automatisches Spannprinzip für rottationssymmetrische Prüflinge + Auslegung

Hallo

Meine Frage bezieht sich auf ein von mir entwickeltes Konzept für das Antreiben eines rotationssymmetrischen Prüflings (Wellen, Achsen). Diese Prüflinge werden an den Stirnflächen über fest stehende Spitzen (Reitstock) in einer Vorrichtung gelagert. Über 3 Spannbacken soll der Prüfling an der Umfangsfläche angetrieben werden. Das Spannen an der Prüflingsumfangsfläche soll automatisch mit anlaufen des Antriebsmotors geschehen (Servomotor).Nach einer Anlaufzeit von einer Sekunde soll eine konstante Drehzahl von 15U/min erreicht werden.(Winkelbeschleunigung = 1,57rad/s²) Diese Drehzahl entspricht einer Umdrehung in 4 Sekunden. In dieser Zeit soll die Umfangsfläche des Prüflings taktil auf Formtolleranzen überprüft werden. Nach Beendigung der Messung wird der Prüfling der Vorrichtung entnommen und ein neuer Prüfling eingespannt. Der anzutreibende Prüfling hat eine Masse von 50kg und einen Durchmesser von 200mmàJ=0,25kg*m²àM=J*α=0,4Nm

Nun zum Antrieb: (Abbildung 1)
In einem der beiden Reitstöcke soll der Antrieb und die Spannmechanik integriert werden.
Die Spannmechanik wird folgendermaßen realisiert:
-[FONT=&quot] [/FONT]2 Kreisscheiben koaxial zueinander angeordnet
-[FONT=&quot] [/FONT]vordere Scheibe beinhaltet 3 radial verlaufende Nuten (120°versetzt) mit einer bestimmten Steigung zum Mittelpunkt….Die Steigung ist kleinergleich als die Steigung der Haftreibung zwischen Stahl (keine Selbsthemmung)
-[FONT=&quot] [/FONT]vordere Scheibe wird über Hohlwelle angetrieben
-[FONT=&quot] [/FONT]auf der Hohlwelle befindet sich das Lager für hintere Scheibe
-[FONT=&quot] [/FONT]hintere Scheibe beinhaltet 3 Linearführungen radial angeordnet(120°versetzt)
-[FONT=&quot] [/FONT]hintere Scheibe wird über Rotationsbremse abgebremst (In Abbildung nicht dargestellt)
-[FONT=&quot] [/FONT]Führungssteine auf Linearführung fixiert und fluchten mit den Nuten der vorderen Scheibe.
-[FONT=&quot] [/FONT]Auf den Führungssteinen befinden sich die Spannbacken

Funktionsprinzip:
-[FONT=&quot] [/FONT]vordere Scheibe wird angetrieben
-[FONT=&quot] [/FONT]hintere Scheibe rotiert nicht mit da die hintere Scheibe abgebremst wird
-[FONT=&quot] [/FONT]Spannbacken fahren zusammen bis sie an der Umfangsfläche des Prüflings anliegen
-[FONT=&quot] [/FONT]Beim auftreffen der Spannbacken mit Umfangsfläche wirkt eine bestimmte Reibkraft zwischen den Flächen
-[FONT=&quot] [/FONT]Hintere Scheibe muss sich mitbewegen
-[FONT=&quot] [/FONT]Da bei konstanter Drehzahl kein Moment mehr anliegt à keine Reibkraft zwischen Spannbacke und Umfangsfläche des Prüflings
-[FONT=&quot] [/FONT]Da aber die hintere Scheibe mit bestimmten Moment abgebremst wird, wirkt ein Drehmoment auf vordere Scheibe àReibkraft an Spannbacke bzw. zwischen Nut und Führungsstein
-[FONT=&quot] [/FONT]Für das entspannen der Spannmechanik dreht sich der Antrieb in umgekehrte Richtung

Für dieses Prinzip habe ich eine Bewegungsanalyse durchgeführt mit positivem Ergebnis. Da ich der Sache aber nicht 100%ig vertraue wollte ich Fragen was ihr davon haltet.
2. Frage: Ich möchte nun den Servomotor und das Moment der Rotationsbremse auslegen. Aber irgendwie langen meine Hirnkapazitäten nicht aus. Ich bin der Meinung das das zu erzeugende Drehmoment der Rotationsbremse größergleich des Reibmomentes sein muss das erforderlich ist um den Prüfling antrieben zu können (also ohne Schlupf).

Hier also aus meiner Sicht mal die wichtigsten Daten zusammengefasst:
vorne.JPG

Schnitt.JPG

Führung.JPG
- J=0,25kgm²
- M=0,4Nm àfür beschl.
- n=15U/minàkonst. Nach Beschleunigungsphase
- erforderliche Normalkraft zwischen Spannbacken und Prüflingsumfangsfläche = ca.20N
- Steigung der Nut ca. 15°
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derschwarzepeter

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AW: automatisches Spannprinzip für rottationssymmetrische Prüflinge + Auslegung

Nettes Projekt,
aber ich würde das umkonstruieren,
da Linearführungen immer teuer, störempfindlich und verschleissanfällig sind:
Lagere die 3 Klauen in Drehgelenken, damit realisierst du das wesentlich besser!
 
AW: automatisches Spannprinzip für rottationssymmetrische Prüflinge + Auslegung

Danke für den Beitrag,
Die Realisierung der linearen Hubbewegung der Spannbacke mit einem Drehgelenk kann ich aber noch nicht so richtig nachvollziehen. Kannst du mir das näher erläutern. Vielleicht kannst du auch noch etwas zu dem Funktionsprinzip mit der Rotationsbremse sagen da ich mir immer noch unsicher bin ob das funktioniert.
 
AW: automatisches Spannprinzip für rottationssymmetrische Prüflinge + Auslegung

Ich hab hier mal noch ein Simulationsvideo hoch geladen für ein besseres Verständnis des Funktionsprinzips (schemenhafte 3D-Konstruktion). Der Pfeil und das Diagramm zeigen die Normalkraft die an der Kontaktfläche zwischen Prüfling und Spannbacke wirken.

Autospanner_mit_dämpfung.rar
 

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derschwarzepeter

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AW: automatisches Spannprinzip für rottationssymmetrische Prüflinge + Auslegung

Hi Andym!
Das Funktionsprinzip mit der Rotationsbremse funktioniert garantiert.

Die Spannbacke mit Drehgelenk realisiert natürlich KEINE lineare Hubbewegung,
sondern eine Schwenkbewegung um einen Winkel,
drum habe ich sie auch Klemmexzenter benannt.
Der zylindrische Lagerbolzen stellt eine stabile und günstig herzustellende
Verbindung des Klemmexzenters mit der Antriebsscheibe dar.
Je näher der Kontaktpunkt der Verbindungslinie der Antriebsscheibenachse Lagerbolzenachse liegt,
umso größer ist die Klemmkraft.
So wie du würde ich 3 Stk. davon in 120° anordnen;
das Werkstück läuft auf Spitzen.

Das Bremsmoment wird durch die gleiche Konstruktion am anderen Ende des Werkstückes aufgebracht:
Das Funktionsprinzip mit der Rotationsbremse!
 

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AW: automatisches Spannprinzip für rottationssymmetrische Prüflinge + Auslegung

Okay,

Mit einem Drehgelenk zu arbeiten ist natürlich billiger und vor allem unkompliziert. Jetzt tun sich aber wieder neue Fragen auf. Wie realisiert man die Drehbewegung der Exenterscheiben die nun auf der Antriebsscheibe gelagert sind so das ich das Werkstück einspannen kann ohne die Exenterscheiben manuell wegdrücken zu müssen. Was ich vielleicht auch noch erwähnen sollte ist der dimensionale Anwendungsbereich der Spannmechanik. Diese soll für Werkstückdurchmesser von 10mm bis max 150mm zum Einsatz kommen. Jetzt wäre es natürlich schön wenn ich die Exenterscheiben nicht immer Austauschen müsste wenn ich zum Beispiel ein Werkstück mit einem Durchmesser von 90mm und anschließend ein Werkstück mit einem Durchmesser von sagen wir mal 20 mm Prüfen möchte. Die Exenterscheibe würde meiner Meinung nach nur in einem kleinen Durchmesserbereich Klemmkraft allein durch Selbsthemmung erzeugen (etwa in der der Winkellage wie du sie aufgezeichnet hast.). Zu der Idee mit der gleichen Konstruktion am anderen Ende des Werkstückes: Der Reitstock auf der anderen Seite ist schon fertig konstruiert und gefertigt. Da möchte ich nichts mehr ändern.
Trotzdem ist mir mit dem Stichwort "Drehgelenk" noch eine andere Spannvariante eingefallen die aber immer noch nach dem gleich Wirkprinzip funktioniert wie die erste Variante. 3 feste Bolzen sind radial um 120° versetzt auf der hinteren Scheibe angeordnet und fluchten wieder mit Nuten der vorderen Scheibe die jetzt aber Kreisförmig und ohne Steigung zur Mittelachse hin verlaufen. Auf der vorderen Scheibe sind keilförmige Spannbacken drehbar gelagert. hintere Scheibe wird wieder abgebremst. Beim zeichnen der Prinzipskizze ist mir aber aufgefallen das ich wieder nur einen kleinen Werkstückdurchmesserbereich abdecken kann. Also Skizze löschen.
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: automatisches Spannprinzip für rottationssymmetrische Prüflinge + Auslegung

Das ist richtig:
Die Exenterscheibe würde nur in einem kleinen Durchmesserbereich
eine Klemmkraft allein durch Selbsthemmung erzeugen.
Allerdings hast du den großen Durchmesserbereich auch erst jetzt eingeführt,
denn zuerst hiess es:
Der anzutreibende Prüfling hat eine Masse von 50kg und einen Durchmesser von 200mm

Spontan fallert mir da jetzt der Ölfilterschlüssel mit den 3 Klauen ein,
der allein durch´s Schraubmoment zupackt (Zahnradgetriebe),
aber so langsam beschleicht mich der dringende Verdacht,
dass wir dabei sind, den Gurkensalat neu zu erfinden:
Sowas gibt´s schon und zwar da!
 
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