DE69013622T2

DE69013622T2 - Ständer zum Zentrieren von Zylindern.

Info

Publication number: DE69013622T2
Application number: DE69013622T
Authority: DE
Inventors: Ronald J Porter
Original assignee: Sierra Machinery Inc
Current assignee: Sierra Machinery Inc
Priority date: 1989-08-10
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2010-01-24
Also published as: JPH03256632A; KR910004280A; EP0414985B1; DE69013622D1; KR0175296B1; ATE113228T1; US5014580A; HK1007982A1; EP0414985A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ständer zum Zentrieren von Werkstücken, insbesondere zum Drehschälen und Walzenpolieren in einem hohlen Zylinder.
Drehschälwerkzeuge werden verwendet, um exakt kleine Mengen von Material von einer Wand der zylindrischen Öffnung abzuschälen. Nachdem das Schälwerkzeug durch das Werkstück hindurchgeführt worden ist, wird es normalerweise durch die neu bearbeitete Öffnung zurückgezogen. Schälwerkzeuge werden oft in Kombination mit Walzenpolierwerkzeugen verwendet, wobei zuerst das Schälwerkzeug eine kleine Menge von Material aus der Öffnung abschält und dann das Walzenpolierwerkzeug, welches koaxial zum Schälwerkzeug auf der gleichen Antriebswelle montiert ist, das Loch zum Erreichen einer glatten Oberfläche glättet.
Ist der Durchmesser des Inneren eines Zylinders nahe bei seinem Nominaldurchmesser, wird der Walzenpoliervorgang typischerweise recht langsam fortgeführt. Ist allerdings der Durchmesser des Zylinders etwas zu groß, wird möglicherweise die Innenfläche des Zylinders nicht ausreichend geglättet. Ist der Durchmesser etwas kleiner als der Nominaldurchmesser, beispielsweise verursacht durch Abnutzung des Schneidwerkzeugs oder anderer Umstände, verursacht der effektiv feste Durchmesser der Walzen eine übermäßige Bearbeitung der Innenfläche des Zylinders. Dies erfordert große Kräfte zum Antreiben des Werkzeugs durch den Zylinder. Außerdem resultiert dies oft in einem Verklemmen des Werkzeugs innerhalb des Zylinders. Zusätzlich kann eine außerhalb der Toleranz liegende Öffnung oder ein dejustierter Zylinder ebenfalls ein Verklemmen verursachen. Tritt ein solches Verklemmen auf, kann das Werkzeug oft nicht ohne Beschädigung zurückgezogen werden, wodurch das sehr teure Werkzeug beschädigt wird.
Ein Walzenpolierwerkzeug wird typischerweise in den Zylinder durch einen Ausziehtubus eingesetzt, der zum Inneren des Zylinders ausgerichtet ist. Der Ausziehtubus hat den gleichen oder nahezu den gleichen Durchmesser wie der Zylinder und das Walzenpolierwerkzeug, wie es oben beschrieben wurde, wird den Ausziehtubus bei jedem Zyklus walzenpolieren. Dabei wird der Ausziehtubus allmählich zu groß und wenn dieser das Werkzeug zum Zylinder nicht korrekt ausrichtet, führt dies wiederum zum Verklemmen.
Hohle Zylinder werden für verschiedene Anwendungen gebraucht. Beispielsweise als hydraulische oder pneumatische Zylinder. Solche Zylinder variieren in der Länge von 31 Zoll bis 34 Fuß. Der Durchmesserbereich liegt zwischen 2 und 7 Zoll. Sowohl dünnwandige als auch dickwandige Zylinder werden verwendet, je nach spezifischer Anwendung. Dünnwandige Zylinder sind aufgrund von Gewicht- und Kostenbetrachtungen von Vorteil, während dickwandige Zylinder für Anwendungen notwendig sind, die eine zusätzliche Festigkeit erfordern. Allerdings zeigen sowohl dünnwandige als auch dickwandige Zylinder die Charakteristiken, die zu einem Verklemmen des Werkzeugs führen. Dünnwandige Zylinder tendieren zum Durchbiegen, wodurch der Zylinder seine Ausrichtung zum Werkzeug verliert. Dickwandige Zylinder tendieren zum Drehen während der Drehbearbeitung. Dies führt ebenfalls dazu, daß das Werkzeug nicht mehr korrekt ausgerichtet ist. In jedem Fall muß das Werkzeug korrekt ausgerichtet werden, um zum Vermeiden von Verklemmen und darausfolgender Beschädigung des teuren Werkzeugs und Werkstücks gesichert zu sein.
Verschiedene Verbesserungen sind für Drehschäl- und Walzenpoliergeräte adaptiert worden. Ein entsprechendes Merkmal ist in der US-A-4425693 mit dem Titel "Rückziehbare Schneide für ein Schälwerkzeug", erteilt am 17.01.1984, beschrieben worden. Auf dieses US-Patent wird als Referenz verwiesen.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum ausgewuchteten Zentrieren eines Werkstücks, insbesondere einer Kurbelwelle, ist in dem nächstliegenden Stand der Technik nach EP 0 268 724 A1 offenbart. Das Werkstück wird zentriert, um das endgültige Auswuchten beim Fertigstellen des Werkstücks zu rationalisieren und zu optimieren. Unwuchten aufgrund von Bereichen des Werkstücks, die vor Fertigstellung bearbeitet werden müssen, werden für die Zentrierung nicht beachtet. Die EP 0 268 724 A1 ist nicht verwendbar zum Positionieren eines Hohlzylinders für Bearbeitsoperationen durch Drehwerkzeuge innerhalb des Zylinders.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder korrekt zu positionieren und auszurichten für Drehoperationen, wobei ein Durchbiegen des Zylinders minimiert und die Drehoperationen einfach, sicher und effizient ist und einfach einrichtbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung einen Ständer zum Zentrieren eines Werkstücks für Drehschäl- und Walzenglättoperationen in einem Hohlzylinder zur Verfügung. Der Zentrierständer positioniert den Zylinder korrekt für Drehbearbeitungen, wobei gleichzeitig ein Durchbiegen des Zylinders minimiert wird. Eine genaue Ausrichtung des Zylinders ermöglicht ein automatisches Drehschäl- und Walzenpoliergerät, das einfach, sicher und effizient in der Bedienung und leicht einrichtbar ist. Zusätzlich ermöglicht der Zentrierständer gemäß der Erfindung eine einwandfreie Endbearbeitung und kurze Teile- Wechselzeiten.
Der Zentrierständer weist ein bekanntes Einspannelement mit einem Griff zum Halten des Zylinders mit korrekter Zentrierung und ausgerichteter Positionierung für Drehbearbeitungen auf. Eine Basisplatte ist zwischen einer angehobenen Position, in der sie den Zylinder abstützt, und einer von diesem entfernten, abgesenkten Position bewegbar. Die Basisplatte bewegt sich entlang einer Führung, die zwischen einer Vielzahl von Führungsteilen gebildet ist. Die Führung ist durch eine Ausnehmung, die in einer Innenfläche der Führungsteile, und eine Führungsplatte, die an einer Außenseite eines jeden Führungsteils montiert ist, begrenzt. Eine positive Positionierkopplung richtet den Zylinder korrekt für zentrierte Drehbearbeitungen aus. Das Einspannelement ist mit der Basisplatte zwischen einer angehobenen Position, in der der Zylinder in zentrierter Ausrichtung gehalten ist, und einer abgesenkten Position entfernt vom Zylinder bewegbar. Ein Lift, vorzugsweise ein hydraulischer Lift, dient zur Bewegung der Basisplatte und des Einspannelements zwischen der angehobenen und abgesenkten Position.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die positive Positionierkopplung einen Schwalbenschwanz auf, der in einer oberen Fläche der Basisplatte gebildet ist und mit einer am oberen Ende der Führungsteile angeordneten Lippe kooperiert. Die Lippe steht vorzugsweise in einer einwärts gerichteten Richtung zum gegenüberliegenden Führungsteil und nach unten über, um mit dem Schwalbenschwanz in Eingriff zu stehen.
Die vorliegende Erfindung kann zur Verwendung mit dünnwandigen Zylindern oder für schwere Materialentfernung an dickwandigen Zylindern angepaßt werden. Bei der Verwendung für dickwandige Zylinder sind sägeartige Zähne vorgesehen, um den Zylinder festzuhalten und eine Drehung aufgrund der großen Materialentfernung zu verhindern.
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht des Zentrierständers in Kombination mit einem Drehschäl- und Walzenglättgerät;
Figur 2 eine Seitenansicht des Zentrierständers der vorliegenden Erfindung; und
Figur 3 eine Vorderansicht der vorliegenden Erfindung, bei der ein Zylinder in ausgerichteter Position angeordnet ist.
Im Zusammenhang mit Figur 1 wird der Gesamtaufbau des Drehbearbeitungsgeräts 6 beschrieben. Drehschäl- und Walzenglättbetätigungen werden an einem langen Zylinder 4 durchgeführt. Gerät 6 kann so aufgebaut sein, daß es Zylinder einer Länge von 31 Zoll bis 24 Fuß aufnimmt. Die Durchmesser der Zylinder können zwischen 2 und 7 Zoll variieren. Gerät 6 weist Endklemmeinheiten 38, 38 auf, die an gegenüberliegenden Enden des Geräts 6 zur Anpassung an verschiedene Längen der Zylinder 4 angeordnet sind. Entklemmeinheiten 38, 38 können entlang Schienen 40 gleiten, um Enden von Zylindern 4 verschiedener Länge einzuklemmen. Ein Tragtisch 28 ist zwischen den Endklemmeinheiten 38, 38 zum vertikalen Abstützen des Zylinders 4 angeordnet. Zwei Zentrierständer 2, 2 sind an gegenüberliegenden Enden des Geräts 6 auf gegenüberliegenden Seiten des Tragstisches 28 zwischen den Endklemmeinheiten 38, 38 nach Figur 1 positioniert.
Zentrierständer 2, 2 halten Zylinder 4 in einer korrekt zentrierten und ausgerichteten Position zum Durchführen der Drehschäl- und Walzenpolieroperation durch das Drehbearbeitungsgerät 6. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im folgenden nur ein Zentrierständer 2 im Detail beschrieben. Dabei sei angemerkt, daß die Zentrierständer 2, 2 an beiden Enden des Gerätes 6 identisch sind.
Nach Figuren 2 und 3 weist der Zentrierständer 2 ein Einspannelement 8 zum Halten des Zylinders 4 in seiner korrekt zentrierten und ausgerichteten Position nach Figur 1 auf, wie es mit den durchgezogenen Linien 2 und 3 dargestellt ist. Eine Basisplatte 10 trägt Einspannelement 8 zur Durchführung von Drehbearbeitungen des Zylinders 4. Basisplatte 10 ist angeordnet, um Einspannelement 8 durch die positive Positionierkopplung 12 korrekt zu Positionieren. Die positive Positionierkopplung 12 ist zwischen einer Vielzahl von Führungsteilen 14 und Basisplatte 10 gebildet.
Konventionell weist das Einspannelement 8 zwei Greifelemente 26, 26 zum automatischen Halten des Zylinders 4 in einer korrekt zentrierten Stellung auf. Greifeinrichtungen 26, 26 sind einander longitudinal gegenüber angeordnet. Greifelement 26 weist eine V-förmige Ausnehmung auf, die mit einer ähnlichen Ausnehmung im gegenüberliegenden Greifelement 26 zusammenwirkt. Das gegenüberliegende Greifelement 26 ist ein Spiegelbild vom ersten Greifelement 26. Jedes Greifelement 26, 26 weist eine Vielzahl von Zähnen 32 und entsprechende Ausnehmungen 34 an jedem seiner oberen und unteren Enden auf. Zähne 32 verhindern eine Drehung des Zylinders 4 im Falle von dickwandigen Zylindern.
Ein Hydrauliklift 16 bewegt die Basisplatte 10 und Einspannelement 8 in Richtung des Pfeils A in Figur 2. Lift 16 weist eine angehobene Position, in der er den Zylinder 4 in seiner korrekt zentrierten und ausgerichteten Position hält, wie mit den durchgezogenen Linien in Figuren 2 und 3 dargestellt, und eine abgesenkte Position entfernt von dem Zylinder auf, wie durch die gestrichelten Linien in Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Basisplatte 10 ruht auf der Führungsplatte 18 in ihrer untersten Position.
Führungsteile 14 weisen eine Ausnehmung 21 auf einer inneren Fläche 15 auf, durch die eine Bewegung der Basisplatte 10 zu einem oberen Ende 13 der Führungsteile 14 ermöglicht ist. Eine Spurplatte 19 ist durch Schrauben 25 an jedem Führungsteil 14 montiert, wobei eine Spur 20 zwischen den Führungsbauteilen gebildet ist. Die positive Positionierkopplung 12 weist eine Lippe 22 und eine Schwalbenschwanzverbindung 24 auf. Die Lippe 22 ist in einem oberen Ende 13 der Führungsbauteile 14 angeordnet. Lippe 22 erstreckt sich einwärts in Richtung der verbleibenden Führungsbauteile 14 und nach unten in Richtung der Führungsplatte 18. Schwalbenschwanz 24 verläuft schräg nach unten und bildet einen Winkel von ungefähr 60º mit Spur 20. Schwalbenschwanz 24 ist auf einer oberen Fläche 9 der Basisplatte 10 an einer Außenkante 11 der Basisplatte 10 gebildet. Schwalbenschwanz 24 ist in Eingriff mit Lippe 22, so daß die Basisplatte 10 exakt horizontal ist und in angemessener Höhe anhält. Auf diese Art hält während der Drehschäl- und Walzenglättoperationen die positive Positionierkopplung 12 den Zylinder 4 in perfekt zentrierter und ausgerichteter Stellung. Wodurch ein Verdrehen, Drehen oder eine übermäßige Vibration des Zylinders vermieden wird.
Die Betätigung der Zentrierständer 2, 2 wird nun beschrieben. Ein Zylinder 4 ist in einer Beladungsposition auf einem Paar von Rohrenträgern 36 des Tragtisches 28 plaziert. Der Tragtisch 28 bewegt sich nach links in Richtung des Pfeils B, siehe Figur 1, um den Zylinder 4 in einer Position für Drehbearbeitungen zu lokalisieren. Jede Klemmeinheit 38, 38 drückt Zylinder 4, um die Positionierung des Zylinders zum Beginn der Drehschäl- und Walzenglättoperationen aufrechtzuerhalten. Bekannte Einspannelement 8, 8 sind auf den Zentrierständern 2, 2 montiert und zentrieren Zylinder 4 lateral in einer Position mit einer Genauigkeit von 1/1000 eines Zolls. Eine vertikale Ausrichtung wird durch die positive Positionierkopplung 12 erreicht, die auf den Zentrierständern 2, 2 angeordnet ist. Die Betätigung der positiven Positionierkopplung 12 wird im folgenden beschrieben. Eine genaue Ausrichtung ist erforderlich, um genaue Drehschäl- und Walzenglättoperationen durchzuführen. Rohrenträger 36 werden abgesenkt, wobei sie sich vom Zylinder 4 entfernen.
In der abgesenkten Stellung des Zentrierständers 2, durch die gestrichtelte Linie in Figur 3 dargestellt, ist die Basisplatte 10 oberhalb der Führungsplatte 18 positioniert. Der Lift 16 hebt die Basisplatte 10 in Spur 20 zusammen mit Einspannelement 8 in die oberste Position zum Halten des Zylinders 4 in korrekter Position an. Schwalbenschwanz 24 ist durch Lippe 22 aufgenommen, um eine korrekte Höhenanordnung der Basisplatte 10 relativ zu Führungsteilen 14 zu sichern. Folglich stellt die positive Positionierkopplung 12 Ausrichtung und Zentrierung des Einspannelementes 8 sicher.
Einspannelement 8 schließt sich um Zylinder 4 zum Halten des Zylinders in dessen zentrierter und ausgerichteter Position zum effizienten Bearbeiten durch das Drehschäl- und Walzenpoliergerät 6. Ist der Zylinder 4 einmal in seiner ausgerichteten Position, schneidet und bearbeitet ein nicht dargestelltes Werkzeug die Innenfläche des Zylinders 4. Ein an dem Werkzeug angeordnetes Schälelement schält den Innendurchmesser bis genau zur erwünschten Größe. Walzen, die axial auf der gleichen Antriebswelle wie das Schälelement angeordnet sind, glätten dann die Innenfläche des Zylinders. Am Ende des Durchführens des Werkzeugs durch die gesamte Länge des Zylinders 4, wird das Werkzeug aus Zylinder 4 zurückgezogen. Dieser ist dann ein glatt bearbeiteter, präzisionsaufgebohrter Zylinder.
Auch wenn das bevorzugte Ausführungsbeispiel einen Hydraulikzylinder verwendet, kann der Lift des Zentrierständers von jedem Typ, beispielsweise ein pneumatischer Lift, sein. Zusätzlich kann die Führungsplatte an den Führungsbauteilen in jeder erwünschten Weise montiert sein.
Die Erfindung wurde im Hinblick auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Variationen und Modifikationen sind möglich, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, der nur durch die Ansprüche eingeschränkt ist, zu verlassen.

Claims

1. Ständer zum Zentrieren von Werkstücken mit einem Schraubstock (8), welcher ein Paar von Einspannklemmen (26, 26') aufweist, einer Basisplatte (10) zum Tragen des Schraubstocks (8), wobei dieser mit der Basisplatte (10) zwischen einer angehobenen und einer abgesenkten Stellung bewegbar ist, und mit Führungen (14) zur Führung der Basisplatte (10), dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück ein Hohlzylinder ist, der zur Bearbeitung durch ein Drehwerkzeug positionierbar ist, daß die Einspannklemmen (26, 26') den Zylinder (4) in einer richtig zentrierten, ausgerichteten und undrehbaren Stellung zur Bearbeitung des Drehwerkzeug halten; daß der Schraubstock (8) durch die Basisplatte (10) so getragen ist, daß der Zylinder (4) undrehbar in richtig zentrierter und ausgerichteter Position aufgenommen ist; daß der Zylinder in der angehobenen Stellung in einer richtig zentrierten und ausgerichteten, undrehbaren Position verbleibt, wobei der Schraubstock (8) außer Eingriff und beabstandet zum Zylinder (4) in seiner unteren Stellung angeordnet ist; daß jede der Fuhrungen (14) eine auf einer Innenfläche (15) der Führung (14) gebildete Fahrbahn (20) zur Bewegung der Basisplatte (10) in dieser aufweist, und daß eine Einrichtung (12) in wenigstens einer Führung (14) zum Eingriff mit der Basisplatte (10) in ihrer angehobenen Stellung ausgebildet ist, um die Zentrierung und Ausrichtung des Zylinders (4) in richtiger Position zur Drehbearbeitung unter Minimierung einer Durchbiegung des Zylinders ausgebildet ist.

2. Ständer zum Zentrieren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Basisplatte (10) eine Vielzahl von Ecken aufweist, wobei eine Vielzahl von Führungen (14) in jeder Ecke der Basisplatte (10) angeordnet ist und die Laufbahn (20) zwischen den Führungen auf einer Innenfläche (15) der Führung (14) gebildet sind.

3. Ständer zum Zentrieren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (10) in ihrer Oberfläche (9) einen Schwalbenschwanz (24) aufweist und die Eingriffsvorrichtung (12) eine Zusammenwirkungsvorrichtung (22) in wenigstens einer Führung (14) aufweist, die operativ dem Schwalbenschwanz (24) zugeordnet ist.

4. Ständer zum Zentrieren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammenarbeitsvorrichtung (22) eine am oberen Ende (13) einer jeden Führung (14) angeordnete Lippe aufweist.

5. Ständer zum Zentrieren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (10) eine Vielzahl von Ecken aufweist, von denen jede einen Schwalbenschwanz (24) auf der Oberseite (9) der Basisplatte (10) aufweist, und wobei die Vielzahl der Führungen (14) ein Führungsbauteil aufweisen, das in jeder Ecke der Basisplatte (10) angeordnet ist, wobei jedes Führungsbauteil (14) an einem oberen Ende (13) eine Lippe (22) aufweist, welche nach innen in Richtung der verbleibenden Führungsbauteile (14) und nach unten zum Eingriff mit den Schwalbenschwänzen (24) gerichtet ist.

6. Ständer zum Zentrieren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwalbenschwänze (24) unter einem Winkel von ungefähr 60º von der Fahrbahn (20) zugespitzt sind.

7. Ständer zum Zentrieren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahn (20) eine Ausnehmung (21) auf einer Innenfläche (15) eines jeden Führungsbauteils (14) und eine Fahrbahnplatte (19) aufweist, welche an einer Außenfläche der Führungsbauteile (14) angeordnet ist, wodurch die Basisplatte (10) innerhalb der Ausnehmung (21) vertikal verstellbar ist und innerhalb der Fahrbahn (20) durch die Fahrbahnplatte (19) aufgenommen ist.

8. Ständer zum Zentrieren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (10) innerhalb der Fahrbahn (20) durch einen Lift (16) bewegbar ist.

9. Ständer zum Zentrieren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lift (16) einen Hydraulikzylinder aufweist.

10. Ständer zum Zentrieren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubstock (8) eine V-förmige Einspannklemme (26, 26') zur Verhinderung einer Drehung des Zylinders (4) aufweist.

11. Ständer zum Zentrieren zur automatischen richtigen Zentrierung und Ausrichtung der Position eines Werkstücks zur Drehbearbeitung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (2, 2') zur Zentrierung in einer Drehbearbeitungseinrichtung zur Durchführung von Abschabungen und Drehpolieroperationen des Werkstücks zur Bildung eines Hohlzylinders verwendbar ist, wobei die Drehbearbeitungseinrichtung einen Tragtisch (28) zur allgemeinen Anordnung des Werkstücks (4) aufweist.