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Die
Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf insbesondere für
Maschinen zum Herstellen von Gewindeanschlüssen an Rohrenden.
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Beispielsweise
Gas- und Ölfeldrohre weisen an ihren Enden konische Gewindeanschlüsse
auf. Um diese zu erzeugen, werden rotierende Werkzeugköpfe
eingesetzt, bei denen während der Rotation in dem Werkzeugkopf
angeordnete Werkzeugschieber radial zugestellt werden. Gleichzeitig
wird der Werkzeugkopf axial vorgeschoben. Ein derartiger Werkzeugkopf
ist aus
DE 101 33
856 A1 bekannt. Wie in
DE 101 33 856 A1 beschrieben, wirken bei
der Rotation des Werkzeugkopfes auf die Werkzeugschieber große
Fliehkräfte, welche von den Stellantrieben zum Zustellen
der Werkzeugschieber überwunden werden müssen.
Aus diesem Grunde ist in dem genannten Stand der Technik eine Anordnung von
Ausgleichsmassen und eine Kopplung von jeweils zwei Werkzeugschiebern
vorgesehen, um die auftretenden Fliehkräfte weitgehend
zu kompensieren.
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Ferner
treten an den Führungen der Werkzeugschieber Reibungskräfte
auf, welche ebenfalls von den Zustellantrieben überwunden
werden müssen.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Werkzeugkopf insbesondere für
Maschinen zum Herstellen von Gewindeanschlüssen an Rohrenden
dahingehend zu verbessern, dass ein verbesserter Fliehkraftausgleich
und insbesondere eine Verringerung der auftretenden Reibungskräfte
erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Werkzeugkopf mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden
Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Der
erfindungsgemäße Werkzeugkopf ist zur Rotation
um eine Rotationsachse vorgesehen und wird zu diesem Zweck an der
Spindel einer Werkzeugmaschine angebracht. In dem Werkzeugkopf ist zumindest
ein erster Werkzeugschieber angeordnet, welcher in einer Linearführung
geführt ist, die sich radial zu der Rotationsachse des
Werkzeugkopfes erstreckt. Auf diese Weise kann der Werkzeugschieber in
radialer Richtung verstellt und zur Bearbeitung zugestellt werden.
Linearführungen im Sinne dieser Erfindung können
Gleitführungen oder auch Wälzführungen
sein.
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Bevorzugt
sind in dem Werkzeugkopf mehrere Werkzeugschieber, beispielsweise
sechs Werkzeugschieber angeordnet, welche bevorzugt gleichmäßig über
dem Umfang verteilt sind. Dabei können diese Werkzeugschieber
so ausgebildet sein, dass sie zur Bearbeitung nicht alle gleichzeitig
im Eingriff sind, sondern verschiedene Werkzeuge tragen, welche
dann durch radiale Zustellung des zugehörigen Werkzeugschiebers
mit dem Werkstück in Eingriff gebracht werden können.
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Ferner
ist in dem Werkzeugkopf eine Ausgleichsmasse beweglich angeordnet,
um eine auf den Werkzeugschieber wirkende Zentrifugalkraft zu kompensieren.
Dazu ist die Ausgleichsmasse mit dem Werkzeugschieber über
Getriebemittel gekoppelt, welche die von der Ausgleichsmasse erzeugte Kraft
auf den Werkzeugschieber übertragen. Durch die Bewegung
der Ausgleichsmasse kann erreicht werden, dass die Ausgleichsmasse
in dem Werkzeugkopf verschieden positioniert werden kann, um die
von der Ausgleichsmasse erzeugte Ausgleichs kraft in Abhängigkeit
von der radialen Position des Werkzeugschiebers verändern
zu können, um bei verschiedenen radialen Positionen des
Werkzeugschiebers einen Fliehkraft-Ausgleich bzw. -Kompensation
zu erreichen. Die Bewegung der Ausgleichsmasse folgt vorzugsweise
ebenfalls über die Getriebemittel in Abhängigkeit
der radialen Verstellung des Werkzeugschiebers.
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Erfindungsgemäß greifen
die Getriebemittel an dem Werkzeugschieber an einem Kraftangriffspunkt
an, der in tangentialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse
des Werkzeugkopfes zwischen den Längsseiten des Werkzeugschiebers
gelegen ist. Das bedeutet, der Kraftangriffspunkt liegt in der tangentialen
Richtung gesehen, d. h. quer zur Bewegungsrichtung des Werkzeugschiebers
gesehen, im Mittelbereich des Werkzeugschiebers beabstandet von
seinen Außen- bzw. Längsseiten. Das heißt,
die Kraft greift nicht mehr, wie aus dem Stand der Technik bekannt
an den Außenseiten des Schiebers an. Dadurch wird der tangentiale
Versatz zwischen den Wirkungslinien der Fliehkraft, welche an dem Schwerpunkt
des Werkzeugschiebers angreift, und der von den Getriebemitteln
auf den Werkzeugschieber übertragenen Ausgleichskraft reduziert.
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Die
Getriebemittel greifen an dem Werkzeugschieber bevorzugt an einem
Kraftangriffspunkt an, welcher mit dem Schwerpunkt des Werkzeugschiebers
auf einer gemeinsamen Geraden, welche parallel zu der Linearführung
verläuft, liegt. Die Getriebemittel sind so ausgebildet,
dass die Wirkungslinie einer von den Getriebemitteln auf den Werkzeugschieber übertragenen
Kraft bzw. Ausgleichskraft im Wesentlichen parallel zu dieser Geraden
und damit durch den Schwerpunkt des Werkzeugschiebers verläuft.
Damit erstreckt sich die Wirkungslinie dieser übertragenen
Ausgleichskraft im Wesentlichen parallel zu der Bewegungsrichtung
des Werkzeugschiebers entlang der Linearführung. Diese
Anordnung hat den Vorteil, dass bezüglich der Rotationsachse des Werkzeugkopfes
im Wesentlichen kein tangentialer Versatz zwischen den Wirkungslinien
der Fliehkraft, welche an dem Schwerpunkt des Werkzeugschiebers
angreift, und der von den Getriebemitteln auf den Werkzeugschieber übertragenen
Ausgleichskraft, vorhanden ist.
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Wenn
der Schwerpunkt des Werkzeugsschiebers sowie der Kraftangriffspunkt
in tangentialer Richtung bezüglich der Rotationsachse zueinander versetzt
sind, wird aufgrund der wirkenden Kräfte ein Kippmoment
auf den Werkzeugschieber erzeugt, welches zu Normalkräften
an den Führungsflächen der Linearführungen
führt und dort die Reibung erhöht. Dadurch, dass
dieser tangentiale Versatz des Kraftangriffspunktes und des Schwerpunktes
des Werkzeugschiebers erfindungsgemäß gering gehalten
wird, vorzugsweise vollständig eliminiert wird, kann die
Reibung an den Führungsflächen aufgrund auftretender
Normalkräfte auf die Führungsflächen niedrig
gehalten oder idealerweise vollständig beseitigt werden.
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Bevorzugt
liegen der Kraftangriffspunkt, an welchem die von den Getriebemitteln
auf den Werkzeugschieber übertragene Kraft angreift, und
der Schwerpunkt auf gleichem Radius zwischen den Führungsflächen
der Linearführung. Das heißt die Wirkungslinie
der von den Getriebemitteln auf den Werkzeugschieber übertragenen
Ausgleichskraft erstreckt sich im Wesentlichen in derselben radialen Richtung
wie die auf den Schwerpunkt wirkende Fliehkraft.
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Wenn
hier definiert ist, dass die Wirkungslinie der Ausgleichskraft sich
im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken soll, so bedeutet
dies, dass hier geringfügige Winkelabweichungen toleriert
werden. Derartige Winkelabweichungen können daher resultieren,
dass bevorzugt, wie unten beschrieben, zur Kraftübertragung
schwenkbare Hebelsysteme eingesetzt werden. Vorzugsweise liegt eine
derartige Winkelabweichung bei weniger als einem Grad. Da eine derart
geringe Winkelabweichung im Wesentlichen keinen Einfluss auf die
Reibung hat, wird dies als eine sich im Wesentlichen radial erstreckende Wirkungslinie
angesehen.
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Ferner
ist zu verstehen, dass der Werkzeugkopf erfindungsgemäß mehrere
Werkzeugschieber, beispielsweise sechs, vorzugsweise gleichmäßig über
den Umfang verteilte, Werkzeugschieber aufweisen kann, welche in
der definierten Weise mit Ausgleichsmassen gekoppelt sein können.
Dabei kann für jeden Werkzeugschieber eine Ausgleichsmasse
vorgesehen, es ist jedoch auch möglich, eine Ausgleichsmasse
gleichzeitig mit mehreren Werkzeugschiebern zu koppeln.
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Vorzugsweise
ist zumindest ein zweiter Werkzeugschieber vorgesehen, welcher an
einer Linearführung bezüglich der Rotationsachse
radial verstellbar geführt ist und mit dem ersten Werkzeugschieber über
ein Übertragungselement in seiner Bewegung derart gekoppelt
ist, dass eine radiale Verstellung des ersten Werkzeugschiebers
eine entgegengesetzte radiale Verstellung des zweiten Werkzeugschiebers
bewirkt. Bei dieser Ausführungsform sind somit immer Paare
von Werkzeugschiebern vorgesehen. So können im Werkzeugkopf
beispielsweise drei derartige Paare von Werkzeugschiebern vorgesehen
sein. Es ist jeweils vorzugsweise eine Ausgleichsmasse mit dem ersten
und dem zweiten Werkzeugschieber gekoppelt. Durch die Kopplung von ersten
und zweiten Werkzeugschieber kann bereits eine teilweise Kompensation
der auftretenden Fliehkräfte erreicht werden, in dem sich
die auf den ersten und den zweiten Werkzeugschieber wirkenden Fliehkräfte
zumindest teilweise aufheben. Die Fliehkräfte heben sich
auf, wenn beide Werkzeugschieber auf derselben radialen Position
bezüglich der Rotationsachse liegen. Wird jedoch einer
der Werkzeugschieber radial nach innen bewegt oder zugestellt, wird aufgrund
der Kopplung der zugehörige zweite Werkzeugschieber radial
nach außen bewegt, sodass die auf die beiden Werkzeugschieber
wirkenden Fliehkräfte nicht mehr gleich groß sind.
Die Ausgleichsmasse gleicht dann diese Differenz der Fliehkräfte aus.
Das heißt die Ausgleichsmasse muss nicht die gesamte auf
den Schieber wirkende Fliehkraft kompensieren, sondern nur die Differenz
zwischen den Fliehkräften, welche auf die zwei miteinander
gekoppelten Werkzeugschieber wirken.
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Vorzugsweise
ist das Übertragungselement, welches den ersten und den
zweiten Werkzeugschieber miteinander koppelt, Teil der Getriebemittel
zur Kopplung der Ausgleichsmasse mit dem Werkzeugschieber oder die
Getriebemittel sind mit dem Übertragungselement gekoppelt
und greifen an den Werkzeugschiebern über das Übertragungselement
an. Auf diese Weise wird es möglich, dass die Ausgleichsmasse
gleichzeitig mit beiden gekoppelten Werkzeugschiebern zusammenwirkt.
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Weiter
bevorzugt ist in dem Werkzeugkopf zumindest ein Zustellantrieb zum
radialen Bewegen des zumindest einen Werkzeugschiebers vorgesehen,
welcher auf das Übertragungselement wirkt. So erfolgt auch
der Antrieb der Werkzeugschieber, d. h. deren radiale Verstellung über
das Übertragungselement. Wenn sowohl die Kopplung der zwei
paarweise zusammengehörigen Werkzeugschieber als auch der
Kraftangriff der Ausgleichsmasse und der radiale Verstellantrieb über
das Übertragungselement erfolgt, wird erreicht, dass alle
die von diesen Komponenten auf den Werkzeugschieber übertragenen Kräfte
in einem gemeinsamen Kraftangriffspunkt an dem Werkzeugschieber
angreifen. Dieser Kraftangriffspunkt ist der Kraftangriffspunkt,
an welchem das Übertragungselement an dem Werkzeugschieber
angreift. Dadurch, dass alle Kräfte an einem gemeinsamen
Kraftangriffspunkt angreifen, wird vermieden, dass diese Kräfte
Momente auf den Werkzeugschieber ausüben, welcher zu Normalkräften
an den Führungsflächen der Linearführung
führen würden. Der gemeinsame Kraftangriffspunkt
liegt, wie oben beschrieben mit dem Schwerpunkt des Werkzeugschiebers
auf einer gemeinsamen Geraden, parallel zu der Linearführung.
So kann erreicht werden, dass die Wirkungslinien aller auf den Werkzeugschieber
wirkenden Kräfte durch den Schwerpunkt des Werkzeugschiebers
verlaufen und insbesondere entlang der Wirkungslinie der am Schwerpunkt
des Werkzeugschiebers angreifenden Fliehkraft verlaufen.
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Weiter
bevorzugt ist zumindest ein elektrischer Motor als Zustellantrieb
zum radialen Bewegen des Werkzeugschiebers in dem Werkzeugkopf angeordnet.
In dem Fall, dass mehrere Werkzeugschieber vorgesehen sind, kann
jedem Werkzeugschieber ein Antriebsmotor zugeordnet sein. Bevorzugt
ist es jedoch, dass jeweils zwei Werkzeugsschieber, wie oben beschrieben,
miteinander gekoppelt sind. In diesem Fall wird dann bevorzugt ein
Motor zum Antrieb zweier miteinander gekoppelter Werkzeugschieber
vorgesehen. Je nach Drehrichtung des Motors wird einer der beiden
Werkzeugschieber radial nach innen zugestellt, während
gleichzeitig der andere Werkzeugschieber nach außen bewegt
wird. Bei Drehrichtungsumkehr wird der andere Werkzeugschieber radial
nach innen und der erste Werkzeugschieber radial nach außen
bewegt. Die Verwendung elektrischer Motoren als Zustellantrieb zum
Bewegen des Werkzeugschiebers bzw. der Werkzeugschieber in dem Werkzeugkopf
hat den Vorteilt, dass der gesamte Zustellantrieb in den Werkzeugkopf
integriert werden kann. Es ist nicht mehr erforderlich, die Zustellbewegung
bzw. Zustellkräfte mechanisch von der Werkzeugmaschine
in den Werkzeugkopf zu übertragen. Dadurch wird eine erhebliche
Vereinfachung der Werkzeugmaschine möglich.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform kann der elektrische Antrieb
in die Linearführung des Werkzeugschiebers integriert sein.
Hierzu sind entsprechende Linearführungen, welche üblicherweise als
Wälzführungen ausgebildet sind, bekannt, in welche
ein elektrischer Antrieb integriert ist. Die Integration des Zustellantriebes
in die Linearführung des Werkzeugschiebers wird durch die
erfindungsgemäße Reduktion der auftretenden Reibungskräfte
begünstigt. So sind nur geringere Zustell kräfte
erforderlich, welche von einem solchen in die Linearführung integrierten
Antrieb aufgebracht werden können. Bei Kopplung zweier
Werkzeugschieber ist vorzugsweise nur in der Linearführung
eines der beiden gekoppelten Werkzeugschieber ein entsprechender
Zustellantrieb integriert. Der andere Werkzeugschieber wird über
die Kopplung bewegt.
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Die
elektrische Energie zum Betrieb elektrischer Motoren im Inneren
des Werkzeugkopfes wird vorzugsweise induktiv in den Werkzeugkopf übertragen.
Dabei werden die Mittel zur induktiven Energie- und ggf. Signalübertragung
vorzugsweise direkt an der Schnittstelle zwischen Werkzeugkopf und
Werkzeugmaschine, d. h. im Bereich des vorderen Endes der Maschinenspindel,
welches dem Werkzeugkopf zugewandt ist, angeordnet.
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Weiter
bevorzugt ist in dem Werkzeugkopf an dem Werkzeugschieber ein Wegmesssystem
zum Erfassen seiner radialen Position angeordnet. Im Falle, dass
mehrere Werkzeugschieber vorgesehen sind, ist vorzugsweise an jedem
Werkzeugschieber ein Wegmesssystem angeordnet. In dem Fall, dass zwei
Werkzeugschieber miteinander gekoppelt sind, könnte auch
nur ein Wegmesssystem für beide Werkzeugschieber vorgesehen
werden, es ist jedoch bevorzugt, auch in diesem Fall an jedem Werkzeugschieber
ein Wegmesssystem anzuordnen. Die Wegmesssysteme werden zur Regelung
der Position der Werkzeugschieber dann in der Weise benutzt, dass jeweils
nur das Wegmesssystem desjenigen Werkzeugschiebers zur Positionsregelung
verwendet wird, der gerade radial nach innen zugestellt wird. Das
Wegmesssystem des zweiten Werkzeugschiebers, welcher gekoppelt radial
nach außen bewegt wird, wird dann abgeschaltet, da der
radial nach außen bewegte Werkzeugschieber nicht mit dem
Werkstück zur Bearbeitung in Eingriff ist. Auf diese Weise kann
immer die Position desjenigen Werkzeugschiebers, welcher zur Bearbeitung
mit dem Werkstück im Eingriff ist unter Verwendung eines
an diesem Werkzeugschieber angeordneten Wegmesssystems genau geregelt
werden.
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Bevorzugt
ist dazu in dem Werkzeugkopf eine Regelungselektronik zur Regelung
der radialen Position des zumindest einen Werkzeugschiebers oder
mehrerer Werkzeugschieber vorhanden. Diese Regelungselektronik kann
im Zusammenspiel mit einem an dem Werkzeugschieber angeordneten
Wegmesssystem und einem elektrischen Motor als Zustellantrieb für
den Werkzeugschieber die Position des Werkzeugschiebers bzw. der
Werkzeugschieber in dem Werkzeugkopf regeln. Die Anordnung der gesamten
Regelungselektronik im Inneren des Werkzeugkopfes hat den Vorteil,
dass keine Regelsignale von dem Werkzeugkopf auf eine externe Maschinensteuerung übertragen
werden müssen. Vielmehr ist es ausreichend, von der Maschinensteuerung
die Sollsignale für die Sollposition der Werkzeugschieber auf
den Werkzeugkopf zu übertragen. Die Regelung dieser Position
erfolgt dann autark im Inneren des Werkzeugkopfes.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Getriebemittel
ein Pleuel auf, welches an seinem ersten Längsende drehbar an
dem Werkzeugschieber angeordnet ist und mit seinem zweiten Längsende
drehbar mit einer Kurbel verbunden ist, wobei die Kurbel um einen
Drehpunkt drehbar ist, welcher von dem Anlenkpunkt, an welchen die
Kurbel mit dem Pleuel verbunden ist, beabstandet ist. Bei dieser
Anordnung erfolgt die Kraftübertragung von der Kurbel auf
das Pleuel, wobei Kräfte nur in Längsrichtung
des Pleuels auf den Werkzeugschieber übertragen werden
können. Auf diese Weise wird eine querkraftfreie Kraftübertragung
auf den Werkzeugschieber möglich, wobei sich das Pleuel
vorzugsweise in radialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse
des Werkzeugkopfes erstreckt. Abhängig von der Länge
der Kurbel und des Pleuels kommt es bei radialer Bewegung der Werkzeugschieber
zu einer Auslenkung des Pleuels in tangentialer Rich tung bezogen
auf die Rotationsachse des Werkzeugkopfes. Wenn das Pleuel, wie
bevorzugt ausreichend lang ausgebildet ist und auch die Kurbel vorzugsweise
entsprechend lang ausgebildet ist, ist diese Abweichung jedoch vernachlässigbar
und wird bevorzugt als im Wesentlichen nicht vorhanden angesehen.
Wie oben beschrieben, wird über das Pleuel vorzugsweise
sowohl die von der Ausgleichsmasse erzeugte Ausgleichskraft als
auch eine von einem gekoppelten Werkzeugschieber übertragene
Fliehkraft auf den Werkzeugschieber übertragen. Darüber
hinaus ist es möglich, über das Pleuel die Bewegung
zur radialen Verstellung des Werkzeugschiebers auf den Werkzeugschieber übertragen,
sodass bevorzugt sämtliche Kräfte, welche von
außen auf den Werkzeugschieber wirken, am Drehpunkt des
Pleuels an dem Werkzeugschieber angreifen. Dieser Drehpunkt liegt
erfindungsgemäß auf einer Linie mit dem Schwerpunkt
des Werkzeugschiebers parallel zur radialen Bewegungsrichtung des
Werkzeugschiebers, besonders bevorzugt in radialer Richtung.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass das Pleuel mit seinem bezüglich
der Rotationsachse radial innen liegenden Längsende mit
dem Werkzeugschieber und mit seinem radial weiter außen
liegenden Längsende mit der Kurbel verbunden ist. Dabei
erstreckt sich das Pleuel vorzugsweise im Wesentlichen in radialer
Richtung. Dies bedeutet, dass sich das Pleuel in seiner Mittellage
genau in radialer Richtung erstreckt. In der radialen äußeren
Position des Werkzeugschiebers und in der radial inneren Position des
Werkzeugschiebers sowie in der Mittel-Position dazwischen wird das
Pleuel dann geringfügig von dieser radialen Achse ausgelenkt,
wobei diese Auslenkung bevorzugt vernachlässigbar ist.
Die Anordnung des Pleuels in der Weise, dass der Anlenkungspunkt
des Pleuels an dem Werkzeugschieber radial innen liegend und die
Anbindung an die Kurbel radial außen liegend ist, wird
deshalb gewählt, da im radial äußeren
Bereich des Werkzeugkopfes mehr Platz zur Anordnung der Kurbel vorhanden
ist. Dies ermöglicht, die Kurbel zwischen ihrem Drehpunkt
und dem Anlenkungspunkt zur Verbindung mit dem Pleuel möglichst
lang auszubilden, wodurch die Auslenkung des Pleuels, d. h. die
Abweichung von der radialen Achse möglichst klein gehalten
werden kann. Hierzu ist es bevorzugt, das Pleuel und/oder die Kurbel
möglichst lang auszubilden.
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Es
ist jedoch auch möglich, das Pleuel genau umgekehrt anzuordnen.
Dann ist das Pleuel mit seinem bezüglich der Rotationsachse
radial außen liegenden Längsende mit dem Werkzeugschieber
und mit seinem radial weiter innen liegenden Längsende mit
der Kurbel verbunden. Bei dieser Anordnung müssen ggf.
kürzere Kurbelarme und damit eine größere
Auslenkung des Pleuels toleriert werden.
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Die
Kurbel dient vorzugsweise auch als Übertragungselement
zur Kopplung zweier Werkzeugschieber, wobei der Drehpunkt der Kurbel
in der Mitte liegt und die Kurbel an zwei einander entgegengesetzten
Enden spiegelsymmetrisch zu dem Drehpunkt über jeweils
ein Pleuel mit einem Werkzeugschieber verbunden ist. Auf diese Weise
stellt die Kurbel die gekoppelte Bewegung der beiden Werkzeugschieber
sicher und überträgt eine von der Ausgleichsmasse
erzeugte Ausgleichskraft bzw. ein von der Ausgleichsmasse erzeugtes
Drehmoment auf beide Werkzeugschieber. Dabei wirkt diese Ausgleichskraft
je nach Auslenkung der Werkzeugschieber in radialer Richtung in
zwei unterschiedlichen Richtungen. Die Kurbel erzeugt immer eine
Ausgleichskraft in radial nach innen gerichteter Richtung auf denjenigen
Werkzeugschieber, welcher radial weiter außen liegend ist.
Bevorzugt ist die gesamte Anordnung der zwei gekoppelten Werkzeugschieber bezüglich
einer radialen Ebene durch die Drehachse der Kurbel spiegelsymmetrisch
ausgebildet. Dies ermöglicht einen optimalen Ausgleich
der auftretenden Fliehkräfte bzw. der auftretenden Fliehkraftdifferenz.
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Die
Ausgleichsmasse ist bevorzugt um eine Drehachse drehbar angeordnet,
wobei der Abstand des Schwerpunktes der Ausgleichsmasse von dieser Drehachse
in einer Richtung tangential zur Rotationsachse des Werkzeugkopfes
in Abhängigkeit der radialen Position des Werkzeugschiebers
veränderbar ist. Durch Verlagerung des Schwerpunktes der Ausgleichsmasse
von der Drehachse der Ausgleichsmasse in der genannten tangentialen
Richtung wird das von der an dem Schwerpunkt der Ausgleichsmasse
angreifenden Fliehkraft erzeugte Drehmoment um die Drehachse der
Ausgleichsmasse verändert. Wenn der tangentiale Abstand
0 ist, wird überhaupt kein Drehmoment erzeugt. Diese Position ist
bei der Verwendung zweier gekoppelter Werkzeugschieber dann gewählt,
wenn beide Werkzeugschieber denselben radialen Abstand bezüglich
der Rotationsachse haben, sodass sich die Fliehkräfte der
beiden Werkzeugschieber gegeneinander aufheben. Mit Verlagerung
eines Werkzeugschiebers radial nach außen nimmt dessen
Fliehkraft zu. Entsprechend wird in Abhängigkeit dieser
Bewegung des Werkzeugschiebers dann der tangentiale Abstand des
Schwerpunktes der Ausgleichsmasse von deren Drehachse vergrößert,
sodass das Drehmoment um die Drehachse entsprechend zunimmt. Dieses
Drehmoment wird dann von den Getriebemitteln, beispielsweise der
Kurbel und dem Pleuel als Ausgleichskraft auf den Werkzeugschieber übertragen, wobei
die Ausgleichskraft der Fliehkraft des Werkzeugschiebers entgegen
wirkt.
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Die
Veränderung des Abstandes des Schwerpunktes der Ausgleichsmasse
von deren Drehachse in tangentialer Richtung bezogen auf die Rotation
des Werkzeugkopfes kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die
Ausgleichsmasse in Form eines Pendels ausgebildet ist, welches um
die Drehachse der Ausgleichsmasse so verschwenkt wird, dass sich
der tangentiale Abstand bezüglich der Rotationsachse des
Werkzeugkopfes vergrößert. Die Drehachse der Ausgleichsmasse
erstreckt sich dabei bevorzugt parallel zur Rotationsachse des Werkzeugkopfes.
In derjenigen Position, in der der Schwerpunkt der Ausgleichsmasse
und die Drehachse der Ausgleichsmasse auf einer Radiuslinie bezogen
auf die Rotationsachse des Werkzeugkopfes liegen, wird kein Drehmoment
bzw. keine Ausgleichskraft von der Ausgleichsmasse erzeugt.
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Weiter
bevorzugt ist die Ausgleichsmasse mit der oben beschriebenen Kurbel
zur Drehmomentübertragung gekoppelt, wobei die Drehachse
der Ausgleichsmasse vorzugsweise der Drehachse der Kurbel entspricht.
So wird das von der Ausgleichsmasse um deren Drehachse erzeugte
Drehmoment direkt auf die Kurbel übertragen. Die Ausgleichsmasse
kann dazu fest mit der Kurbel verbunden sein oder über
weitere Getriebemittel, beispielsweise ein Zahnrad mit der Kurbel
gekoppelt sein.
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Darüber
hinaus ist vorzugsweise die Ausgleichsmasse derart mit der Kurbel
gekoppelt, dass eine Drehung der Kurbel eine Veränderung
des Abstandes des Schwerpunktes der Ausgleichsmasse von der Drehachse
bewirkt. Das heißt die Kurbel verstellt durch ihre Schwenkbewegung,
die sie durch die radiale Verstellung der Werkzeugschieber erfährt, auch
die Ausgleichsmasse in ihrer Position, sodass das von der Ausgleichsmasse
bezüglich deren Drehachse erzeugte Moment verändert
wird. Die Verlagerung der Ausgleichsmasse in tangentialer Richtung bezüglich
der Rotationsachse des Werkzeugkopfes kann beispielsweise in der
Weise erfolgen, dass die Ausgleichsmasse als Pendel ausgebildet
ist, welches um einen Drehpunkt, z. B. dem Drehpunkt der Kurbel verschwenkt
wird. Hierzu kann beispielsweise das Pendel über ein Zahnrad
mit der Kurbel verbunden sein, sodass es bei Drehung der Kurbel
entsprechend ausgelenkt wird.
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Statt
einer mechanischen Kopplung der Bewegung von Kurbel bzw. Werkzeugschiebern
auf der einen und Ausgleichsmasse auf der anderen Seite ist auch
eine elektrische bzw. elektronische Kopplung denkbar, bei welcher
in Abhängigkeit von einem Positionssignal des Werk zeugschiebers
die Ausgleichsmasse elektrisch verstellt wird um die Fliehkraft
zu kompensieren. Anstatt die radiale Bewegung des Werkzeugschiebers
zu erfassen und die Ausgleichsmasse in Abhängigkeit dieser
Bewegung zu verstellen, wäre es auch denkbar, direkt die
auf dem Werkzeugschieber bzw. dessen Verstellantrieb wirkende Kraft
zu erfassen und die Ausgleichsmasse in Abhängigkeit der
erfassten Kraft so zu verstellen, dass die wirkenden Fliehkräfte
kompensiert werden.
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Besonders
bevorzugt ist die Ausgleichsmasse auf einer Linearführung
beweglich geführt und die Linearführung ist um
die Drehachse der Ausgleichsmasse drehbar, sodass die Ausgleichsmasse
ein Drehmoment um diese Drehachse erzeugen kann. Die Linearführung
kann beispielsweise an der oben beschrieben Kurbel drehfest angebracht
sein, sodass die Drehachse der Kurbel gleichzeitig die Drehachse
ist, um welche die Linearführung mit der Ausgleichsmasse
verschwenkt. So erzeugt die Ausgleichsmasse dann aufgrund der auf
sie wirkenden Fliehkraft je nach Position entlang der Linearführung ein
Drehmoment um die Drehachse der Kurbel, welches dann von der Kurbel über
das Pleuel als Ausgleichskraft auf den Werkzeugschieber übertragen werden
kann. Die Linearführung ist vorzugsweise so angeordnet,
dass sie sich in einer Ausgangs- bzw. Ruhelage tangential bezüglich
der Rotationsachse des Werkzeugkopfes erstreckt. Im Falle einer
Ausgestaltung, bei welcher zwei Werkzeugschieber beispielsweise über
die beschriebene Kurbel miteinander gekoppelt sind, ist diese Ruhelage
diejenige Lage, in welcher sich die Linearführung befindet,
wenn beide Werkzeugschieber denselben radialen Abstand von der Rotationsachse
des Werkzeugkopfes haben. In dieser Stellung hat die Ausgleichsmasse an
der Linearführung vorzugsweise eine Position, an welcher
der Schwerpunkt der Ausgleichsmasse auf einer Radiuslinie mit der
Drehachse, um welche die Linearführung verschwenkbar ist,
bezogen auf die Rotationsachse des Werkzeugkopfes liegt. Das heißt in
dieser Position erzeugt die Ausgleichsmasse kein Drehmoment um die
Drehachse. Je nach Stellung der Werkzeugschieber kann die Ausgleichsmasse dann
ausgehend von dieser Position zur einen oder zur anderen Seite bewegt
werden, um ein Drehmoment um die Drehachse zu erzeugen, wobei das Drehmoment
je nach Bewegungsrichtung unterschiedlich gerichtet ist.
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Die
Bewegung entlang der Linearführung kann entweder durch
ein Antriebssystem erfolgen, welches mit den Werkzeugschiebern gekoppelt
ist und deren Bewegung in radialer Richtung auf die Ausgleichsmasse überträgt.
Alternativ ist es denkbar, die Ausgleichsmasse entlang der Linearführung durch
ein elektrisches Antriebssystem zu bewegen, welches auf elektronische
Weise mit der Bewegung der Werkzeugschieber gekoppelt ist.
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Besonders
bevorzugt ist die Ausgleichsmasse jedoch entlang der Linearführung
von einem Zugmitteltrieb bewegbar, welcher durch die radiale Verstellung
eines zugehörigen Werkzeugschiebers und vorzugsweise durch
Drehung einer mit dem Werkzeugschieber verbundenen Kurbel antreibbar
ist. Auf diese Weise wird eine mechanische Kopplung zwischen der
Positionierung des Werkzeugschiebers und der Ausgleichsmasse erreicht.
Besonders bevorzugt wird die Drehung der oben beschriebenen Kurbel
um Ihre Drehachse genutzt, um die Ausgleichsmasse über
einen Zugmitteltrieb, beispielsweise einen Zahnriemen entlang der
Linearführung zu bewegen. Um die Bewegung der Ausgleichsmasse
entlang der Linearführung in das richtige Verhältnis
zur Bewegung der Kurbel bzw. des oder der Werkzeugschieber zu setzen,
kann darüber hinaus noch ein Getriebe zwischen der Kurbel
und dem Antrieb für die Ausgleichsmasse bzw. den Zugmitteltrieb
angeordnet sein, welches die Drehung der Kurbel entsprechend über-
oder untersetzt. Hierzu kann beispielsweise ein Planetengetriebe
vorgesehen sein, welches mit seinem Sonnen- und Hohlrad konzentrisch zur
Drehachse der Kurbel angeordnet ist und über das Hohlrad
den Zugmitteltrieb antreibt.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten
Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
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1 eine
schematische Draufsicht auf die Anordnung zweier Werkzeugschieber
in einem Werkzeugkopf gemäß der Erfindung,
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2 eine
Ansicht gemäß 1, in welcher sich
die Werkzeugschieber in verschobenen radialen Positionen befinden,
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3 eine
Detailansicht eines Werkzeugschiebers gemäß 1 und 2,
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4 eine
schematische Seitenansicht des Werkzeugschiebers gemäß 3,
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5 eine
schematische Ansicht einer Anordnung zweier Werkzeugschieber in
einem Werkzeugkopf gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
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6 die
Anordnung zweier Werkzeugschieber gemäß 5 mit
geänderter radialer Positionierung der Werkzeugschieber,
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7 eine
schematische Draufsicht auf die Anordnung zweiter Werkzeugschieber
in einem Werkzeugkopf gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung, und
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8 die
Anordnung gemäß 7 mit geänderter
radialer Positionierung der Werkzeugschieber.
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Anhand
der 1 bis 4 wird eine erste Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform sind
ein erster Werkzeugschieber 2 und ein zweiter Werkzeugschieber 4 miteinander
gekoppelt. In den Figuren ist jeweils nur ein Paar dieser Werkzeugschieber 2 und 4 im
Detail gezeigt. Es ist zu verstehen, dass der Werkzeugkopf 1 insgesamt
drei Paare von Werkzeugschiebern 2 und 4 enthält,
welche gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet
sind. Da die anderen beiden Paare identisch zu dem gezeigten Paar
ausgebildet sind, wird auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet.
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Die
Werkzeugschieber 2 und 4 sind jeweils in einer
Linearführung 6 mit zwei beabstandet und gegenüberliegend
zueinander angeordneten Führungsflächen 7 und 8 linear
beweglich geführt. Dabei definieren die Linearführungen 6 eine
Bewegungsrichtung in radialer Richtung bezüglich der Drehachse
Z des Werkzeugkopfes 1. Die Werkzeugschieber 2, 4 tragen
jeweils an ihrem radial innen liegenden Ende ein Werkzeug 10 (siehe 4).
Am entgegengesetzten Ende des Werkzeugschiebers 2 ist ein
Gegengewicht 12 angeordnet, wobei das Werkzeug 10 und das
Gegengewicht 12 an entgegengesetzten Längsseiten
angeordnet sind, um ein auf den Werkzeugschieber 2 wirkendes
Kippmoment zu reduzieren bzw. zu eliminieren. Die Linearführungen 6 können als
Gleit- oder Wälzführungen ausgebildet sein.
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Die
beiden Werkzeugschieber 2, 4 sind über eine
Kurbel 14 miteinander verbunden bzw. gekoppelt. Die Kurbel 14 ist
um eine Drehachse 16 drehbar, welche sich parallel zur
Rotationsachse Z erstreckt und radial von dieser beabstandet ist.
Die Kurbel 14 und die Anordnungen der Werkzeugschieber 2 und 4 sind
spiegelsymmetrisch zu einer Radiusebene R durch die Rotationsachse
Z und die Drehachse 16 ausgebildet, weshalb in 3 nur
die Anordnung des Werkzeugschiebers 2 näher gezeigt
ist. Die Anordnung des Werkzeugschiebers 4 und dessen Anbindung
an die Kurbel 14 ist spiegelsymmetrisch ausgebildet und
in 3 nicht dargestellt.
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Die
Kurbel 14 ist an ihren beiden beabstandeten Längsenden
an weiteren Drehachsen 18 drehbar mit jeweils einem Pleuel 20 verbunden.
Dabei liegt die Drehachse 16 mittig zwischen den Drehachsen 18 in
der Kurbel 14. Jedem der Werkzeugschieber 2, 4 ist
ein Pleuel 20 zugeordnet, welches an einem Drehpunkt 22 jeweils
mit dem Werkzeugschieber 2 bzw. 4 verbunden ist.
Das Pleuel 20 ist jeweils so ausgebildet, dass die Drehachse 18 und
der Drehpunkt 22 an von einander beabstandeten Längsenden
des Pleuels 20 angeordnet sind und das Pleuel 20 sich
im Wesentlichen in radialer Richtung r bezüglich der Rotationsachse
Z erstreckt. Dabei ist der Drehpunkt 22, an welchem das
Pleuel 20 mit dem Werkzeugschieber 2 bzw. 4 verbunden
ist, radial innen liegend und die Drehachse 18, an welcher
das Pleuel 20, mit der Kurbel 14 verbunden ist,
radial außen liegend angeordnet.
-
1 zeigt
die Werkzeugschieber 2 und 4 in einer Mittelstellung,
in welcher sie sich jeweils in demselben radialen Abstand von der
Rotationsachse Z befinden. Das heißt, hier ist die Kurbel 14 tatsächlich
spiegelbildlich zur Radiusebene R ausgebildet. In dieser Position
sind die Pleuel 20 so angeordnet, dass sie geringfügig
gegenüber dem Radius r ausgelenkt sind. Dabei sind die
Pleuel ausgehend von der Radiuslinie r, welche sich mittig zwischen
die Führungsflächen 7 und 8 erstreckt,
zu der der Kurbel 14 abgewandten Seite der Radiuslinie
r ausgelenkt. Wenn die Werkzeugschieber 2 und 4 sich
jeweils in ihrer radial inneren bzw. radial äußeren
Position befinden, welche in 2 dargestellt
sind, sind die Pleuel 20 zur entgegengesetzten Seite der
Radiuslinie r ausgelenkt. In 2 findet
sich der Werkzeugschieber 4 in der radial innersten Stellung
und der Werkzeugschieber 2 in der radial äußersten
Stellung. Aufgrund der großen Länge der Pleuel 20 und
der Kurbelarme 14 zwischen der Drehachse 16 und
der Drehachse 18 ist die Auslenkung der Pleuel 20 gegenüber
der Radiuslinie r sehr klein, sodass diese im Wesentlichen vernachlässigt
werden kann.
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An
der Kurbel 14 ist fest verbunden eine Linearführung 23 mit
einer an dieser linear beweglich geführten Ausgleichsmasse 24 angeordnet.
Die Linearführung 23 ist derart fest mit der Kurbel 14 verbunden,
dass sie mit dieser um die Drehachse 16 verschwenkt. In
der 1 gezeigten Mittelstellung erstreckt sich die
Linearführung tangential bezüglich der Drehachse 16 und
der Rotationsachse Z. Die Ausgleichsmasse 24 befindet sich
in einer Mittelstellung, sodass ihr Schwerpunkt auf der Radiuslinie bzw.
Radiusebene R durch die Drehachse Z und die Drehachse 16 liegt.
Dies bedeutet, die auf die Ausgleichsmasse 24 wirkenden
Fliehkraft bewirkt in dieser Stellung kein Drehmoment auf die Kurbel 14 um die
Drehachse 16. Da die beiden Werkzeugschieber 2 und 4 sowie
die mit diesem verbundenen Pleuel 20 identisch bzw. symmetrisch
ausgebildet sind, heben sich die auf die Werkzeugschieber 2 und 4 in
der 1 gezeigten Stellung wirkenden Fliehkräfte
auf. Da sich beide Werkzeugschieber 2 und 4 in
derselben radialen Position bezüglich der Rotationsachse
Z befinden, sind die auf den Werkzeugschieber 2 wirkende
Fliehkraft und die auf den Werkzeugschieber 4 wirkende
Fliehkraft gleich groß. Über die Kurbel 14 wirken
diese beiden Fliehkräfte gegeneinander, sodass sie einander
aufheben. So ist aus dieser Stellung heraus die Bewegung der Werkzeugschieber 2 und 4 in
den Linearführungen 6 über einen Zustellantrieb
sehr leicht möglich, da der Zustelleintrieb nicht gegen
die Fliehkräfte wirken muss.
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Die
beiden Werkzeugschieber 2 und 4 sind so miteinander
gekoppelt, dass bei der Bearbeitung immer nur einer der Werkzeugschieber 2, 4 mit
dem Werkstück in Eingriff ist, d. h. radial nach innen
zugestellt ist, während der jeweils andere gekoppelte Werkzeugschieber
radial nach außen bewegt ist und sich dann nicht im Eingriff
mit dem Werkstück befindet. Diese Verstellbewegung erfolgt
ebenfalls über die Kurbel 14, wel che dazu über
einen elektrischen Antriebsmotor 26 mittels eines Schneckenradgetriebes 28 um
die Drehachse 16 verschwenkbar ist. Je nach Drehrichtung
wird entweder der Werkzeugschieber 2 radial nach innen
und gleichzeitig der Werkzeugschieber 4 radial nach außen
oder umgekehrt der Werkzeugschieber 4 radial nach innen
und der Werkzeugschieber 2 radial nach außen bewegt. Zur
genauen Positionierung ist dabei in dem Werkzeugschieber 2 bzw. 4 ein
Wegaufnehmer 30 integriert, wie in 3 gezeigt
ist. Dort ist nur der Werkzeugschieber 2 gezeigt, der Werkzeugschieber 4 ist entsprechend
konfiguriert. Über den Wegaufnehmer 30 und den
Antriebsmotor 26 lässt sich die radiale Position
des Werkzeugschiebers 2 in der Linearführung 6 regeln.
Die dazu erforderliche Regelungselektronik ist in den Werkzeugkopf 1 integriert,
was in den Figuren jedoch nicht gezeigt ist.
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Der
Antriebsmotor 26 könnte auch auf andere Weise
den Werkzeugschieber antreiben, als hier gezeigt ist. Insbesondere
wäre es auch möglich, zur Lagerung der Werkzeugschieber
eine Linearführung mit integriertem Antrieb vorzusehen.
Zweckmäßigerweise wäre dann nur in der
Linearführung eines der beiden Werkzeugschieber 2, 4 ein
solcher Antrieb vorgesehen. Der andere Werkzeugschieber würde über
die Kopplung bewegt.
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In 2 ist
die Stellung der Werkzeugschieber 2 und 4 gezeigt,
in welcher der Werkzeugschieber 4 in seiner radial innersten
Position und entsprechend der Werkzeugschieber 2 in der
radial äußeren Position ist. Entsprechend ist
die Kurbel 14 um die Drehachse 16 verschwenkt.
In dieser Position ist die auf den Werkzeugschieber 2 wirkende
Fliehkraft größer als die auf dem Werkzeugschieber 4 wirkende Fliehkraft.
Das heißt, hier müsste von dem Zustellantrieb,
d. h. dem Elektromotor 26 eine erhöhte Kraft aufgebracht
werden, um die Werkzeugschieber 2 und 4 zu verstellen,
wenn nicht die Ausgleichsmasse 24 in der nachfolgend beschriebenen
Weise wirken würde.
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Abhängig
von der radialen Verstellung der Werkzeugschieber 2 und 4 wird
die Ausgleichsmasse 24 entlang der Linearführung 23 bewegt.
In der in 2 gezeigten Stellung ist die
Ausgleichsmasse 24 aus der in 1 gezeigten
Mittelstellung entlang der Linearführung 23 nach
rechts, d. h. zu dem Werkzeugschieber 4 hinbewegt worden.
So entsteht in tangentialer Richtung, d. h. normal zu der Radiusebene
R ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Ausgleichsmasse 24 und
der Drehachse 16. Die Ausgleichsmasse 24 erzeugt
durch die auf sie wirkende Fliehkraft bei Rotation des Werkzeugkopfes 1 somit ein
Drehmoment auf die Kurbel 14 um die Drehachse 16.
Dabei wird ein Drehmoment in der Richtung erzeugt, dass die Kurbel 14 über
das Pleuel 20 auf den Werkzeugschieber 2 eine
radial nach innen zur Rotationsachse Z gerichtete Kraft ausübt.
Diese wirkt der erhöhten Fliehkraft, welche auf den Werkzeugschieber 2 wirkt,
entgegen. Insofern kann die Differenz der auf den Werkzeugschieber 2 und
den Werkzeugschieber 4 aufgrund deren radialer Verstellung
wirkenden Fliehkräfte durch die Ausgleichsmasse 24 ausgeglichen
werden. Wenn umgekehrt der Werkzeugschieber 4 radial nach
außen und der Werkzeugschieber 2 radial nach innen
bewegt wird, wird die Ausgleichsmasse 24 zur bezüglich
der Radiusebene R entgegengesetzten Seite entlang der Linearführung 23 bewegt.
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Die
Ausgleichsmasse 24 wird entlang der Linearführung 23 proportional
zur radialen Verstellung der Werkzeugschieber 2 und 4 bewegt.
Dies kann beispielsweise in der in 3 näher
gezeigten Weise geschehen. Dort ist an der Kurbel 14 konzentrisch
zu deren Drehachse 16 eine Riemenscheibe bzw. ein Zahnrad 32 zum
Antrieb eines Zahnriemens 34 angeordnet. Die Riemenscheibe 32 ist
mit der Kurbel vorzugsweise über ein Planetengetriebe gekoppelt,
um die Bewegung der Kurbel 14 und deren Drehachse 16 im
erforderlichen Maße zu übersetzen und die gewünschte
Linearverschiebung der Ausgleichsmasse 24 in Abhängigkeit der
Drehung der Kurbel 14 zu erreichen. Der Zahnriemen 34 ist über
Umlenkrollen 36 und 38 so geführt, dass
er die Ausgleichsmasse 24 parallel an der Linearführung 23 entlang
bewegen kann.
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Wesentlich
für die Erfindung ist, dass die Drehachse 22,
welche den Kraftangriffspunkt für eine von der Ausgleichsmasse 24 erzeugte
Ausgleichskraft an dem Werkzeugschieber 2 bzw. 4 bildet,
auf einer Linie mit dem Schwerpunkt mS des
Werkzeugschiebers 2, 4 in der Bewegungsrichtung
des Werkzeugschiebers 2, 4 liegt. Im gezeigten
Beispiel liegt der Schwerpunkt mS mittig
zwischen den Führungsflächen 7, 8,
d. h. auf der Radiuslinie r. Entsprechend liegt der Kraftangriffspunkt
definiert durch Drehachse 22 ebenfalls auf der Radiuslinie
r. Da aufgrund der großen Länge der Kurbel 14 und
des Pleuels 20 der Schwenkwinkel des Pleuels 20 um
die Drehachse 22 äußerst gering ist,
wirkt die von dem Pleuel 20 auf den Werkzeugschieber 2 übertragene
Kraft im Wesentlichen in radialer Richtung entlang der Radiuslinie
r. Die Wirkungslinie der von dem Pleuel 20 auf den Werkzeugschieber 2 übertragenen
Kräfte verläuft somit durch den Massenschwerpunkt
mS des Werkzeugschiebers 2 im Wesentlichen
in radialer Richtung. Somit sind die Wirkungslinien der über
das Pleuel 20 auf den Werkzeugschieber 2 übertragenen Kraft
und der an dem Schwerpunkt mS angreifenden Fliehkraft
im Wesentlichen identisch. So erzeugen die Fliehkraft und die an
dem Kraftangriffspunkt 22 eingeleiteten Kräfte
im Wesentlichen kein Moment auf den Werkzeugschieber 2,
sodass Normalkräfte auf die Führungsflächen 7 und 8,
welche zu erhöhter Reibung führen würden,
im Wesentlichen vermieden werden.
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In 5 und 6 ist
eine andere Form der Getriebemittel, welche die Ausgleichsmasse 24 entlang
der Linearführung 23 bewegen, gezeigt. Alle übrigen
Bauteile sind identisch zu der vorangehend beschriebenen Ausführungsform,
sodass für diese in 5 und 6 dieselben
Bezugs ziffern verwendet werden und auf die vorangehende Beschreibung
verwiesen wird.
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Gemäß 5 und 6 ist
an der Kurbel 14 ein Zahnrad 40 bzw. ein Zahnradsegment 40 ausgebildet,
welches über ein Zwischenrad 42 ein Zahnradsegment 44 treibt.
Das Zahnradsegment 44 ist drehfest an einem Pendel 46 befestigt.
Das Pendel 46 ist um einen Drehpunkt 48 schwenkbar,
welcher in der Radiusebene R, d. h., auf derselben Radiusllinie
wie die Drehachse 16 bezüglich der Rotationsachse
Z liegt. Ferner stellt der Drehpunkt 48 den Mittelpunkt des
Zahnradsegmentes 44 dar. Das Pendel 46 ist an seinem
dem Drehpunkt 48 abgewandten Ende über ein Hebelsystem 50 mit
der Ausgleichsmasse 24 verbunden.
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Wenn
nun der Hebel 14 um die Drehachse 16 verschwenkt,
wird über das Zahnrad 40 und das Zwischenrad 42 das
Zahnradsegment 44 gedreht und damit das Pendel 46 verschenkt.
Dadurch wird die Ausgleichsmasse 44 entlang der Linearführung 23 linear
verschoben mit den anhand der 1 bis 4 erläuterten
Auswirkungen auf den Fliehkraftausgleich.
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In 7 und 8 ist
eine weitere Ausführungsform gezeigt. Hier ist die Bewegung
und die Führung der Ausgleichsmasse anders ausgebildet. Die
beiden Werkzeugschieber 2 und 4 und die sie verbindenden
Pleuel 20 und Kurbel 14 entsprechen jedoch der
vorangehenden Beschreibung.
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Auch
bei der Ausführungsform gemäß 7 und 8 ist
an der Kurbel 14 ein Zahnrad bzw. Zahnradsegment 40 ausgebildet
bzw. mit der Kurbel 14 fest verbunden. Bei der Ausführungsform
gemäß 7 und 8 kämmt
dieses Zahnrad direkt mit dem Zahnradsegment 44 an dem
Pendel 46, welches um den Drehpunkt 48 verschwenkbar
ist. Wie in der vorangehenden Ausführungsform liegt der
Drehpunkt 48 mit der Dreh achse 16 in derselben
Radiusebene R bezüglich der Rotationsachse Z. Bei der Ausführungsform
gemäß 7 und 8 ist eine
Ausgleichsmasse 52 direkt am freien Ende, d. h. dem von dem
Drehpunkt 48 beabstandeten Ende des Pendels 46 angeordnet.
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Bei
Drehung der Kurbel 14 zur radialen Verschiebung der Werkzeugschieber 2 und 4 wird über das
Zahnrad 40 und das Zahnradsegment 44 das Pendel 46 ausgelenkt,
wobei es sich um den Drehpunkt 48 dreht. In der in 7 gezeigten
Mittelstellung, in welcher sich beide Werkzeugschieber 2 und 4 in
demselben radialen Abstand von der Rotationsachse Z befinden, liegt
der Schwerpunkt der Ausgleichsmasse 52 in der Radiusebene
R, in welcher auch der Drehpunkt 48 des Pendels 46 liegt.
Das heißt, eine auf die Ausgleichsmasse 52 wirkende Fliehkraft
erzeugt kein Drehmoment um die Drehachse 48. Bei radialer
Verstellung der Werkzeugschieber 2 und 4 verschwenkt
durch den geschilderten Antrieb über die Kurbel 14 auch
das Pendel 46 beispielsweise in die in 8 gezeigte
Lage. In dieser Position ist der Schwerpunkt der Ausgleichsmasse 52 in
tangentialer Richtung bezüglich der Rotationsachse Z von der
Drehachse 48 des Pendels 46 beabstandet. Da die
Fliehkraft auf den Schwerpunkt der Ausgleichsmasse 52 radial
zur Rotationsachse Z wirkt, wird in dieser Stellung ein Drehmoment
durch die Fliehkraft um die Drehachse 48 erzeugt. Dieses
Drehmoment wird über das Zahnradsegment 44 auf
das Zahnrad 40 und damit auf die Kurbel 14 übertragen
und wirkt als Ausgleichskraft der von dem Werkzeugschieber 2 verursachten
erhöhten Fliehkraft entgegen.
-
Allen
beschriebenen Ausführungsformen gemeinsam und erfindungswesentlich
ist, dass die von der Ausgleichsmasse erzeugte Ausgleichskraft an den
Werkzeugschiebern an einem Kraftangriffspunkt angreift, welcher
in der radialen Zustellrichtung der Werkzeugschieber auf einer gemeinsamen
Geraden mit dem Schwerpunkt des Werkzeugschiebers liegt, vorzugsweise
auf einer Radiuslinie bezüglich der Rotationsachse Z des
Werkzeugkopfes. Dadurch werden Momente auf den Werkzeugschieber,
welche zu erhöhter Reibung in der Linearführung 6 führen
würden, vermieden. Idealerweise werden über das
Pleuel 20 sowohl die von der Ausgleichsmasse 24, 52 erzeugte
Ausgleichskraft als auch die Verstellkraft zum radialen Bewegen
des Werkzeugschiebers 2, 4 und die von dem gekoppelten
Werkzeugschieber über die Kurbel 14 übertragene
Kraft eingeleitet. Auf diese Weise können alle äußeren
Kräfte drehmomentfrei in den Werkzeugschieber eingeleitet
werden. Idealerweise sind alle diese Kräfte im Wesentlichen
in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse Z gerichtet,
in welcher auch die Fliehkraft auf den Werkzeugschieber 2, 4 wirkt.
-
Die
Führungsflächen 7 und 8 in dem
Werkzeugkopf 1 bzw. entsprechende Wälzführungen
werden vorzugsweise über eine Zentralschmierung mit Schmierstoff
versorgt. Alternativ könnte auch eine andere Art der Schmierung,
insbesondere auch eine Lebensdauer-Schmierung vorgesehen sein. Aufgrund
der erfindungsgemäßen verringerten Reibung sind
hier geringere Schmierstoffmengen ausreichend. Die Gelenke und Drehpunkte
zwischen Werkzeugschieber 2, 4, Pleuel 20 und
Kurbel 14 sowie alle anderen erforderlichen Lager sind
vorzugsweise dauergeschmiert, sodass der Werkzeugkopf insgesamt
sehr wartungsarm ausgestaltet ist.
-
- 1
- Werkzeugkopf
- 2
- erster
Werkzeugschieber
- 4
- zweiter
Werkzeugschieber
- 6
- Linearführung
- 7,
8
- Führungsflächen
- 10
- Werkzeug
- 12
- Gegengewicht
- 14
- Kurbel
- 16
- Drehachse
- 18
- Drehachse
- 20
- Pleuel
- 22
- Drehachse
- 23
- Linearführung
- 24
- Ausgleichsmasse
- 26
- Elektromotor
- 28
- Schneckenradgetriebe
- 30
- Wegaufnehmer
- 32
- Riemenscheibe
- 34
- Zahnriemen
- 36,
38
- Umlenkrollen
- 40
- Zahnrad
- 42
- Zwischenrad
- 44
- Zahnradsegment
- 46
- Pendel
- 48
- Drehpunkt
- 50
- Hebelsystem
- 52
- Ausgleichsmasse
- R
- Radiusebene
- r
- Radiuslinie
- Z
- Rotationsachse
- mS
- Schwerpunkt
des Werkzeugschiebers
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10133856
A1 [0002, 0002]