DE699220C - Verfahren zum Ausrichten von Werkstuecken nach der Innenflaeche einer Hoehlung - Google Patents

Description

#■

3iig. Karl Deuring in Düsseldorf

ist als Erfinder genannt worden.

Werkstücke, die mit einer gegossenen oder geschmiedeten Höhlung versehen sind und deren Außenfläche zu dieser Höhlung laufend bearbeitet werden soll, müssen vor der Bearbeitung nach der Achse der Höhlung ausgerichtet werden. Solange die Mündung der Höhlung ebenso groß oder nur wenig kleiner ist als der größte Durchmesser derselben, bereitet dieses Ausrichten' keine nennenswerte

ίο, Schwierigkeiten. Bei mäßigem Durchmesserunterschied zwischen der Mündung und demjenigen Teil der Höhlung, nach dem ausgerichtet werden muß, ist es auch noch möglich, Spanndorne herzustellen, deren Spannbacken ο. dgl. mechanisch den Durchmesserunterschied zwischen Mündung und Spannfläche überbrücken. Für den Fall, daß hierbei der Dorn so schwach wird, daß er keine nennenswerten Bearbeitungskräfte mehr aufzunehmen vermag, ist es auch schon bekannt, an der^!

Dornspannung lediglich Hilfs- oder Bestim-•mungsflächen an dem Werkstück anzubringen, die dann zur Aufnahme bei der eigentlichen Außenbearbeitung dienen.

Ein weiteres bekanntes Verfahren schafft die Möglichkeit, für solche Fälle, wo der durch die Mündung eingeführte Spanndorn bereits so schwach geworden ist, daß es nicht mehr möglich ist, das Werkstück von demselben tragen zu lassen/ trotzdem die Bestimmung nach der Innenfläche vorzunehmen. Der Dorn dient dabei nur als Richtdorn, um das Werkstück in einer Maschine nach - der Achse der Höhlung ausrichten zu können, auf der dann zu dieser Achse laufend Bestimmungsflächen hergestellt werden.' Bei dem eben genannten Verfahren werden Dorne an¹ gewendet, die schon nicht mehr mit aus dem Dornkörper heraus bewegten Backen am Werkstück angreifen, sondern mit einer An-

zahl von Kugeln, die vor dem Einführen des Dornes in die Werkstückhöhlung hineingeworfen und dann zwischen zwei gegeneinan- . der gerichteten Kegeln des Dornes nach außen* geklemmt werden. Auch mit diesem Verfah/ ren sind nur bestimmte Durchmesseruntej?*^ schiede zwischen Mündung undBestimmungs-%, durchmesser zu erfassen. Überschreitet der Unterschied diese Grenze, so ist keines der ίο bisher genannten Verfahren mehr anwendbar. Für ähnliche Aufgaben, beispielsweise für das Ausrichten von Gewehrläufen nach der Bohrung, sind auch bereits elektrische Mittel vorgeschlagen worden, und zwar wird dabei t5 ein Kontakt, der an einem straff gespannten Draht befestigt ist, mit der Bohrung in Berührung gebracht und hierdurch ein Stromkreis "geschlossen, der ein sichtbares oder hörbares Signal steuert. Die Anwendung einer so derartigen Einrichtung auf die vorliegende Aufgabe ist aus mehreren Gründen nicht möglich. Da die Werkstückhöhlung nur von einer Seite aus und durch ein sehr enges Loch zugänglich ist, kann ein Kontakt nicht so starr geführt werden, daß er bei Berührung mit der Werkstückoberfläche nicht doch ausweichen würde. Das durch einen Kontakt gesteuerte Signal (Lampe, Horn u. dgl.) kann nicht anzeigen, ob der Kontakt die Werkstückoberfläche nur gerade berührt, oder ob er fest anliegt und sein Halter sich bereits durch-. gebogen hat. Beim: Verstellendes Werkstückes kann die Annäherung an den Kontakt nicht festgestellt werden, bis die tatsächliche Berührung erfolgt. Da es sich vorwiegend um gegossene Werkstücke handelt, ist die Innenfläche rauh und unregelmäßig, und es ist unbedingt notwendig, daß beim Ausrichten ein Vermitteln zwischen den Erhebungen und Vertiefungen der Werkstückinnenfläche vorgenommen wird. Beim Abtasten mit einem Kontakt der erwähnten Art würde ein ständiges Ein- und Ausschalten erfolgen, das eine genaue Messung unmöglich macht. Es muß daher eine Abstandsmessung, zum mindesten eine vergleichende Abstandsmessung, an die Stelle treten. Diese muß unabhängig von der Starrheit des in die Werkstückhöhlung einzuführenden Meßteiles sein und muß möglichst schnell und anschaulich ein Bild von der Abstandsverteilung auf den ganzen Umfang geben,' d. h. ein rasches Durchdrehen bzw. Hinundherfahren der Meßeinrichtung in der Werkstückhöhlung ermöglichen. Dies ist nur so zu verwirklichen, daß das Meßgerät ohne jede Berührung mit dem Werkstück arbeitet. Gemäß einem ebenfalls bereits vorliegenden Vorschlage soll das Ausrichten mittels optischer Hilfsmittel bewirkt werden, indem das innere Ende der Höhlung mit feststehenden Marken verglichen wird. Es handelt sich hierbei um ein Verfahren, bei dem der persönliche Einfluß des Bedienenden eine große Rolle spielt, da man auf sein mehr oder weniger !^tjtes S chätzungs vermögen angewiesen ist und ';'e;ne objektive »Nachprüfung der· getroffenen ■Einstellung nicht erfolgen kann. Auch erweist f'lrfch ein solches Verfahren als besonders schwierig, wenn die auszurichtende Fläche des Werkstückes unrund ist und es auf ein Vermitteln ankommt.

Durch die Erfindung wird nun ein Verfahren angegeben, daß außerordentlich bequem und vielseitig in der Anwendung ist und die eben genannten Mängel vermeidet. Das Ver-"fahren beruht auf einer elektrischen Abstandsmessung. In die Höhlung des Werkstückes wird eine Metallplatte eingeführt, die an einer in -der Maschinenachse gelagerten Welle verstellbar befestigt ist. Beim Drehen dieser Welle ändert sich der Abstand zwischen der Metallplatte und der Werkstückinnenfläche entsprechend der Ausmittigkeit des Werkstückes. Diese Abstandsänderung wird auf elektrischem Wege außen sichtbar gemacht. Das Verfahren hat die Vorteile, daß keine Berührung der Metallplatte mit dem Werkstück stattzufinden braucht, daß die Anzeigegenauigkeit durch Veränderungen am elektrischen Teil in fast beliebigen Grenzen verändert werden kann, gleichwohl aber auch eine Eichung möglich ist, daß in einfachster Weise ein Vermitteln bei unrunden Werkstücken vorgenommen werden kann, daß in Verbindung mit der Eichung ein Ausscheiden von Werkstücken, deren Ünrundheit ein festgesetztes Höchstmaß übersteigt, erfolgen kann, und schließlich, daß infolge des Fehlens jeglicher mechanischen Berührung zwischen der abtästenden Metallplatte mit dem Werkstück die auftretenden mechanischen Kräfte denkbar gering sind, so daß auch bei sehr enger Zugangsöffnung und sehr großer Ausdehnung der Werkstückhöhlung noch mit Sicherheit gearbeitet und gute Genauigkeiten erzielt werden können.

Die Zeichnungen stellen eine Maschine zur Ausübung des Verfahrens dar. Fig. ι ist ein Aufrißj
Fig. 2 ein Schnitt in der Ebene A-A und Fig. 3 ein Schnitt in der Ebene B-B. no

Das Werkstück 1 wird in bekannter Weise mit seinem offenen Ende in einem Kegel 2 und nahe dem geschlossenen Ende in einer" Auflage 3 gehalten, in der es zweckmäßig mittels einer Schraube 4 festgeklemmt wird. Der Kegeldorn 2 und die Auflage 3 werden von einem gemeinsamen Maschinenbett 5 getragen. Dieses trägt außerdem eine Vorrichtung, mit der die gewünschte Bearbeitung am Werkstück vorgenommen werden kann. Im vorliegenden Falle ist als Beispiel in bekannter Weise eine Bohrmaschine 6 vorgesehen,

mit der ein Körnerloch in den geschlossenen Boden des Werkstückes gebohrt werden kann. Der Kegel 2 ruht in einem reitstockartigen Bock 7, der auf dem Bett 5 so geführt ist, daß er stets genau gleichachsig mit der Bohrspindel von 6 liegt. Der Bock 7 läßt sich von Hand oder maschinell auf dem Bett 5 verschieben. Innerhalb des Kegels 2 ist in dem • Bock 7 eine Welle 8 drehbar und möglichst spielfrei gelagert, die mittels einer Handkurbel 9 oder auch durch einen mechanischen Antrieb gedreht werden kann. Am Ende der Welle 8 wird eine Metallplatte 10 so angebracht, daß sie sich an zwei Lenkhebeln par-,'5 allel zur Welle nach außen klappen laßt, und zwar durch eine im Innern der Welle 8 untergebrachte unter Federdruck stehende Stange. Diese Stange läßt sich zum Einziehen der Platte 10 mittels einer außen angebrachten ao Mutter 11 zurückziehen, bis die Platte 10 genau in der Verlängerung der Welle 8 steht; in dieser Stellung kann sie auch durch eine sehr enge Kernlochmündung eingeführt und herausgefahren werden. Die Platte 10 ist von der Welle 8 elektrisch isoliert und durch ein abgeschirmtes Kabel mit dem zweckmäßig innerhalb des Maschinengestelles 5 untergebrachten Hochfrequenzgerät verbunden. Sie bildet die eine Seite eines Kondensators, dessen andere Seite vom Werkstück 1 gebildet wird, das durch die Auflage 3 und die übrigen Maschinenteile metallisch mit dem Hochfrequenzgerät in Verbindung steht. Mit Hilfe des Hochfrequenzgerätes wird die Änderung der Kapazität dieses Kondensators angezeigt, die dadurch entsteht, daß sich beim Drehen der Welle 8 der Abstand zwischen der Platte 10 und dem Werkstück 1 so lange ändert, bis dieses durch Verstellen der Auflage 3 in die Lage gebracht ist, in der die Höhlung genau in der Mittelachse der Maschine liegt.

Die Messung der Kapazität auf dem üblichen Wege mit Hilfe von Nieder- oder Mittelfrequenz reicht für den vorliegenden Zweck jedoch nicht aps, weil die Eigenkapazität der Zuleitungen usw. eine genaue Messung- unmöglich macht. Es wird deshalb folgender Weg gewählt:

Der durch die Platte 10 und das Werkstück ι gebildete Kondensator bildet einen Teil eines Hochfrequenzschwingungskreises a, dessen Frequenz sich entsprechend der Kapazitätsänderung ändert. Durch Wahl sehr hoher Frequenzen (Kurzwellen) ist es möglieh, auch bei sehr großen Eisenmassen und großer Länge des Kabels durch geringe Abstands'änderungen der Metallplatte schon sehr große Frequenzänderungen zu bekommen.

Neben diesem ersten Schwingungskreis a wird ein zweiter Schwingungskreis b in dem gleichen Gerät untergebracht, der in bekannter Weise (mittels Elektronenröhren und Rückkopplung) in Schwingungen gesetzt wird. Dieser Kreis wird ungefähr auf die gleiche , Frequenz abgestimmt wie der Kreis α und .'.wird mit ihm mit bekannten-Mitteln induktiv oder kapazitiv gekoppelt. Infolgedessen wird ■ im Kreis α ebenfalls eine Schwingung entstehen, deren Stärke (Amplitude) sich mit der mehr oder weniger großen Übereinstimmung der beiden Eigenschwingungszahlen ändert. Die Amplitude der Schwingungen im Kreis a bildet daher ein Maß für die Abstandsänderung der Platte 10 vom Werkstück 1.

Mit Hilfe einer bekannten Anordnung, wie sie beispielsweise dem magischen Auge bei Rundfunkgeräten, zugrunde liegt, ist es ein leichtes, die Amplitude der Schwingungen im _ Kreis α optisch sichtbar zu machen. Hierzu dient eine Braunsche Röhre 12, die an geeigneter Stelle (Fig. 3) zweckmäßig so angebracht wird, daß sie der Bedienende bequembeobachten kann.

Durch Vergrößern und Verkleinern der Dämpfung eines oder beider schwingenden Kreise mittels bekannter elektrischer Mittel, wie Widerstände, Streufelder o. dgl., können ihre Resonanzkurven verbreitert oder verschmälert werden, wodurch sich die Empfindlichkeit in sehr weiten Grenzen verändern läßt. Es ist auch möglich, hierbei eine Eichung in der Weise vorzunehmen, daß bei einer bestimmten Einstellung der elektrischen Teile bestimmte Breitenänderungen des Lichtbandes auf der Braunschen Röhre auch bestimmten Abstandsänderungen zwischen Platte 10 und ^; Werkstück 1 entsprechen. Die absolute Änderung der ,Schwingungsweite für eine gegebene. Frequenz, die mit der Änderung der Dämpfung am Kreise b verbunden ist, kann in einfach- i'oo ster Weise dadurch .ausgeglichen werden, daß man die Kopplung zwischen den beiden Kreisen α und b fester oder loser, macht. Es ist hierdurch möglich, auch bei Einstellung auf sehr geringe Empfindlichkeit, wie sie zu Be- '°5 ginn des Ausrichtvorganges zweckmäßig ist, d. h. wenn noch sehr große Abstandsänderungen beim Durchdrehen der Welle 8 auftreten, schon eine große Anzeige zu bekommen; dann entspricht beispielsweise 1 mm Längenände- no rung des Leuchtbandes auf dem Schirm der Braunschen Röhre auch 1 mm Abstandsänderung. Durch Verringern der Dämpfung und ' gleichzeitig Lockern der »Kopplung kann man dann mit beliebigen Zwischenstufen dahin kommen, daß beispielsweise 1 mm Änderung auf derTßraunschen Röhre 0,01 mm Abstandsänderung entspricht, wenn eine derartige Genauigkeit überhaupt noch sinnvoll sein sollte, d. h. nicht bereits kleiner ist, als die unvermeidlichen Unrundheiten und Unebenheiten der Werkstückinnenfläche.

Es ist mit den gleichen Mitteln daher auch leicht möglich, die genaue Grenze des sinnvollen Ausrichtens für eine bestimmte Werkstückart festzulegen. Durch Wahl einer größeren oder kleineren Oberfläche für die Platte io kann man von kleinen Unebenheiten der Werkstückoberfläche, die gegebenenfalls für die Ausrichtung nebensächlich sind, weitgehend unabhängig werden, da das Meßverfahren ganz von selbst nur den mittleren Abstand über die ganze Plattengröße angibt. Wenn ein Werkstück eine Innenfläche hat, die stark von der Kreisform abweicht, so wird sich dies auf dem Schirm der Braunschen Röhre 12 »5 dadurch zeigen, daß bei jedem Durchdrehen periodische Schwankungen auftreten, die sich durch Verstellen der Werkstücklage nicht ganz beseitigen lassen, sondern höchstens auf einen Mindestwert kommen. Der Mindestwert entspricht dann derjenigen Stellung, in der das Werkstück vermittelt ist, wie der Praktiker sagt. Es ist dann auch ein leichtes, für diese Unrundheiten einen Höchstwert festzulegen, bei dessen -Überschreitung das Werkstück ausgeschieden werden muß. Man ist hierbei weitgehend unabhängig vom subjektiven Gefühl des Arbeiters und kann beispielsweise bei kostspieligen Werkstücken anordnen, daß der Arbeiter in einem solchen Fall seinen Vorgesetzten ruft, der dann selbst nachprüfen und entscheiden kann, ob das Werkstück verwendbar ist oder verworfen werden muß.

Nach dem bisher Gesagten ist der Ausricht-Vorgang als solcher einfach zu schildern. Nach dem Einlegen des Werkstückes und dem Einführen der Meßeinrichtung wird diese zunächst auf geringe Empfindlichkeit eingestellt, die Platte 10 durch Drehen an der Mutter if herausgefahren, bis sie noch um ein erhebliches Maß, beispielsweise 15 mm, von der Werkstückinnenfläche entfernt ist. Bei einmaligem Durchdrehen der Kurbel 9 erkennt man an dem Leuchtbild auf der Röhre 12, in welcher Richtung der geringste Abstand der Werkstückinnenfläche von der Maschinenachse liegt; dementsprechend wird mit Hilfe der Handräder 13 und 14, die in bekannter Weise auf Gewindespindeln einwirken, die Auflage 3 und damit das geschlossene Ende des Werkstückes auf und ab bzw. vor und zurück verstellt, um die beobachtete Ausmittigkeit zu beseitigen. Dieser Vorgang wird gegebenenfalls zwei- bis dreimal wiederholt, bis bei der betreffenden Einstellung der Platte 10 und der Schwingungskreise keine Veränderung des Leuchtbildes beim Durchdrehen der Kurbel 9 erkennbar ist. Die Platte wird als^«-* dann weiter herausgefahren -und die E^t findlichkeit des elektrischen Teiles durch faches Drehen an zwei Stellknöpfen 16 er.

Während beispielsweise im ersten Abschnitt des Richtvorganges nur Abweichungen über ι mm erkannt und beseitigt werden konnten, können in der zweiten Stufe schon Abweichungen über 0,1 mm ausgeglichen werden; nötigenfalls kann sich alsdann noch eine dritte Stufe anschließen. Der zweckmäßigste Weg wird im einzelnen in der Praxis gefunden werden.

In der Beschreibung ist lediglich der Fall angenommen, daß das Werkstück am offenen Ende durch den Kegel 2 mechanisch ausgerichtet wird und daher das Ausrichten nach der Innenfläche nur am anderen Ende notwendig ist.

Es ist natürlich ohne weiteres möglich, das Verfahren auch auf solche Fälle anzuwenden, bei denen das Werkstück an beiden Enden nach einer weiten Innenfläche ausgerichtet werden muß. Es wird dann an oder nahe den beiden Enden in zwei getrennten Aufnahmen entsprechend der Aufnahme 3 gelagert, die jede für sich mittels Handrädern 13 und 14 verstellbar sind, und der Ausrichtvorgang wird nach entsprechendem Verschieben des Bockes 7 an jedem Ende einmal vollzogen.

Die Zeichnung zeigt noch ein Schutzgitter 15, das am Maschinengestell 5 befestigt ist und den Raum, in dem sich das Werkstück beim Einlegen und Herausnehmen bewegt, gegen die übrigen Teile der Maschine so abschließt, daß mit den Werkstücken keine Beschädigungen derselben auch bei rauhem Umgang auftreten können. Das Schutzgitter hat Öffnungen, durch die die Bohrspindel und die Welle 8 hindurchgeführt· werden.

Für die Kapazitätsmessung an sich und die dazu verwendeten Mittel wird kein selbständiger Schutz begehrt.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zum Ausrichten von ₍ Werkstücken nach der Innenfläche einer Höhlung mit enger Zugangsöffnung auf Maschinen zum Anarbeiten von Bezugsflächen, dadurch gekennzeichnet, daß an der Höhlungsfläche in festem Abstand zur Ausrichtachse eine Metallplatte ( 10) vorbeigeführt wird, die mit dem Werkstück no einen elektrischen Kondensator bildet, und daß die den Abstandsänderungen zwischen Metallplatte (10) und Höhlungsfläche entsprechenden Kapazitätsänderungen dieses Kondensators über ein Hochfrequenzgerät us (17-)» an einer Braunschen Röhre (12) sichtbar gemacht werden. _„ ■· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch t gekennzeichnet, daß zur Kapazitätsmessung' Ströme sehr hoher Frequenz (Kurzder Weise benutzt werden, daß kondensator (ι, ίο) enthaltender

   Schwingungskreis-(β)-von einem fest abgestimmten, mit gleichbleibender Amplitude schwingenden zweiten Schwingungskreis ty*f erregt wird, und daß die entsprechend den Abweichungen der Eigenschwingungszahlen beider Kreise sich ändernde Schwingungsweite im ersten Kreise ^ in an sich bekannter Weise auf dem Schirm der Braunschen Röhre (12) sichtbar gemacht wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtvorgang in mehreren Stufen mit steigender Genauigkeit vorgenommen wird, inde:
   von Stufe zu Stufe mit Hilfe an sich^tfekannter elektrischer Mittel (Widerstünde, Streufelder) die Dämpfung eines l_foder.

   beider Schwingungskreise .(%-&} verkleinert und hierdurch die Empfindlichkeit (Anzeigegenauigkeit) der Meßeinrichtung gesteigert wird, während gleichzeitig durch Schwächen der Kopplung zwischen den beiden Schwingungskreisen die Größtausschläge auf dem Schirm der Braunschen Röhre übersichtlich gehalten werden.

   4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 bei Werkstücken, die nach einer im wesentlichen zylindrischen Innenfläche auszurichten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Melatte (10) parallelogrammartig klapp-

   °,bär an einer zur Spindel der Bearbeitungsmaschine gleichachsigen Welle (8) ange-

   •'bracht ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen