DE2025227B2

DE2025227B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Span nen und Festhalten langgestreckter Werk stucke, insbesondere auf Induktions Harte maschinen

Info

Publication number: DE2025227B2
Application number: DE19702025227
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dr Ing 5630 Remscheid Stengel Edgar 5600 Wup pertal Reinke
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1970-05-23
Filing date: 1970-05-23
Publication date: 1971-01-21
Also published as: GB1283628A; JPS5029408B1; FR2092324A5; US3738636A; DE2025227A1

Description

Die Erfindung betrifft das Spannen und Festhalten langgestreckter und gegebenenfalls mit stufenweisen Querschnittsveränderungen versehener Werkstücke, insbesondere auf Induktions-Härtemaschinen mit Hilfe von an den Werkstücken angreifenden Einspannelementen, wobei zumindest die zur Zentrierung des Werkstückes dienenden Teile dieser Einspannelemente in Richtung der Werkstückachse verschiebbar sind.

Vorrichtungen an Induktions-Härtemaschinen, die mit Hilfe von axial verschiebbaren Pinolen das selbsttätige Einspannen von langgestreckten Werkstücken erlauben, wobei dem Werkstück während des Härtevorganges eine Drehung vermittelt wird, sind seit langem bekannt. Die axial verschiebbaren Pinolen haben dabei zusätzlich die Aufgabe, die durch die induktive Erwärmung bedingten Längenänderungen der Werkstücke aufzunehmen.

In der älteren deutschen Patentanmeldung P 15 33 958.9 der Anmelderin ist ferner eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, bei der die Bewegungen der Pinolen miteinander kinematisch verknüpft sind. Dadurch erreicht man, daß eine gewünschte Stelle im Mittelbereich des Werkstückes, z. B. ein Flansch oder eine Abstufung, ungeachtet der Wärmedehnung eine gleichbleibende Position relativ zu den im Maschinenständer montierten Härteeinrichtungen, insbesondere zu der Induktoranordnung, einnimmt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung anzugeben, bei der die Stelle des Werkstückes, die in bezug auf den Induktor eine gleichbleibende Position einnehmen soll, an einem Ende des Werkstückes liegt. Dies ist z. B. der Fall, wenn im Endbereich des Werkstückes eine Hohlkehlenhärtung auszuführen ist, bei der zwischen dem Hohlkehlenbereich und einem in Richtung der Werkstückachse stationär angeordneten Induktor ein konstanter Kopplungsspalt gewährleistet werden muß.

Das Verfahren zum Einspannen und Festhalten von langgestreckten Werkstücken ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß bei eingespanntem Werkstück sich eine quer zur Werkstückachse verlaufende Werkstücksbezugsfläche unmittelbar — oder mittelbar über einen Teil des ersten Einspannelementes — gegen einen Festanschlag abstützt, daß zum Ausspannen des Werkstückes der verschiebbare Teil des zweiten Einspannelementes axial in Richtung vom Werkstück weg verschoben wird, wobei das Werkstück sowie ein mit ihm verbundener axial verschiebbarer Teil des ersten Einspannelementes zunächst der Verschiebung des genannten Teiles des zweiten Einspannelementes folgt und diese Verschiebung von einer zu ihr entgegengesetzten, insbesondere proportionalen Verschiebung eines Zwischengliedes begleitet ist, daß danach — in einer Endphase des Ausspannvorganges — der mit dem Werkstück verbundene Teil des ersten Einspannelementes mit dem Zwischenglied gekoppelt wird, wodurch die genannten verschiebbaren Teile der Einspannelemente sich nun voneinander wegbewegen und das Werkstück freigeben, und daß beim Einspannen des Werkstückes die Reihenfolge und der zeitliche Ablauf der Verfahrensschritte umgekehrt wird.

Die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen ersten Kraftspeicher, dessen Kraft einen verschiebbaren Teil des ersten Einspannelementes in axialer Richtung gegen das Werkstück drückt, und einen zweiten Kraftspeicher, dessen Kraft einen verschiebbaren Teil des zweiten Einspannelementes in axialer Richtung gegen das Werkstück drückt und dabei unter Überwindung der Kraft des ersten Kraftspeichers das Werkstück selbst oder, über dieses, einen Teil des ersten Einspannelementes gegen einen Festanschlag drückt. Dabei wird vorteilhaft mindestens einer dieser Kraftspeicher durch ein Druckfederelement gebildet.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Kopplung der Verschiebungen des Teiles des ersten Einspannelementes, das sich gegen die Werkstücksbezugsfläche abstützt, das letzetere mit einem Anschlag versehen, welcher den genannten Teil des ersten Einspannelementes gegen die Wirkung der Kraft des ersten Kraftspeichers mitführt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der axial verschiebbare Teil des zweiten Einspannelementes und das Zwischenglied mit zugehörigen Zahnstangen verbunden, die zur Ausführung von proportionalen, einander entgegengesetzten Verschiebungen durch ein Getriebe miteinander gekoppelt sind. Dabei wird im Falle, daß diese einander entgegengesetzten Verschiebungen gleich groß sein sollen, das Getriebe vorteilhaft durch ein mit beiden Zahnstangen im Eingriff stehendes Zahnrad gebildet.

Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist das erste Einspannelement eine Körnerspitze auf, die an die Werkstücksbezugsfläche angreift.
Nach einer weiteren vorteilhaften Variante der erfinderischen Vorrichtung zum Spannen von Werkstücken, die an einem Ende mit einem Flansch versehen sind, weist das erste Einspannelement ein Spannfutter mit über die Flanschwand einschwenkbaren Klauen auf, wobei unter Benutzung der wellenseitigen Flanschoberfläche als Werkstücksbezugsfläche der mit den Klauen verbundene Teil des Einspannelementes gegen den Festanschlag bzw. unter Benutzung der zentrierseitigen Flanschoberfläche als Werkstücksbezugsfläche diese sich direkt gegen die als Festanschlag wirkende Spannebene des Spannfutters abstützt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sind in den Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der erfinderischen Vorrichtung als Beispiele dargestellt.

So Fig. 1 zeigt eine erste Variante der erfinderischen Vorrichtung im Schnitt.

Auf dem mit 1 angedeuteten Maschinenständer einer Induktions-Härtemaschine sind zwei Gehäuse!, 3 zur Aufnahme der Einspannelemente 4, 5 aufge-

baut, zwischen denen das Werkstück 6, eine Kraftfahrzeug-Hinterachswelle, eingespannt ist. Die Einspannelemente sind so ausgebildet, daß sie dem eingespannten Werkstück 6 eine Drehbewegung vermitteln können.

Das linke Einspannelement 4 weist eine Hohlwelle? auf, die in den Lagern 8,9 im Gehäuse 2 drehbar gelagert ist und die ein Spannfutter 10 trägt. In dieser Hohlwelle 7 ist axial verschiebbar eine Pinole 11 gelagert, die mit ihrer Körnerspitze 12

durch die Druckfeder 13 gegen das Werkstück 6 gedrückt wird und dabei dieses zentriert.

Das Spannfutter 10 dieses ersten Einspannelementes 4 weist drei gegeneinander um jeweils 120° über

den Spannfutterumfang versetzte Klauen 14 auf, von denen in der Figur nur eine dargestellt ist und die je über eine Brücke IS und eine Zahnstange 16 mit einem gemeinsamen, in der Hohlwelle 7 axial gleitbaren Kolben 17 verbunden sind. Jede Zahnstange ist mit einer Druckfeder 18 versehen, die auf den Kolben 17 eine Federkraft ausüben, wodurch die Klauen 14 in Richtung des Pfeiles 19 gegen die wellenseitige Oberfläche des Flansches 20 des Werkstückes 6 und dieses gegen die Körnerspitze 12 der Pinole 11 gedrückt werden. Die Pinole 11 ist über das in einem Schlitz 21 in der Hohlwelle 7 gleitende Teil 22 mit dem Innenring eines auf der Hohlwelle? in axialer Richtung verschiebbaren Kugellagers 23 verbunden.

Das zweite Einspannelement 5 weist ebenfalls eine in Lagern 24 im Gehäuse 3 drehbar gelagerte Hohlwelle 25 auf, in der axial verschiebbar eine Pinole 26 vorgesehen ist, welche unter der Wirkung der in ihr angeordneten Druckfeder 27 mit ihrer Körnerspitze 28 gegen das vom Flansch 20 abgewandte Werkstückende drückt und dieses zentriert. Die Hohlwelle 25 weist Schlitze 29 auf, durch welche die Pinole 26 mit dem Innenring eines Kugellagers 30 verbunden ist, dessen Außenring seinerseits an einer in beiden Gehäusen 2,3 gelagerten und axial verschiebbaren Zahnstange 31 befestigt ist. Ein als Zahnstange ausgebildetes und in einer (in der Figur nicht dargestellten) Führung im Gehäuse 2 axial verschiebbares Zwischenglied 32 ist mit einem Anschlag 33 versehen, der die Aufgabe hat, mit dem Außenring des Kugellagers 23 zusammenzuwirken.

Zahnstange 31 und Zwischenglied 32 stehen mit einem im Gehäuse 2 gelagerten Zahrad34 im Eingriff, derart, daß eine Verschiebung der Zahnstange 31 von einer entgegengesetzten gleich großen Verschiebung des Zwischengliedes begleitet ist.

Da die Federkraft der Druckfeder 27 des rechten Einspannelementes 5 größer ist als die der Feder 13 im linken Einspannelement 4, wird die Körnerspitze 28 gegen das Werkstück 6 und dieses gegen die Pinole 11 gedrückt, welche sich unter Überwindung der Kraft der Feder 13 mit dem Teil 22 an den Festanschlag 35 abstützt. Dadurch ist die mit der Körnerspitze 12 in Kontakt stehende Werkstückoberfläche als Werkstücksbezugsfläche immer in der gleichen vorgegebenen Position zum Maschinenständer 1 bzw. zu der in axialer Richtung stationär im Maschinenständer montierten und sehefnatisch mit 36 angedeuteten Induktoranordnung.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 1 ist folgende:

Zu Beginn des Ausspannvorganges muß der Flansch 20 des Werkstückes zunächst von den Klauen 14 des Spannfutters 10 freigegeben werden. Dazu werden mit Hilfe einer an dem freien Ende des Kolbens 17 angreifenden und in der Figur nicht dargestellten Einrichtung der Kolben 17 und mit ihm über die Zugstangen 16 und Brücken 15 die Klauen 14 in Richtung des Pfeiles 37 verschoben. Durch diese Verschiebung werden die Klauen 14 vom Flansch 20 abgehoben und darauf infolge ihrer Kulissenführung 38 auf die Seite geschwenkt

Die wesentlichen Teile der Vorrichtung nehmen nun eine Stellung ein, wie sie in Fig. 2 schematisch dargestellt sind.

Für den eigentlichen Ausspannvorgang wird darauf die Zahnstange 31 durch eine an ihrem linken Ende angreifende Kraft samt der Pinole 26 unter Überwindung der Kraft der Feder 27 nach rechts verschoben, wobei das Werkstück 6 und die Pinole 11 unter der Wirkung der Feder 13 dieser Verschiebung zunächst folgen. Infolge des Zahnstangengetriebes ist die Verschiebung der Zahnstange 31 von einer gleich großen Verschiebung des Zwischengliedes 32 in entgegengesetzter Richtung begleitet. Bei fortschreitender Verschiebung des Zwischengliedes nach

ίο links läuft dann, wie in Fig: 3 dargestellt, sein Anschlag 33 auf den Außenring des mit der Pinole 11 verbundenen Lagers 23 auf. Bei der Fortsetzung der Verschiebung von Zahnstange 31 und Zwischenglied 32 nimmt letzteres mit seinem Anschlag 33 die Pinole 11 mit, wobei diese nun unter Umkehrung ihrer Bewegung sich von der Pinole 26 des anderen Einspannelementes 5 entfernt und das Werkstück 6 dadurch freigibt (Fig. 4). Das Werkstücke kann nun z. B. von den in Position gebrachten Auflagern 39 eines Hubbalkenförderers übernommen und in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene abtransportiert werden.

Die Einspannung des Werkstückes 6 wird durch Umkehrung der Reihenfolge und des zeitlichen Ab-

laufs der oben beschriebenen Verfahrensschritte vorgenommen.

Durch eine besondere Zerspanungsfolge bei der Herstellung des Werkstückes 6 ist es in vielen Fällen nicht gewährleistet, daß in einer Serie von gleichen Werkstücken der Zentrierkonus der flanschseitigen Zentrierbohrung immer die gleiche Lage in bezug auf die wellenseitige Oberfläche des Flansches 20 aufweist. In diesen Fällen wird diese wellenseitige Oberfläche vorteilhaft selbst als Werkstücksbezugsfläche benutzt. Dies wird in einer gegenüber demAusführungsbeispiel nach F i g. 1 geringfügig abgeänderten Variante gemäß Fig. 5 erreicht, in der nur jener Teil der Vorrichtung dargestellt ist, welcher das Einspannelement mit dem Spannfutter enthält, da das zweite (in der Zeichnung auf der rechten Seite liegende) Einspannelement mit dem entsprechenden Element gemäß F i g. 1 identisch ist. Für die gleichen Teile werden in Fig. 5 dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet.

Der wesentliche Unterschied gegenüber der Variante nach Fig. 1 liegt darin, daß im eingespannten Zustand sich nicht ein mit der Pinole 11 verbundenes Teil, sondern der mit den Klauen 14 verbundene Kolben 17 gegen einen Festanschlag 35' in der Hohlwelle T abstützt. Die Klemmung des Werkstückflansches 20 wird einerseits durch die Klauen 14 und andererseits durch die mit der Druckfeder 13 belasteten Pinole 11 sowie durch mehrere in die Spannfutterplatte 40 eingelassene federnden Anschlage 41 gewährleistet.

Die Wirkungsweise dieser Variante sei nachstehend im Zusammenhang mit dem Einspannvorgang, und zwar an Hand der F i g. 3 und 4 beschrieben, wobei man sich den Anschlag 35 wegdenken muß. Das Werkstück 6 wird, auf den Auflagern 39 eines Hubbalkenförderers ruhend (Fig. 4), zwischen die geöffneten Körnerspitzen der Vorrichtung gebracht. Danach wird die Zahnstange 31 nach links verschoben, was von einer Verschiebung des Zwischengliedes 32 nach rechts begleitet ist. Da in dieser Anfangsphase des Einspannvörganges die Pinole 11 über den Anschlag 33 mit dem Zwischenglied 32 gekoppelt ist, bewegen sich die Körnerspitzen 12

und 27 aufeinander zu, bis sie das Werkstück zwischen sich aufnehmen (Fig. 3).

Danach setzt die Zahnstange 31 mit der Pinole 26 ihre Bewegung nach links fort, wobei sie das Werkstück 6 und die Pinole 11 unter Überwindung des Druckes der Feder 13 vor sich herschiebt, bis der Werkstückflansch 20 (Fig. 5) an den federnden Anschlägen 41 des Spannfutters 10 zur Ruhe kommt Danach werden die Klauen 14, die sich vor Beginn des Einspannvorganges in ihrer rechten Endstellung bzw. im ausgeschwenkten Zustand befunden haben_; durch Entlastung des Kolbens 17 und unter dem Druck der Federn 18 nach links bewegt, wobei die Klauen 14 über den Flansch 20 einschwenken, mit der wellenseitigen Oberfläche des Flansches 20 Kontakt aufnehmen und den Flansch 20 schließlich gegen die Kraft der federnden Anschläge 41 und der Druckfeder 13 noch eine kleine Strecke nach links bewegen, bis die Klauen 14 durch das Auflaufen des mit ihnen verbundenen Kolbens 17 auf den Fest- _ao anschlag 35' zur Ruhe kommen. Dadurch ist nun die als Werkstücksbezugsebene dienende wellenseitige Oberfläche des Flansches 20 unabhängig von den Maßabweichungen des Werkstückes immer in dieselbe vorgegebene Position zum Maschinenständer 1 gebracht.

Eine weitere Ausführungsvariante gemäß F i g. 6, in der so wie in Fig. 5 nur das linke Einspannelement dargestellt ist, kann vorteilhaft dann angewendet werden, wenn auf Grund der Zerspanungsfolge bei der Herstellung des Werkstückes die Dicke des Flansches 20 in der Serie der zu bearbeitenden Werkstücke immer gleich groß ist. In diesem Fall kann die zentrierseitige Oberfläche des Werkstückflansches als Werkstücksbezugsfläche dienen, die im eingespannten Zustand auf der nun als Festanschlag dienenden Spannebene 42 des Spannfutters 10 aufliegt. Der Ein- und Ausspannvorgang erfolgt bei dieser letzten Variante sowie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 5.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Spannen und Festhalten langgestreckter und gegebenenfalls mit stufenweisen Querschnittsveränderungen versehener Werkstücke, insbesondere auf Induktions-Härtemaschinen mit Hilfe von an den Werkstücken angreifenden Einspannelementen, wobei zumindest die zur Zentrierung des Werkstückes dienenden Teile dieser Einspannelemente in Richtung der Werkstückachse verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingespanntem Werkstück sich eine quer zur Werk-Stückachse verlaufende Werkstücksbezugsfläche unmittelbar — oder mittelbar über einen Teil des ersten Einspannelementes — gegen einen Festanschlag abstützt, daß zum Ausspannen des Werkstückes der verschiebbare Teil des anderen zweiten Einspannelementes axial in Richtung vom Werkstück weg verschoben wird, wobei das Werkstück sowie ein mit ihm verbundener axial verschiebbarer Teil des ersten Einspannelementes zunächst der Verschiebung des genannten Teiles des zweiten Einspannelementes folgt und diese Verschiebung von einer zu ihr entgegengesetzten und insbesondere proportionalen Verschiebung eines Zwischengliedes begleitet ist, daß danach — in einer Endphase des Ausspannvorganges — der mit dem Werkstück verbundene Teil des ersten Einspannelementes mit dem Zwischenglied gekoppelt wird, wodurch die genannten verschiebbaren Teile der Einspannelemente sich nun voneinander wegbewegen und das Werkstück freigeben und daß beim Einspannen des Werkstückes die Reihenfolge und der zeitliche Ablauf der Verfahrensschritte umgekehrt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Kraftspeicher (13), dessen Kraft einen verschiebbaren Teil (11) des ersten Einspannelementes (4) in axialer Richtung gegen das Werkstück (6) drückt, und einen zweiten Kraftspeicher (27,), dessen Kraft einen verschiebbaren Teil (26) des zweiten Einspannelementes (5) in axialer Richtung gegen das Werkstück (6) drückt und dabei unter Überwindung der Krafi des ersten Kraftspeichers (13) das Werkstück (6) selbst oder, über dieses, einen Teil des ersten Einspannelementes (4) gegen einen Festanschlag (35) drückt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kraftspeicher durch ein Druckfederelement (13, 27) gebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kopplung der Verschiebung des Teiles (11) des ersten Einspannelementes (4), das sich gegen die Werkstücksbezugsfläche abstützt, einerseits, und des Zwischengliedes (32) andererseits, das letztere mit einem Anschlag (33) versehen ist, welcher den genannten Teil (11) des ersten Einspannelementes (4) gegen die Wirkung der Kraft des ersten Kraftspeichers (13) mitführt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebbare Teil (26) des zweiten Einspannelementes (5) und das Zwischenglied (32), welche mit zugehörigen Zahnstangen (31, 32) verbunden sind, zur Ausführung von einander entgegengesetzten proportionalen Verschiebungen durch ein Getriebe miteinander gekoppelt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe durch ein mit beiden Zahnstangen (31,32) im Eingriff stehendes Zahnrad (34) gebildet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der axial bewegte Teil (11) des ersten Einspannelementes (4) eine Körnerspitze (12) aufweist, die an die Werkstücksbezugsfläche angreift und sich gegen einen Festanschlag (35) abstützt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Festhalten eines Werkstückes, das an einem Ende mit einem Flansch versehen ist, nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Einspannelement (4) ein Spannfutter (10) mit über den Flanschrand einschwenkbaren Klauen (14) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß unter Benutzung der wellenseitigen Flanschoberfläche als Werkstücksbezugs-

fläche ein mit den Klauen verbundener Teil (17) des ersten Einspannelementes (4) sich gegen den Festanschlag (35') abstützt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß unter Benutzung der zentrierseitigen Flanschoberfläche als Werkstücksbezugsfläche diese sich direkt gegen die als Festanschlag wirkende Spannebene (42) des Spannfutters (10) abstützt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen