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Verfahren zur fluchtenden Ausrichtung von Maschinenelementen
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur fluchtenden Ausrichtung
von Maschinenelementen während des Betriebes, die wie Stempel und Rezipient einer
Strangpreßanalge zusammenwirke,l, unter Benutzung eines zwischen-einem Sender und
einem Empfänger verlaufenden kohärenten Strahls elektromagnetischer Schwingungen.
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Es ist bekannt, kohärentes Strahlen elektromagnetischer Schwingungen,
vorzugsweise im Wellenlängenbereich von Dezibis Nanometern für die Geradheitsmessung
und Ausrichtung von Maschinenelementen heranzuziehen (vergl. Z. Feinwerktechnik
und Meßtechnik 85 (1977) 4 Seite 172 ff und Seite 177 ff; Z. Laser und angewandte
Strahlentechnik Nr. 3 (1969) Seite 62/63) Der kohärente Strahl elektromagnetischer
.Schwingungen dient bei diesen Verfahren als Referenzgerade für das zu prüfende
Objekt. Auf diese Weise kann beispielsweise
das Bett einer Werkzeugmaschine
auf Abweichungen von der Geradheit kontrolliert werden, indem beispielsweise der
Sender am einen Ende des Maschinenbettes aufgesetzt und ausgerichtet wird und der
Empfänger - beginnend am anderen Ende des Maschinenbettes - entweder kontinuierlich
auf den Sender zu verschoben wird oder aber nacheinander in vorgegebenen Abständen
zum Sender auf das Maschinenbett aufgesetzt wird. Die so gemessenen Abstandsunterschiede
zwischen Maschinenbett und Referenzgeraden können zur Kontrolle der Herstellungsgenauigkeit
oder zur Feststellung des Verschleißes herangezogen werden und bestimmen das Maß
der ggfs. erforderlichen Nacharbeit.
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In ähnlicher Weise können auch Maschinenelemente - beispielsweise
Reitstock und Spannfutter einer Drehbank - bei der Montage zueinander ausgerichtet
werden. Ferner kann mit derartigen Systemen bei zusätzlicher Verwendung von Spiegeln
oder Prismen für eine definierte Strahlablenkung auch die vorgegebene Winkellage
zweier Maschinenelemente zueinander überprüft und ggfs. korrigiert werden.
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Als Sender werden vielfach Laser verwendet, die einem kohärenten Strahl
elektromagnetischer Schwingungen mit exakt festgelegter Wellenlänge ausstrahlen.
Als Empfänger werden u.a. sogenannte Quadrantendioden benutzte die es erlauben,
die auftreffende Strahlenergie in ihrer Verteilung auf die Empfängerfläche quantitativ
zu erfassen und nach entsprechender Auswertung eine Anzeige für Größe und Richtung
der Strahlabveichung vom Zentralpunkt der Quadrantendiode zu gewinnen.
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Bei Strangpreßanlagen genügt es nicht, Stempel und Rezipient bzw0
Matrize bei der Montage gegeneinander fluchtend auszurichten, Hier können die elastischen
Verformungen der Maschinenelemente während des Betriebes und insbesondere die erforderliche
Arbeitstemperatur die vorhandene fluchtende Ausrichtung in erheblichem Maße beeinträchtigen.
Dies kann schon bei verhältnismäßig einfachen Strangpreßformen, wie beispielsweise
Rohren, zu nicht tolerierbaren Wanddickenunterschieden und Exzentrizitäten führen.
Derartige Fehler sind in den nachfolgenden Produktionsschritten nur in geringem
Umfang zu korrigieren.
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Produktivität einer Strangpreßanlage und Qualität des Strangpreßproduktes
werden durch Transversal- oder Wink.elabweichungen zwischen Stempel und Rezipient
bzw0 Matrize ganz entschieden beeinträchtigt. Dies gilt umso mehr für kompliziertere
Strangpreßformen, die noch stärker von einer einwandfreien fluchtenden Ausrichtung
abhängig sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen,
mit dem Maschinenelemente, die wie Stempel und Rezipient einer Strangpreßanlage
zusammenwirken, während des Betriebes fluchtend zueinander ausrichten bzw.
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Abweichungen von der flucht enden Ausrichtung laufend korrigieren
zu können, wobei von dem eingangs erwähnten Stand der Technik, d.h. der Benutzung
eines kohärenten Strahls elektromagnetischer Schwingungen als Orientierungsgeraden
ausgegangen wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß Sender und Empfänger
auf je einem der Maschinenelemente in der Weise angeordnet und ausgerichtet werden,
daß der kohärente Strahl elektromagnetischer Schwingungen parallel versetzt zur
Hauptachse der Maschinenelemente verläuft, daß als
Empfänger zwei
Empfangseinheiten benutzt werden, die auf einem der Maschinenelemente in axialem
Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die erste Empfangseinheit in an sich
bekannter Weise aus einer Quadrantendiode oder dergleichen besteht und in größtmöglichem
Abstand vom Sender auf dem einen Maschinenelement angeordnet ist und die zweite
Empfängereinheit aus einer Quadrantendiode oder dergleichen mit zentraler Strahldurchlaßöffnung
besteht und zwischen Sender und erster Empfangseinheit in größtmöglichem Abstand
von letzterer auf demselben Maschinenelement angeordnet ist, ferner daß der auf
die Empfangseinheiten auftreffende Strahl elektromagnetischer Schwingungen bzw.
die auftreff ende Strahlanteile in an sich bekannter Weise in elektrische Größen
umgewandelt werden, diese automatisch ausgewertet und daraus ein Signal für die
räumliche Lage des empfängerseitigen Maschinenelements relativ zum Strahl gewonnen
wird und daß das resultierende Signal - ggfs. nach Verstärkung -zur Ansteuerung
von Stellgliedern für die Korrektur von Transversal- und Winkelablagen des einen
Maschinenelements gegenüber dem anderen herangezogen wird.
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Bei dem Erfindungsgedanken wird davon ausgegangen, daß sowohl rein
transversale Versetzungen des Rezipienten bzw.
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der am Rezipienten in der Regel selbstzentrierend anliegenden Matrize
einer Strangpreßanlage gegenüber dem Stempel vorkommen können, als auch Winkelablagen
zwischen der Achse des Stempels und der Achse des Rezipienten. Hinzu kommt, daß
beide Fehler sich überlagern können. Ferner war zu beachten, daß es für eine laufende
Ausrichtung während des Betriebes unmöglich ist mit einer Referenzgeraden zu arbeiten,
die im Bereich der Hauptachse der Maschinenelemente oder in deren Nähe verläuft.
Ferner wurde erkannt, daß wegen der verschiedenen Fehlermöglichkeiten die fluchtende
Ausrichtung
des Rezipienten gegenüber dem Stempel in nur einer Meßebene
senkrecht zur Hauptachse nicht ausreichend ist.
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Bei dem errindungsgemäßen Verfahren wurden alle diese Gesichtspunkte
berücksichtigt. Durch die Verwendung von zwei Empfangseinheiten, die in axialem
Abstand auf dem Rezipienten angeordnet sind, können transversale Ablagen des Rezipienten
sowohl in der dem Stempel zugewandten Eintrittsebene als auch in der dem Stempel
abgewandten Austrittsebene, in deren Bereich die Matrize angeordnet ist, nach Größe-und
Richtung erfaßt werden. Dementsprechend sind selbstverständlich auch zwei Sätze
von Stellgliedern in axialem Abstand vorgesehen, um sowohl Transversal- als auch
Winkelabweichungen korrigieren zu können Das Strahldurchgangsloch der zweiten Empfangseinheit
ist so bemessen, daß bei exakt fluchtender Ausrichtung ein kreisringförmiger Strahlanteil
auf diese Empfangs einheit auftrifft und nur der kreisförmige Kernstrahl zur anderen
Empfangseinheit durchgelassen wird.
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Die Umwandlung der Strahlenergie in elektrische Größen, deren Auswertung
zu einem nach Größe und Richtung definierten "Ablagesignal" und die Ansteuerung
der entsprechenden Stellglieder, erfolgt mit in der Regeltechnik bekannten Geräten.
Dabei ist es zweckmäßig, Espfängereinheit und Stellglieder einer Meßebene jeweils
zu einer Regeleinheit zusammenzufassen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet nicht nur eine laufende fluchtende
Ausrichtung von Stempel und Rezipient bzw. Matrize einer Strangpreßanlage während
des Betriebes, es hat darüber hinaus den Vorteil, daß gleichzeitig eine Abstandsmessung
zwischen Sender und Empfänger vorgenommen
werden kann und daß der
Abstandswert zu einer wegabhängigen Steuerung der Relativbewegung zwischen Stempel
und Rezipient benutzt werden kann. Zur Erzielung eines gleichmäßigen Produktes ist
es nämlich vielfach erforderlich, in Abhängigkeit von der verpreßten Bolzenlänge
die Geschwindigkeit des Stempelvorschubs zu ändern. Das optimale Geschwindigkeitsprofil
konnte bisher nur unzulänglich über im Vorschubweg angeordnete Schalter eingestellt
werden, wobei außerdem temperatur- und materialbedingte Unterschiede im Umformwiderstand
des Preßbolzen nicht ausgeglichen werden konnten. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist nicht auf bestimmte Arten von Sendern oder Empfangseinheiten beschränkt.
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Es können insoweit auch andere bekannte Geräte benutzt werden, sofern
sie den gestellten Anforderungen genügen0 Dabei ist entscheidend, daß eine Referenzgerade
von ausreichender Präzision erzeugt wird und wenigstens zwei Empfangseinheiten in
axialem Abstand in der Weise angeordnet sind, daß die sendernähere bei fluchtender
Ausrichtung oder nicht allzu großen Abweichungen von dieser nur einen Teilstrahl
aufnimmt und den Reststrahl zur anderen Empfangseinheit durchläßt.
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Ferner ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf
Strangpreßanlagen beschränkt, sondern kann überall dort vorgenommen werden, wo eine
vergleichbare Aufgabenstellung vorliegt. Schließlich ist es mit der erfindungsgemäßen
Geräteanordnung selbstverständlich auch möglich, eine flucht ende Ausrichtung von
Maschinenelementen bei der Montage bzw. im Stillstand vorzunehmen.
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Weitere Einzelheiten werden anhand des zeichnerisch dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert
Dargestellt ist ein vertikaler
Teillängsschnitt durch eine Strangpreßanlage mit Stempel 1, Rezipient 2 und Matrize
3.
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Matrize 3 und Rezipent 2 stützen- sich in axialer Richtung auf dem
Gegenholm 4 ab, der über Laufholme 5 mit der Stempelseite 6 der Strangpresse verbunden
ist. Der Rezipient 2 ist auf den Laufholmen 5 gelagert, wobei zwischen Lagerpratzen
7 und Laufholm Stellglieder 8 vorgesehen sind. Die Matrize 3 ist üblicherweise selbstzentrierend
im Rezipienten 2 gelagert. Beim Preßvorgang wird das Materialvolumen des in den
Rezipienten 2 eingesetzten Bolzens 9 durch die Matrize gedrückt, wobei ein Halbzeug
10 mit einem der Matrizenform entsprechendem Querschnitt erzeugt wird. Zwischen
Bolzen 9 und Stempel 1 befindet sich noch eine Preßscheibe 11.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf den Stempel
1 ein Sender 12 aufgesetzt, dessen Strahl 20 parallel zur Hauptachse des Stempels
ausgerichtet ist.
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Am Rezipienten 2 sind in axialem Abstand zueinander zwei Enpfangseinheiten
13 und 14 befestigt und zur Hauptachse des Rezipienten 2 ausgerichtet. Als Befestigungsmittel
können federnd angedrückte Halterungen 15, 16 verwendet werden, wobei an diesen
und den Rezipientenstirnflächen miteinander korrespondierende, zentrier-ende Lagerstellen
17 und 18 ausgebildet sind. Die Empfangseinheit 14 weist ein Strahldurchgansloch
19 auf, so daß bei fluchtender Ausrichtung der stempelsseitigen Ebene des Rezipienten
2 oder bei nicht allzu großer Abweichung von der fluchtenden Ausrichtung ein Teilstrahl
bis zur Empfangseinheit 13 gelangen kann, wodurch die erforderliche Ausrichtung
in*Meßebenenermöglicht wird. *zwei
Da bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren ein Abweichen von der fluchtenden Ausrichtung sofort korrigiert wird,
ist gewährleistet, daß nicht der gesamte Strahl durch die Empfangseinheit 14 abgedeckt
wird. Sollte dies doch einmal der Fall sein - etwa bei einer Neuåustierung der Anlage
nach einer Reparatur - so kann zunächst die stempelseitige Ebene des Rezipienten
über die zugehörigen Stellglieder ausgerichtet werden und danach die Ausrichtung
der vom Sender weiter entfernten Ebene des Rezipienten erfolgen.
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Erwähnt sei noch, daß bei herkömmlichen Strangpreßanlagen die Stellglieder
8 üblicherweise aus Stellschrauben bestehen, wobei die Korrektur von Hand erfolgt.
Bei der Durchfi^brung des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen die Stellglieder selbstverständlich
aus Motoren oder dergleichen bestehen, die vom "Ablagesignal" angesteuert werden
können und die erforderliche Korrektur automatisch vornehmen.
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Patentansprüche