu ist er über schematisch
eingezeichnete elastokinematische Gitterführungen 26 am Basisring 20 befestigt.
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3 zeigt
einen Querschnitt durch die Positioniervorrichtung 10,
der durch die Exzenter-Piezoaktoren 18.1 bis 18.4 gezogen
ist. Die Exzenter-Piezoaktoren sind in jeweiligen Aufnahmehülsen 28.1 bis 28.4 angeordnet
und wirken auf einen Kern 30 des Verbindungselements 16.
Alle Exzenter-Piezoaktoren sind dabei auf die gleiche Weise in der
jeweiligen Aufnahmehülle
aufgenommen. Beispielsweise ist der Exzen ter-Piezoaktor 18.1 über ein
erstes Kegelpfannen-Kugelscheibengelenk 32a an der Aufnahmehülse 28.1 und über ein
baugleiches Kegelpfannen-Kugelscheiben-Gelenk 32b am Kern 30 gelagert.
Im Kern 30 sind vier Längsbohrungen 34.1,
..., 34.4 eingebracht, in denen jeweils ein Neige-Piezoaktor 36.1, 36.2. 36.3 bzw. 36.4 mit
geringem Spiel eingepasst ist.
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Zwischen
zwei Aufnahmehülsen
ist jeweils eine Fixierplatte montiert, beispielsweise befindet sich
zwischen den Aufnahmehülsen 28.1 und 28.2 die
Fixierplatte 38.1, die über
eine nicht eingezeichnete Schraube mit einem Spannring 40 verbunden ist,
der den Kern 30 spielfrei umgibt. Über die Fixierplatten 38.1 bis 38.4,
die jeweiligen Schrauben und den Spannring 40 können die
Aufnahmehülsen 28.1 bis 28.4 auf
den Kern 30 vorgespannt und der Antriebskörper vorjustiert
werden. Nach der Justage werden die Aufnahmehülsen 28.1 bis 28.4. über Schrauben
mit dem Basisring schlüssig
verbunden. Die Neige-Piezoaktoren 36.1., ..., 36.4 sind
in einer quadratischen Anordnung vorgesehen, in deren Mitte eine
Längsbohrung 34.5 durch
den Kern 30 verläuft, in
der eine in 2 nicht sichtbare Vorspannschraube 42 verläuft.
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4 zeigt
die Vorspannschraube 40, die in einem Fußpunkt F
am Abtriebskörper 14 angreift
und sie so mit dem Kern 40 verbindet. Wie 2 zeigt,
ist eine Abtriebskörper-Membran 44 konzentrisch
zu einem Exzenterring 46 angeordnet, die beide Teil des Abtriebskörpers 14 sind.
Die Abtriebskörper-Membran 44 stellt
eine Verbindung zwischen dem Abtriebskörper 14 und dem Exzenterring 46 her
und ist zwischen dem Abtriebskörper 14 und
dem Kern 40 angeordnet. Die Neige-Piezoaktoren 36.1, 26.2, 36.3, 36.4 greifen
in jeweiligen Krafteinleitungspunkten K1, K2, K3 und K4 an, die
ein Quadrat bilden, dessen Schwerpunkt mit dem Fußpunkt F
zusammenfällt.
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5 zeigt
die prinzipielle Wirkung der Neige-Piezosensoren auf die Abtriebskörper-Membran 44.
Längt sich
beispielsweise der Neige-Piezoaktor 36.2 und verkürzt sich
der Neige-Piezoaktor 36.4 um den Betrag δI, so neigt
sich die Abtriebskörper-Membran 44 relativ
zum Grundkörper 12.
Da die beiden Neige-Piezoaktoren 36.2, 36.4 so
angesteuert werden, dass sie sich jeweils um gleiche Beträge verlängern bzw.
verkürzen,
bleibt die Länge
der Vorspannschraube 42 konstant.
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6 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 10 mit
dem Grundkörper 12,
dem Abtriebskörper 14,
dem Verbindungselement 16 und den Aufnahmehülsen 28.3 und 28.4.,
in denen nicht sichbtbar die entsprechenden Exzenter-Piezoaktoren
angeordnet sind.
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6 zeigt
zudem einen Exzenterkörper 48, der über elastokinematische
Gitterführungen 26 am Grundkörper 12 parallel
verschieblich gelagert ist. Der Abtriebskörper 14 besitzt einen
Kopfabschnitt 50, der eine Stirnfläche zur Montage einer Spannvorrichtung 52 besitzt,
und einen Fußabschnitt 54,
an den vier Neige-Piezoaktoren angreifen, von denen in 6 die
beiden Neige-Piezoaktoren 36.1 und 36.3 eingezeichnet
sind. Der Abtriebskörper 14 wird
benachbart zu seinem Kopfteil 50 von der Abtriebskörper-Membran 44 gehaltert.
Ein Längen
des Neige-Piezoaktors 36.1 und ein Verkürzen des Neige-Piezoaktors 36.3 führt zu einem
Verkippen des Abtriebskörpers 14 um
einen Drehpunkt D.
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In 6 ist
zudem ein Adapterflansch 58 zu erkennen, der ausgebildet
ist, um mit einer Werkstückspindel 60 einer
Werkzeugmaschine, wie beispielsweise einer Drehmaschine, verbunden
zu werden. Der Adapterflansch 58 umfasst einen Teil einer Schnittstelle 62,
mit deren Hilfe elektrische Energie für die Exzenter- und Neige-Piezoaktoren 18 bzw. 36 übertragen
wird. Ansteuersignale für
die Exzenter- und Neige-Piezoaktoren 18 bzw. 36 werden über eine
Funkstrecke übertragen,
die nach dem Bluetooth-Standard aufgebaut wird.
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Positioniervorrichtung gemäß 6,
bei der der Abtriebskörper 14 der Übersichtlichkeit
halber weggelassen worden ist.
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8 zeigt
eine perspektivische Ansicht von unten auf den Abtriebskörper 14 mit
seinem Fußabschnitt 54,
auf den die Neige-Piezoaktoren 36.1 bis 36.4 wirken,
die in entsprechenden Aufnahmehülsen aufgenommen
sind. Die Aufnahmehülsen
sind am Exzenterring 46 befestigt. Der in 8 nicht
sichtbare Kopfabschnitt des Abtriebskörpers ist an der Abtriebskörpermembran 44 befestigt,
so dass ein Betätigen
der Neige-Piezoaktoren 36 zu einem Schwenken des Abtriebskörpers 14 führt.
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9 zeit
die Befestigung des Abtriebskörpers 14 an
der Abtriebskörper-Membran 44 in
einer perspektivischen Ansicht
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10 zeigt
einen Querschnitt durch den Exzenterkörper 48, der die beiden
in Gegenspieleranordnung gegen den Fußabschnitt 54 des
Abtriebskörpers 14 wirkenden
Neige-Piezoaktoren 36.1 und 36.3 erkennen lässt. Wenn
sich beispielsweise der Neige-Piezoaktor 36.1 längt und
der Neige-Piezoaktor 36.3 verkürzt, so wird der Kopfabschnitt 50 des Abtriebskörpers 14 gegen
die Abtriebskörper-Membran 44 gedrückt und
schwenkt um den Drehpunkt D um einen Schwenkwinkel φ relativ
zur Längsachse
L. Dabei verformt sich die Abtriebskörper-Membran 44, verschieb
sich jedoch nicht relativ zum Exzenterring 46.
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In 11 ist
ein Werkstück 56 gezeigt,
das mit Hilfe der Spannvorrichtung 52 auf dem Abtriebskörper 14 gespannt
ist.
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Die
erfindungsgemäße Positioniervorrichtung
kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, um ein optisches Bauteil
wie eine Linse oder eine Linsenanordnung in einem Rohr präzise fluchtend
anzuordnen. Dazu wird zunächst
ein Roh-Rohr mit Aufmaß hergestellt,
das heißt,
es besitzt einen Durchmesser, der größer ist als der für das fertige
Rohr angestrebte Durchmesser. Nachfolgend wird das optische Bauteil
in einem Inneren des Roh-Rohrs angeordnet, zu einer Längsachse
des Roh-Rohrs ausgerichtet und dort fixiert.
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Diese
Ausrichtung ist jedoch zwangsläufig mit
einem Fehler behaftet. Um diesen Fehler zu korrigieren, wird das
Roh-Rohr mit einer oben beschriebenen Positioniervorrichtung gespannt,
die an einer Arbeitsspindel einer Drehmaschine befestigt ist. Dabei
wird das Roh-Rohr so eingespannt, dass seine Längsachse möglichst gut mit einer Drehachse
der Arbeitsspindel fluchtet. Anschließend wird mit einem geeigneten
Messgerät
eine Abweichung der optischen Achse des optischen Bauteils relativ
zur Drehachse der Arbeitsspindel ermittelt und die Positioniervorrichtung
so betätigt,
dass beide möglichst
genau übereinstimmen.
Anschließend
wird das Roh-Rohr durch Außenlängsdrehen
fertig bearbeitet. Es wird so ein Rohr erhalten, dessen Längsachse
mit hoher Genauigkeit mit der optischen Achse des optischen Bauteils übereinstimmt.
Das genannte Verfahren kann, wie alle erfindungsgemäßen Verfahren,
auch mit zwei erfindungsgemäßen Positioniervorrichtungen
durchgeführt
werden, die an gegenüberliegenden
Enden des Werkstücks
angreifen.
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- 10
- Positioniervorrichtung
- 12
- Grundkörper
- 14
- Abriebskörper
- 16
- Verbindungselement
- 18
- Exzenter-Piezoaktor
- 20
- Basisring
- 22
- Grundkörper-Membran
- 24
- Hülse
- 26
- elastokinematische
Gitterführung
- 28
- Aufnahmehülse
- 30
- Kern
- 32a,
b
- Kegelpfannen-Kugelscheiben-Gelenk
- 34
- Längsbohrung
- 36
- Neige-Piezoaktor
- 38
- Fixierplatte
- 40
- Spannung
- 42
- Vorspannschraube
- 44
- Abtriebkörper-Membran
- 46
- Exzenterring
- 48
- Exzenterkörper
- 50
- Kopfabschnitt
- 52
- Spannvorrichtung
- 54
- Fußabschnitt
- 56
- Werkstück
- 58
- Adapterflansch
- 60
- Werkstückspindel
- 62
- Funkschnittstelle
- L
- Längsachse
- F
- Fußpunkt
- K
- Krafteinleitungspunkt
- D
- Drehpunkt