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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zentrierung eines Bauteils, das wenigstens einen rotationssymmetrischen Bereich aufweist, gegenüber einer Zentrierachse mit einer symmetrisch zur Zentrierachse angeordneten, den rotationssymmetrischen Bereich des Bauteils bereichsweise umschließenden Zentriereinrichtung, wobei die Zentriereinrichtung mehrere, über einen Irisblendenmechanismus miteinander zwangsgekoppelte, über ein einziges Betätigungselement gemeinsam verstellbare Stellarme aufweist, die jeweils am freien Ende eine Führungsrolle tragen, wobei in jeder Verstellposition alle Führungsrollen jeweils auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Zentrierachse angeordnet sind, wobei ein feststehendes, plattenförmiges Gehäuse mit einer Aussparung zur Aufnahme des Bauteils vorgesehen ist, wobei ein mit dem Betätigungselement drehfest verbundenes Kulissenelement um die Zentrierachse schwenkbar am Gehäuse angeordnet ist, wobei das Kulissenelement Führungsaussparungen aufweist, welche beim Verschwenken des Kulissenelementes gegenüber dem Gehäuse eine Verstellung der Stellarme bewirken.
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Eine solche Vorrichtung ist aus
DE 71 31 829 U bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Vorrichtung mit einem Gehäuse und einem ringförmigen Kulissenelement, wobei durch Verschwenken des Kulissenelementes gegenüber dem Gehäuse die Stellarme verstellt werden, allerdings über zusätzliche Elemente, nämlich Umlenkhebel und Schubgelenke. Diese Vorrichtung ist deshalb konstruktiv aufwendig. Aus
DE 851 710 B und
DE 931 023 B sind weitere Zentriervorrichtungen bekannt.
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Es gibt unterschiedliche Anwendungen, bei denen wenigstens ein Bauteil exakt zentriert werden muss. So müssen z.B. zum Fügen zweier rotationssymmetrischer oder teilsymmetrischer Bauteile durch Fügeverfahren (z.B. Schweißen) unter Beibehaltung einer Rotationsachse diese zueinander konzentrisch ausgerichtet und gelagert werden. Dies erfolgt durch Spannen des ersten Bauteils und Ausrichten des zweiten Bauteils zur Rotationsachse des ersten Bauteils. Bekannt ist es, dass das zweite Bauteil über eine einstellbare Zentriereinrichtung (z.B. Lynette) ausgerichtet wird.
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Zur Bearbeitung langer Bauteile auf Drehmaschinen müssen diese eingemessen und einzeln über eine Zentriereinrichtung (z.B. Lynette) gegenüber dem Futter zentriert werden. Sind die Bauteile toleranzbehaftet oder sind unterschiedliche Abmaße zu verarbeiten, muss diese Ausrichtung immer aufs Neue vorgenommen werden.
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Der Zentriermechanismus muss nach dem Fügen oder nach der Bearbeitung über einen zusätzlichen Mechanismus geöffnet werden, um das Bauteil oder die Bauteile zu entnehmen. Alternativ müssen die Bauteile axial aus dem Zentriermechanismus herausgezogen und entnommen werden, was bei langen Bauteilen aus Platzgründen zu Schwierigkeiten führen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Zentrierung eines Bauteils konstruktiv wesentlich zu vereinfachen und eine exakte Zentrierung beizubehalten bzw. zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwei erste Stellarme am den Führungsrollen abgewandten Ende am Gehäuse drehbar gelagert sind und jeweils einen ersten Kulissenbolzen aufweisen, der jeweils in einer ersten Kulissenführung des Kulissenelementes geführt ist, und dass zwei zweite Stellarme am den Führungsrollen abgewandten Ende am Gehäuse drehbar gelagert sind und jeweils einen zweiten Kulissenbolzen aufweisen, der jeweils in einer zweiten Kulissenführung des Kulissenelementes geführt ist.
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Die Zentrierung und das Beibehalten der Zentrierachse wird durch den Irisblendenmechanismus automatisch ohne zusätzliche Messung, Steuerung oder Regelung erreicht. Dabei sind keinerlei zusätzlichen Einstellungen oder Justierungen erforderlich. Alle Führungsrollen sind in jeder Verstellposition immer auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Zentrierachse angeordnet, so dass das Bauteil immer exakt zur Zentrierachse ausgerichtet ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Führungsrollen halbkreisförmig angeordnet sind. Ganz besonders bevorzugt ist dabei, dass der lichte Abstand der beiden äußeren Führungsrollen in maximaler Öffnungsposition größer als der Durchmesser des rotationssymmetrischen Bereiches des Bauteils ist. Durch diese Ausbildung ist gewährleistet, dass sich das jeweilige Bauteil ohne zusätzlichen Mechanismus nach der Bearbeitung aus der Vorrichtung in radialer Richtung entnehmen lässt.
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In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das plattenförmige Gehäuse eine halbkreisförmige Aussparung zur Aufnahme des Bauteils aufweist, welches angrenzend an die Aussparung mehrere halbkreisförmig auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Zentrierachse angeordnete, parallel zur Zentrierachse gerichtete Zentrierbolzen aufweist, wobei das Kulissenelement mit kreisbogenförmigen Führungsausschnitten um die Zentrierachse schwenkbar am Gehäuse angeordnet ist, wobei das Kulissenelement eine halbkreisförmigen Aussparung zur Aufnahme des Bauteils aufweist und mit jeweils einem Führungsausschnitt auf einem Zentrierbolzen angeordnet ist. Bei Betätigung des Betätigungselementes (manuell, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch) bewegt sich das Kulissenelement mittels seiner Führungsausschnitte (begrenzt) auf einem Kreisbogen um die Zentrierbolzen und damit die Zentrierachse.
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In konstruktiv besonders einfacher Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die beiden ersten Stellarme an einem gemeinsamen Zentrierbolzen angelenkt sind.
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Die ersten und zweiten Kulissenführungen dienen dazu, alle Führungsrollen in jeder Stellung der ersten und zweiten Stellarme immer auf eine gemeinsame Kreisbahn zur Zentrierachse zu „zwingen“. Sie führen eine zur Zentrierachse unabhängige überlagerte Bahn aus und ergeben sich konstruktiv durch eine interpolierte Bewegungsbahn der Kulissenbolzen, die in den Stellarmen gelagert sind. Je nach Dimensionierung der Vorrichtung können diese Bahnen im Extremfall auch „Spline“ oder rein theoretisch auch Geraden sein. Im Praxisfall wird natürlich eine Kreisbahn angestrebt, dessen Mittelpunkt sich zufällig aus der Interpolation der Kulissenbolzenbahn bzw. Kulissenführung ergibt. Konstruktiv werden drei Extrempunkte der Kulissenbolzen bestimmt (Anfangspunkt, Endpunkt und Mittelstellung) und diese drei Punkte mittels Kreisinterpolation verbunden. Sie haben aber keinen Bezug zur eigentlichen Zentrierachse und hängen von einer Vielzahl von Dimensionierungsgrößen ab (Länge der Stellarme, Anordnung der Bohrungen, Anlenkpunkte in dem Kulissenelement etc.).
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
- 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zentrierung eines noch nicht in die Vorrichtung eingesetzten Bauteils,
- 2 die Vorrichtung nach 1 mit eingesetztem und zentriertem Bauteil,
- 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung in halb geöffneter Position,
- 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines plattenförmigen Gehäuses mit an diesen zu montierenden Zentrier- und Lagerbolzen,
- 5 das Gehäuse nach 4 mit montierten Zentrier- und Lagerbolzen,
- 6 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Gehäuses nach 5 mit daran zu montierenden Stellarmen,
- 7 das Gehäuse mit auf die Zentrier- bzw. Lagerbolzen aufgesteckten Stellarmen,
- 8 das Gehäuse nach 7 mit an den ersten Stellarmen zu montierenden Kulissenbolzen,
- 9 das Gehäuse nach 8 mit montierten Kulissenbolzen,
- 10 das Gehäuse nach 9 vor der Montage weiterer Zentrierbolzen,
- 11 das Gehäuse nach 10 mit montierten Zentrierbolzen,
- 12 das Gehäuse nach 11 vor der Montage eines Kulissenelementes,
- 13 die im Wesentlichen vollständig montierte Vorrichtung,
- 14 bis 16 jeweils eine Seitenansicht der Vorrichtung mit Darstellung der Bewegung des Kulissenelementes in halb geöffneter Position (14), vollständig geöffneter Position (15) und vollständig geschlossener Position (16),
- 17 die Stellung der Stellarme in geschlossener Position,
- 18 die Stellung der Stellarme in geöffneter Position,
- 19 eine Seitenansicht der Vorrichtung in geschlossener Position,
- 20 eine Seitenansicht der Vorrichtung in geöffneter Position,
- 21 eine Seitenansicht der Vorrichtung in geschlossener Position mit darin zentriertem Bauteil und
- 22 eine Seitenansicht der Vorrichtung in geöffneter Position mit radial entnommenem bzw. einzuführendem Bauteil.
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Eine Vorrichtung zur Zentrierung eines Bauteils 4 ist allgemein mit 1 bezeichnet. Das zu zentrierende Bauteil 4 ist beim Ausführungsbeispiel ein rotationssymmetrischer, rohrförmiger Körper. Es kann aber auch ein Bauteil sein, das nur einen rotationssymmetrischen Bereich aufweist, welche mit Hilfe der Vorrichtung 1 zentriert werden kann.
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Die Vorrichtung 1 ist beim Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 auf einem Gestell 18 symmetrisch zu einer Zentrierachse 15 angeordnet. Außerdem ist auf dem Gestell 18 auch ein Spannmechanismus 3 für ein anderes Bauteil 5 angeordnet, das ebenfalls beim Ausführungsbeispiel vollständig rotationssymmetrisch ausgebildet ist und sich symmetrisch auf der Rotations- bzw. Zentrierachse 15 befindet.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 soll das Bauteil 4 automatisch gegenüber der Zentrierachse 15 und damit dem anderen Bauteil 5 zentriert werden, um es z.B. mit dem anderen Bauteil 5 durch Schweißen od. dgl. zu verbinden. Selbstverständlich kann die Vorrichtung 1 auch zur Zentrierung eines Bauteiles 4 gegenüber einer Zentrierachse 15 zu anderen Zwecken eingesetzt werden.
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Die Vorrichtung 1 weist eine Zentriereinrichtung mit mehreren über einen nachfolgend näher beschriebenen Irismechanismus miteinander zwangsgekoppelten, über ein einziges Betätigungselement 2 gemeinsam verstellbaren Stellarmen 10, 7 auf, wobei sowohl erste Stellarme 10 als auch zweite Stellarme 7 jeweils am freien Ende eine drehbar gelagerte Führungsrolle 6 tragen. Dabei ist der nachfolgend näher beschriebene Irismechanismus so gestaltet, dass in jeder Verstellposition alle Führungsrollen 6 jeweils auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Zentrierachse 15 angeordnet sind.
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Beim Ausführungsbeispiel sind vier Stellarme, nämlich zwei erste Stellarme 10 und zwei zweite Stellarme 7, vorgesehen, die halbkreisförmig angeordnet sind.
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Dabei weist die Vorrichtung 1 ein feststehendes, plattenförmiges Gehäuse 9 mit einer halbkreisförmigen Aussparung 14 zur Aufnahme des Bauteils 4 auf. Dieses plattenförmige Gehäuse 9 ist beim Ausführungsbeispiel mit dem Gestell 18 verbunden. Für die Funktion der Vorrichtung reicht ein einziges plattenförmiges Gehäuse 9 aus, bei den Ausführungsbeispielen sind zwei entlang der Zentrierachse 15 axial beabstandete, baugleiche plattenförmige Gehäuse 9 vorgesehen.
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Angrenzend an die Aussparung 14 weist das Gehäuse 9 mehrere halbkreisförmig auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Zentrierachse 15 angeordnete, parallel zur Zentrierachse 15 gerichtete Zentrierbolzen 11 auf, beim Ausführungsbeispiel sind drei Zentrierbolzen 11 vorgesehen.
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Ein mit dem Betätigungselement 2 drehfest verbundenes Kulissenelement 8 mit kreisbogenförmigen Führungsausschnitten 11a ist um die Zentrierachse 15 verschwenkbar am Gehäuse 9 angeordnet, wobei das Kulissenelement 8 ebenfalls eine halbkreisförmige Aussparung 16 zur Aufnahme des Bauteils 4 aufweist und mit jeweils einem Führungsausschnitt 11a auf einem Zentrierbolzen 11 angeordnet ist. Das Kulissenelement 8 kann ein einzelnes plattenförmiges Kulissenelement sein, beim Ausführungsbeispiel weist es zwei parallele, baugleich gestaltete Platten auf, die in Richtung der Zentrierachse 15 axial voneinander beabstandet sind.
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Zum weiteren Aufbau der Vorrichtung 1 wird nachfolgend auf die 4 bis 13 Bezug genommen, in welchen der Übersichtlichkeit halber der Montageablauf der Vorrichtung 1 dargestellt ist.
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Ausgehend von 4 weist das plattenförmige Gehäuse 9 angrenzend an die halbkreisförmige Aussparung 14 nicht näher bezeichnete Aufnahmebohrungen auf, in welche zunächst ein Zentrierbolzen 11 und zwei Lagerbolzen 13 eingesteckt werden. Das plattenförmige Gehäuse 9 weist im Übrigen in einem oberen äußeren Bereich einen Lagersteg 19 für das Betätigungselement 2 auf, was nachfolgend näher beschrieben wird.
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5 zeigt die Position, in welcher ein Zentrierbolzen 11 und zwei Lagerbolzen 13 am Gehäuse 9 montiert sind.
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Nachfolgend werden am Gehäuse 9 zwei zweite Stellarme 7 und zwei erste Stellarme 10 angeordnet. Die beiden zweiten Stellarme 7 weisen an der Führungsrolle 6 abgewandten Ende jeweils eine nicht näher bezeichnete Bohrung zum drehbaren Aufstecken auf die Lagerbolzen 13 auf. Dementsprechend werden sie auf die Lagerbolzen 13 aufgesteckt. Etwa in der Mitte zwischen den Lagerbolzen 13 und den Führungsrollen 6 weisen die zweiten Stellarme 7 jeweils zweite Kulissenbolzen 17 auf, deren Funktion nachfolgend näher beschrieben wird.
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Die beiden ersten Stellarme 10 weisen jeweils am der Führungsroller 6 abgewandten Ende eine durchgehende Bohrung auf, die nicht näher bezeichnet ist, mittels welcher sie beide gemeinsam auf den bereits montierten Zentrierbolzen 11 aufgesteckt werden. Beide erste Stellarme 10 sind somit an einem gemeinsamen Zentrierbolzen 11 angelenkt. Nach dem Aufstecken der beiden zweiten Stellarme 7 auf die Lagerbolzen 13 werden die beiden ersten Stellarme 10 auf den Zentrierbolzen 11 aufgesteckt. Diese Montageposition ist in 7 dargestellt.
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Beide ersten Stellarme 10 weisen etwa in der Mitte zwischen dem Zentrierbolzen 11 und den Führungsrollen 6 jeweils eine Aufnahmebohrung auf, die nicht näher bezeichnet ist und in welche jeweils ein erster Kulissenbolzen 12 eingesteckt wird (8 und 9).
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Nachdem somit die ersten Stellarme 10 und die zweiten Stellarme 7 am Gehäuse 9 angeordnet sind, werden in das Gehäuse 9 zwei weitere Zentrierbolzen 11 eingesteckt. Anschließend wird das Kulissenelement 8 montiert. Dieses Kulissenelement 8 weist neben den kreisbogenförmigen Führungsausschnitten 11a zwei erste Kulissenführungen 12a, 12b zum Zusammenwirken mit dem ersten Kulissenbolzen 12 und zwei zweite Kulissenführungen 17a, 17b zum Zusammenwirken mit dem zweiten Kulissenbolzen 17 auf. Das Kulissenelement 8 wird auf das Gehäuse 9 aufgesteckt, wobei sich nach dem Aufstecken (13) erkennbar jeder Zentrierbolzen 11 jeweils innerhalb eines Führungsausschnittes 11a befindet, während sich ein erster Kulissenbolzen 12 in der ersten Kulissenführung 12a und ein weiterer erster Kulissenbolzen 12 in der zweiten Kulissenführung 12b und ein zweiter Kulissenbolzen 17 in der zweiten Kulissenführung 17a und ein weiterer zweiter Kulissenbolzen 17 in der zweiten Kulissenführung 17b befindet.
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Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergeben sich folgende kinematische Bedingungen:
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Die zweiten Stellarme 7 können sich um die Lagerbolzen 13 drehen, die ersten Stellarme 10 können sich um den Zentrierbolzen 11 drehen. Die ersten Kulissenbolzen 12 und die zweiten Kulissenbolzen 17 dienen zur Führung der ersten Stellarme 10 bzw. der zweiten Stellarme 7 in dem Kulissenelement 8 bzw. den ersten Kulissenführungen 12a, 12b und den zweiten Kulissenführungen 17a, 17b.
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Die drei Zentrierbolzen 11 dienen zur Lagerung des Kulissenelementes 8. Sie führen das Kulissenelement 8 und geben zusammen mit der kreisförmigen Kontur der Führungsausschnitte 11a eine Drehbewegung des Kulissenelementes 8 um die Zentrierachse 15 vor.
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Die Verstellung des Kulissenelementes 8 erfolgt über das Betätigungselement 2. Dieses Betätigungselement 2 kann z.B. ein Hydraulik- oder Pneumatikzylinder sein, welcher einerseits über einen Lagerzapfen 19a am Lagersteg 19 des Gehäuses und andererseits über einen Lagerzapfen 20a an einer Lagerstelle 20 des Kulissenelementes 8 angelenkt ist.
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Das Betätigungselement 2 kann auch einen elektrischen Linearantrieb aufweisen, es kann auch manuell als Hebel am Kulissenelement 8 ausgebildet sein.
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Durch Betätigung des Betätigungselementes 2 wird das Kulissenelement 8 entlang seiner Führungsausschnitte 11a begrenzt auf einer Kreisbahn um die Zentrierachse 15 verschwenkt, was zu einer Zwangsbewegung der Stellarme 10 und 7 führt. Dieser Bewegungsablauf ist in den 14 ff. dargestellt. Dabei ist in den 14 bis 16 der Bewegungsablauf des Kulissenelementes 8 dargestellt.
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In 14 befindet sich das Kulissenelement 8 gegenüber dem Gehäuse 9 in einer Mittelposition, die Zentrierbolzen 11 befinden sich etwa in der Mitte des jeweiligen Führungsausschnittes 11a.
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15 zeigt die geöffnete Position. Das Kulissenelement 8 ist gegenüber 14 in Uhrzeigerrichtung gedreht, bis die Zentrierbolzen 11 jeweils am rechten Ende des jeweiligen Führungsausschnittes 11a anliegen. Dadurch schwenken die Stellarme 10 und 7 maximal nach außen, alle vier Führungsrollen 6 befinden sich auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Zentrierachse 15 mit dem größtmöglichen Radius.
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16 zeigt die maximal geschlossene Position, das Kulissenelement 8 ist maximal in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht. Die Zentrierbolzen 11 liegen jeweils am linken Ende der Führungsausschnitte 11a an. In dieser Position sind die Stellarme 10 und 7 maximal nach innen eingeschwenkt, sie befinden sich auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Zentrierachse 15 mit minimalem Radius.
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Die 17 und 18 verdeutlichen die Zwangsbewegung der Stellarme 10 und 7 je nach Stellung des Kulissenelementes 8. 17 zeigt die geschlossene Position, die Stellarme 10 und 7 sind maximal nach innen verschwenkt. Wenn sich das Kulissenelement 8 in die geschlossene Position durch die entsprechende Drehbewegung bewegt, laufen die ersten Kulissenbolzen 12 und die zweiten Kulissenbolzen 17 entlang der zugeordneten Kulissenkontur (erste Kulissenführungen 12a, 12b bzw. zweite Kulissenführungen 17a, 17b). Somit bewegen sich die ersten Stellarme 10 und die zweiten Stellarme 7 so, dass sie sich um die Zentrierbolzen 11 bzw. Lagerbolzen 13 drehen und dabei immer Richtung Zentrum geführt bleiben und sich in jeder Position auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Zentrierachse 15 befinden.
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18 zeigt die maximal geöffnete Position. Aufgrund der vorbeschriebenen Kulissenführungen bewegen sich die ersten Stützarme 10 und die zweiten Stützarme 7 nach außen in die Öffnungsposition, befinden sich dabei aber jeweils auf einem gemeinsamen Kreisbogen.
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19 zeigt in einer etwas abgewandelten Darstellung noch einmal die geschlossene Position der Vorrichtung 1, 20 die geöffnete Position.
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In 21 und 22 ist die Aufnahme bzw. Freigabe des zu zentrierenden Bauteils 4 dargestellt. In 21 befindet sich das Bauteil 4 mit seinem rotationssymmetrischen Bereich innerhalb der Vorrichtung 1, alle vier Führungsrollen 6 liegen am Umfang des Bauteils 4 an und befinden sich dabei auf einem gemeinsamen Kreisbogen um die Zentrierachse 15, so dass das Bauteil 4 automatisch zur Zentrierachse 15 zentriert ist.
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Wird die Vorrichtung 1 geöffnet, so kann das Bauteil 4 radial bzw. seitlich in die Vorrichtung 1 eingeführt bzw. aus dieser entnommen werden, da der lichte Abstand der beiden äußeren Führungsrollen 6, die an den zweiten Stellarmen 7 angeordnet sind, in maximaler Öffnungsposition größer als der Durchmesser des rotationssymmetrischen Bereiches des Bauteils ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Betätigungselement
- 3
- Spannmechanismus
- 4
- Bauteil
- 5
- anderes Bauteil
- 6
- Führungsrollen
- 7
- zweite Stellarme
- 8
- Kulissenelement
- 9
- plattenförmiges Gehäuse
- 10
- erste Stellarme
- 11
- Zentrierbolzen
- 11a
- Führungsausschnitte
- 12
- erste Kulissenbolzen
- 12a
- erste Kulissenführung
- 12b
- erste Kulissenführung
- 13
- Lagerbolzen
- 14
- halbkreisförmige Aussparung
- 15
- Zentrierachse
- 16
- halbkreisförmige Aussparung
- 17
- zweite Kulissenbolzen
- 17a
- zweite Kulissenführung
- 17b
- zweite Kulissenführung
- 18
- Gestell
- 19
- Lagersteg
- 19a
- Lagerzapfen
- 20
- Lagerstelle
- 20a
- Lagerzapfen
