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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Andrückschuh mit einer Andrückfläche zum unmittelbaren Andrücken von Finishband an eine radiale Umfangsfläche eines rotierenden Werkstückabschnitts während einer Finishbearbeitung, wobei in dem Andrückschuh mehrere insbesondere mit einem Fluid füllbare Expansionselemente ausgebildet sind.
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Ein Andrückschuh mit den vorgenannten Merkmalen ist aus
EP 0 802 017 A1 bekannt, wobei der Andrückschuh zur Bearbeitung einer zwischen Bundflächen liegenden Umfangsfläche des Werkstückabschnittes vorgesehen ist. Damit das zwischen Andrückschuh und Werkstück liegende Finishband während der axialen Relativbewegung zwischen Andrückschuh und Werkstück jederzeit an den gerundeten Übergängen zwischen Umfangsfläche und seitlichen Bundflächen anliegt, sind zwei als Expansionselemente aufzufassende Expansionskammern im Bereich der Übergänge an dem Andrückschuh vorgeschlagen. Die beiden Expansionskammern werden über eine gemeinsame Leitung während der Finishbearbeitung mit einem Fluid beaufschlagt. Das Fluid fließt während der Finishbearbeitung aufgrund der angetriebenen axialen Relativbewegung zwischen Andrückschuh und Werkstück zwischen den zwei Expansionskammern hin und her, so dass die Expansionskammern oszillierend expandieren. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Finishband jederzeit in den Übergangsbereichen zwischen Umfangsfläche und Bundflächen und an den Bundflächen anliegt. Eine gezielte Beeinflussung der Form der Bundfläche oder der Übergangsbereiche zwischen Bundflächen und Umfangsfläche ist dabei nicht beabsichtigt.
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Es besteht der Wunsch, dass bei der Finishbearbeitung die Form der radialen Umfangsfläche des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts gezielt insbesondere in Hinblick auf Balligkeit und/oder Unrundheit beeinflusst werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit Bezug zum Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere einen Andrückschuh und ein Verfahren zum Betreiben einer Finishbearbeitungsvorrichtung anzugeben, mit denen die Form der radialen Umfangsfläche des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts gezielt beeinflusst werden kann, wobei insbesondere wünschenswert ist, dass unterschiedliche Profilformen der Umfangsfläche mit genau einem Andrückschuh erzielt werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Andrückschuh und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen des Andrückschuhs und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben, wobei Merkmale der vorteilhaften Weiterbildungen in technologisch sinnvoller Weise beliebig miteinander kombinierbar sind.
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Gelöst wird die Aufgabe insbesondere durch einen Andrückschuh mit den eingangs genannten Merkmalen, wobei die mehreren Expansionselemente jeweils einzeln und unabhängig voneinander radial unter Verformung der Andrückfläche in Richtung der Umfangsfläche des Werkstückabschnitts expandierbar sind, so dass bei der Finishbearbeitung die Form der Umfangsfläche des Werkstückabschnittes gezielt durch unterschiedliche Expansion der über die Andrückfläche verteilten Expansionselemente beeinflussbar ist.
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Es ist also vorgesehen, dass den Expansionselementen unabhängig voneinander Energie so zugeführt werden kann, dass sie sich in axialer Richtung einzeln verformen können. Die Expansionselemente können insbesondere mechanisch, elektromechanisch, thermisch, hydraulisch oder auf andere geeignete Weise in radialer Richtung expandiert werden.
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Insbesondere ist jedes Expansionselement durch eine Expansionskammer gebildet, die jeweils einzeln mit einer aus dem Andrückschuh herausführenden Leitung verbunden ist und jeweils unter Druckbeaufschlagung des Fluids radial unter Verformung der Andrückfläche in Richtung der Umfangsfläche des Werkstückabschnitts expandierbar ist. Im Folgenden wird zwar das Expansionselement mit Bezug zu der mittels Fluid expandierbaren Expansionskammer näher beschrieben, es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass die Lehre auf Expansionskammern beschränkt ist. Die im Folgenden dargestellten Vorteile und Effekte gelten daher in gleicher Weise für anders ausgebildete, in radialer Richtung expandierbare Expansionselemente, die nicht durch eine mittels Fluid expandierbare Expansionskammer gebildet sind.
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Es ist also insbesondere vorgesehen, dass mehrere unabhängig voneinander expandierbare Expansionskammern vorgesehen sind, mit denen das Profil der Andrückfläche in radialer Richtung geändert werden kann. Somit kann erreicht werden, dass die Form der das Finishband gegen die radiale Umfangsfläche drückenden Andrückfläche des Andrückschuhs verändert werden kann, was darin resultiert, dass der auf die Umfangsfläche wirkende Druck des Finishbandes lokal beeinflussbar ist. Es ist somit möglich, die Verteilung des Drucks über die Andrückfläche gezielt vorzugeben, wodurch die durch die Finishbearbeitung erzielbare Form des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts beeinflussbar ist.
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Der Andrückschuh kommt insbesondere in einer Finishbearbeitungsvorrichtung zum Einsatz, die neben dem Andrückschuh einen Rotationsantrieb für das zu bearbeitende Werkstück, einen Oszillationsantrieb zur Erzeugung einer oszillierenden Relativbewegung in Werkstücklängsrichtung zwischen dem Werkstück und dem Andrückschuh und ein Finishband zwischen der Andrückfläche und der radialen Umfangsfläche des Andrückschuhs umfasst. Somit kann der Andrückschuh während der Rotationsbewegung des Werkstückes in axialer Richtung oszillierend das Finishband auf die Umfangsfläche des Werkstücks andrücken. Die Finishbearbeitungsvorrichtung umfasst insbesondere auch eine Steuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Andrückfläche des Andrückschuhs ist insbesondere jene Fläche in Form eines Teilringes, die während der Bearbeitung radial nach innen in Richtung des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts gerichtet ist. Die Teilringfläche weist im Wesentlichen einen Radius auf, der dem Radius des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts entspricht. Eine (lokale) Abweichung von diesem Radius kann durch Druckbeaufschlagung der Expansionskammern erreicht werden.
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Die Expansionskammern sind also insbesondere so innerhalb des Andrückschuhs ausgebildet, dass bei Druckbeaufschlagung die Andrückfläche des Andrückschuhs im Bereich der jeweiligen Expansionskammer in radialer Richtung verformt wird. Aus der druckfreien Ruhelage expandiert die Expansionskammer unter Beaufschlagung eines Fluides in radialer Richtung um mindestens zwei μm [Mikrometer], bevorzugt mindestens 5 μm, wobei die maximale Expansion in radialer Richtung höchstens 50 μm, bevorzugt höchstens 30 μm beträgt.
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Wenn die mehreren, insbesondere mindestens zwei, bevorzugt mindestens fünf Expansionskammern jeweils mit einer aus dem Andrückschuh herausgeführten Leitung verbunden sind, können die Expansionskammern unabhängig voneinander insbesondere mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden, so dass die Expansionskammern unterschiedlich stark in radialer Richtung expandieren.
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Um die Balligkeit oder des zu Konizität bearbeitenden Werkstückabschnitts gezielt beeinflussen zu können, kann vorgesehen sein, dass die mehreren Expansionskammern parallel zueinander entlang der Andrückfläche des Andrückschuhs in Umfangsrichtung verlaufen. Bevorzugt sind mindestens fünf in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Expansionskammern vorgesehen, die jeweils über die gleiche Länge in Umfangsrichtung parallel zueinander verlaufen.
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Um die Unrundheit des Werkstückabschnittes gezielt beeinflussen zu können, kann vorgesehen sein, dass die mehreren Expansionskammern parallel zueinander entlang der Andrückfläche des Andrückschuhs in axialer Richtung verlaufen. Die bevorzugt mindestens sieben Expansionskammern sind in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet und erstrecken sich über die gleiche Länge entlang der Andrückfläche.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Finishbearbeitungsvorrichtung, welche insbesondere die oben aufgeführten Maschinenelemente umfasst, mit einem erfindungsgemäßen Andrückschuh, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- – Andrücken eines Finishbandes an die zu bearbeitende radiale Umfangsfläche des Werkstückabschnitts mit dem Andrückschuh,
- – Verformen mindestens eines der mehreren Expansionselemente, so dass das Expansionselement in radialer Richtung expandiert.
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Die im Folgenden dargestellten Effekte und Vorteile des Verfahrens gelten in geeigneter Weise auch für Expansionselemente, die nicht durch ein druckbeaufschlagtes Fluid in radialer Richtung expandiert werden.
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Insbesondere wird beim Beaufschlagen der Druck und/oder das Volumen des Fluids erfasst, so dass auf die Größe der Expansion der Expansionskammer in radialer Richtung geschlossen werden kann. In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Steuereinheit ausgebildet ist, der eine Größe der radialen Expansion vorgegeben wird und die durch Regeln des Druckes in der Expansionskammer und/oder des Volumens in der Expansionskammer die vorgegebene radiale Expansion der jeweiligen Expansionskammer einstellt.
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Das Fluid ist insbesondere eine Flüssigkeit oder ein Gas.
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Bevorzugt werden alle Expansionskammern unabhängig voneinander mit einem Fluid beaufschlagt, so dass die Expansionskammern unterschiedlich stark in radialer Richtung expandieren. Insbesondere werden die Expansionskammern so mit Fluid beaufschlagt, dass die außenliegenden Expansionskammern die größte radiale Expansion erfahren und die innenliegenden Expansionskammern die geringste radiale Expansion.
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In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die Expansion der mindestens einen Expansionskammer während der Finishbearbeitung konstant gehalten wird. Dies ist insbesondere bevorzugt, wenn die Expansionskammern in Umfangsrichtung parallel zueinander verlaufen und somit die Balligkeit oder Konizität des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts durch die Expansion der Expansionskammern vorgegeben wird. Insbesondere kann überwacht werden, ob der Druck und/oder das Volumen des Fluids in der Expansionskammer den gewünschten Werten entspricht, wobei bei Abweichungen nachgeregelt werden kann.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Expansion benachbarter Expansionskammern unterschiedlich ist, so dass durch die unterschiedliche Expansion eine durch die Finishbearbeitung erreichbare Form der Umfangsfläche des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts vorgegeben wird.
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Insbesondere wenn die Expansionskammern in axialer Richtung zur Beeinflussung der Unrundheit des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts verlaufen, kann vorgesehen sein, dass die Expansion jeder Expansionskammer jeweils während der Finishbearbeitung geändert wird. Um der gewünschten Unrundheit eine Form vorzugeben, ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass die Expansion jeder Expansionskammer in Abhängigkeit von der Drehstellung des Werkstückabschnitts geändert wird. Die Expansion der Expansionskammern wird dabei so geregelt, dass bei Anlage einer vorbestimmten Umfangsstelle an einer Expansionskammer die radiale Expansion dieser Expansionskammer immer minimal ist, während bei Anlage einer dazu versetzten Umfangsstelle an den Expansionskammern die Expansionskammern jeweils maximal expandiert sind. Die Expansion der Expansionskammern erfolgt dabei in einer solchen Weise, dass eine gering abzutragende Umfangsstelle jeweils nur mit einem geringen Druck durch die jeweilige Expansionskammer beaufschlagt wird, während eine stärker abzutragende Umfangstelle jeweils mit einem größeren Druck von der jeweiligen Expansionskammer beaufschlagt wird. Es versteht sich, dass während der Bearbeitung immer ein Finishband zwischen Andrückfläche des Andrückschuhs und Umfangsfläche des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts angeordnet ist.
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Insbesondere wenn die mehreren Expansionskammern in Umfangsrichtung verlaufen, kann zur gezielten Beeinflussung der Balligkeit oder Konizität des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts vorgesehen sein, dass die Expansion jeder Expansionskammer in Abhängigkeit von der axialen Relativstellung zwischen Andrückschuh und Werkstückabschnitts geändert wird. Somit wird erreicht, dass die Andrückfläche bei der axialen Relativbewegung an die Balligkeit angepasst wird.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden im Folgenden anhand der Figuren beschrieben, wobei darauf hinzuweisen ist, dass die Figuren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Es zeigen schematisch
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1: einen Andrückschuh und ein Werkstückabschnitt,
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2: den Andrückschuh im Längsschnitt,
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3: einen Querschnitt durch Expansionskammern des Andrückschuhs,
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4: einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Expansionskammern und
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5 bis 8: ein Werkstückabschnitt während der Finishbearbeitung zur gezielten Erzeugung einer Unrundheit.
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1 zeigt einen Andrückschuh 1 mit einer radial nach innen gerichteten, teilringförmig ausgebildeten Andrückfläche 2. In dem Andrückschuh 1 sind die Expansionselemente als angedeutete Expansionskammern 5 ausgebildet. Die Expansionskammern 5 sind in axialer Richtung 8 nebeneinander angeordnet und verlaufen in Umfangsrichtung 7 parallel zueinander.
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Während der Finishbearbeitung ist ein nicht gezeigtes Finishband zwischen der Andrückfläche 2 und einer radialen Umfangsfläche 3 eines nur angedeuteten Werkstückabschnittes 4 angeordnet. Während der Finishbearbeitung rotiert der Werkstückabschnitt 4 um eine Rotationsachse, während der Werkstückabschnitt 4 und der Andrückschuh 1 in der axialen Richtung 8 relativ zueinander oszillieren, wobei das nicht dargestellte Finishband von der Andrückfläche 2 des Andrückschuhs 1 zum spanenden Abtrag auf die radiale Umfangsfläche 3 des Werkstückabschnittes 4 gedrückt wird.
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Aus dem in 2 dargestellten Längsschnitt durch den Andrückschuh 1 im Bereich einer Expansionskammer 5 wird deutlich, dass jede Expansionskammer 5 einzeln mit einer aus dem Andrückschuh 1 herausführenden Leitung 6 verbunden ist, so dass die Expansionskammern 5 unabhängig voneinander mit einem Fluid beaufschlagt werden können. Wird die Expansionskammer 5 mit einem Fluid beaufschlagt, so expandiert die Expansionskammer 5 mit dem ihr zugeordneten Abschnitt der Andrückfläche 2 in radialer Richtung 9. Da die Expansionskammern 5 unabhängig voneinander expandierbar sind, ist das Profil der Andrückfläche 2 entlang der axialen Richtung 8 einstellbar, so dass die Balligkeit des Werkstückabschnitts 4 gezielt beeinflusst werden kann.
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In 3 ist ein Querschnitt durch zwei Expansionskammern 5 dargestellt, wobei lediglich die linke Expansionskammer 5 mit einem Fluid beaufschlagt ist, so dass die Expansionskammer 5 in radialer Richtung 9 expandiert ist.
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Eine alternative Ausgestaltung der Expansionskammern 5 ist in 4 dargestellt. Die Expansionskammern 5 sind in ihrem Querschnitt faltenbalgartig ausgebildet, so dass eine größere Expansion in radialer Richtung 9 erzielbar ist. Auch in 4 ist lediglich die linke Expansionskammer 5 mit einem Fluid beaufschlagt.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Expansionskammern 5 in axialer Richtung 8 parallel zueinander verlaufen und in Umfangsrichtung 7 nebeneinander angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung der Expansionskammern 5 kann die Unrundheit der Umfangsfläche 3 des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts 4 gezielt beeinflusst werden.
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Die Kraftbeaufschlagung der Umfangsfläche 3 des Werkstückabschnitts 4 durch die Expansionskammern 5 des Andrückschuhs 1 bei einer solchen gezielten Bearbeitung der Unrundheit ist in 5 bis 8 dargestellt. Im Querschnitt ist der Werkstückabschnitt 4 hier eiförmig.
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Während bei der in 5 dargestellten Ausrichtung alle Expansionskammern 5 maximal expandiert sind, wird die Expansion jeder einzelnen Expansionskammer 5 bei der Rotation des Werkstückabschnitts 4 an die gewünschte Unrundheit angepasst, wobei F0 größer ist als F1 und F1 größer ist als F2. So ist in 6 die Expansion der Expansionskammern 5 nach einer Rotation um 45° gezeigt, in 7 nach einer Rotation um 90° und in 8 nach einer Rotation um 135°.
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So ist beispielsweise die Expansion der oberen Expansionskammer 5 des rechten Andrückschuhs 1 bei einer Rotation um 45° (6) am geringsten und steigt bis zum Erreichen eines Rotationswinkels von 135° (8) wieder an.
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Die Expansion der oberen Expansionskammer 5 des linken Andrückschuhs 1 ist hingegen zunächst bei der Rotation von 0° bis 90° maximal und wird bis zum Erreichen des Rotationswinkels von 135° leicht verringert.
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Mit der vorliegenden Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass die Form einer Umfangsfläche 3 eines Werkstückabschnittes 4 durch Finishbearbeitung mit dem Andrückschuh 1 gezielt beeinflusst werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Andrückschuh
- 2
- Andrückfläche
- 3
- Umfangsfläche
- 4
- Werkstückabschnitt
- 5
- Expansionskammer
- 6
- Leitung
- 7
- Umfangsrichtung
- 8
- axiale Richtung
- 9
- radiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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