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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Bohrung in einem Werkstück oder eines Gewindes in einer Bohrung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei der Teilefertigung, insbesondere in Fertigungslinien, werden häufig in den zu bearbeitenden Werkstücken Löcher gebohrt oder gestanzt und in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt mit einem Gewinde versehen. Zur Erzeugung des Gewindes werden Gewindeformer oder Gewindeschneider verwendet. Nachfolgend wird der Einfachheit halber der Begriff „Gewindeformen“ einheitlich für beide Verfahren verwendet, sodass die Bezeichnung „Gewindeformen“ stets auch das Gewindeschneiden einschließen soll.
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Zur Erzeugung des Gewindes wird ein Gewindeformkopf verwendet, in welchem ein drehend antreibbarer Gewindeformer gelagert ist. Der Gewindeformer wird an der zuvor gebohrten oder gestanzten Bohrung angesetzt und bewegt sich drehend in diese Bohrung, wobei das Gewinde durch Materialverdrängung geformt oder durch Materialabtrag geschnitten wird. Der Drehantrieb kann durch einen eigenen Antriebsmotor, insbesondere einen Elektromotor, erfolgen. Damit ist ein flexibler Einsatz des Gewindeformkopfes möglich. Für eine Automatisierung, insbesondere in einer Fertigungslinie, ist dieser Antrieb jedoch aufwendig und erfordert einen zusätzlichen Steuerungsaufwand.
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Es ist daher bekannt, bei der automatischen Teilefertigung, bei welcher Pressen zum Umformen, Stanzen und Schneiden der Werkstücke verwendet werden, die Presse mit ihrem Hubantrieb auch für den Antrieb des Gewindeformkopfes zu verwenden. Dabei wird die oszillierende, insbesondere die lineare, Bewegung eines Oberteils der Presse gegenüber einem statischen Unterteil der Presse in eine rotatorische Bewegung für den Antrieb des Gewindeformkopfs, d. h. des Gewindeformers umgesetzt.
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Die
DE 10 2008 047 073 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gewindes in einer Bohrung eines Werkstückes mittels einer Presse oder dergleichen, die ein statisches Unterteil und einen gegen dieses linear bewegbaren Stößel aufweist, mit einem in einem Gewindeformkopf gelagerten drehend antreibbaren Gewindeformer, mit einer Zahnstange, mit einer Antriebseinheit, die mit einem Ritzel in die Zahnstange eingreift, wobei die Zahnstange und die Antriebseinheit durch die Hubbewegung des Stößels gegeneinander bewegt werden, und mit einer Getriebeverbindung, die die Drehbewegung der Antriebseinheit für den Drehantrieb des Gewindeformers zu dem Gewindeformkopf überträgt.
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Um Gewinde mit unterschiedlicher Steigung schneiden zu können, muss die Übersetzung der Antriebseinheit geändert werden. Bei der bekannten Vorrichtung wird dafür eine Vielzahl von Zahnrädern für das Getriebe bereitgehalten, um für eine gewünschte Übersetzung die passende Zahnradkombination auswählen zu können. Insbesondere ist es bei bekannten Vorrichtungen nötig, 1.152 verschiedene Zahnräder bereitzuhalten, um 576 verschiedene Übersetzungen der Antriebseinheit zu ermöglichen. Dadurch entstehen hohe Kosten.
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Die
DE 920 645 und
DE 916 868 offenbaren einen Wechselräderschaltkasten an Drehbänken zum Gewindeschneiden, bei welchem unterschiedliche Übersetzungen durch Schieberäder ermöglicht werden. Eine derartige Konstruktion ist platzraubend, kostenintensiv sowie konstruktiv aufwendig.
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Der Gewindeformkopf mit dem drehend antreibbaren Gewindeformer kann nicht nur zum Gewindeformen verwendet werden. Ein konstruktiv gleicher Aufbau kann auch verwendet werden, um Bohrungen in ein Werkstück einzubringen, wenn der Gewindeformer durch einen Bohrungsformer, insbesondere einen Bohrer, ersetzt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Bohrung in einem Werkstück oder eines Gewindes in einer Bohrung eines Werkstücks bereitzustellen, welche kostengünstiger herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Bohrung in einem Werkstück oder eines Gewindes in einer Bohrung eines Werkstücks mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer Bohrung in einem Werkstück oder eines Gewindes in einer Bohrung eines Werkstückes, die ein statisches Unterteil und ein gegen dieses oszillierend bewegbares Oberteil aufweist, mit einem drehend antreibbaren Bohrungs- oder Gewindeformer, mit einer Antriebseinheit für den Bohrungs- oder Gewindeformer und mit einer Vorrichtung zur Übertragung der oszillierenden Bewegung des Oberteils in eine rotatorische Bewegung wenigstens einer Antriebswelle der Antriebseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung zur Übertragung der oszillierenden Bewegung des Oberteils in eine rotatorische Bewegung wenigstens einer Antriebswelle der Antriebseinheit mit einer Antriebswelle der Antriebseinheit, welche eine erste Achse aufweist, gekoppelt ist und dass der Bohrungs- oder Gewindeformer mit einer Abtriebswelle der Antriebseinheit, welche eine zweite Achse aufweist, gekoppelt ist, dass parallel zur Antriebswelle eine Vorgelegewelle angeordnet ist, dass die Kraftübertragung zwischen der Antriebswelle und der Vorgelegewelle durch ein erstes Zahnradpaar mit einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad und die Kraftübertragung zwischen der Vorgelegewelle und der Abtriebswelle durch ein zweites Zahnradpaar mit einem dritten Zahnrad und einem vierten Zahnrad erfolgt, dass das erste Zahnrad aus einer ersten Gruppe von wenigstens zwei verschiedenen Zahnradtypen auswählbar ist, dass jedem Zahnradtyp der ersten Gruppe eine zweite Gruppe von wenigstens zwei Zahnradtypen zugeordnet ist, wobei sich die Zahnradtypen innerhalb einer der zweiten Gruppen durch eine Profilverschiebung unterscheiden, und dass das zweite Zahnrad aus der zweiten Gruppe auswählbar ist, welche dem Zahnradtyp der ersten Gruppe zugeordnet ist, welcher dem Zahnradtyp des ersten Zahnrads entspricht, und dass das dritte Zahnrad aus der ersten Gruppe von wenigstens zwei verschiedenen Zahnradtypen auswählbar ist, und dass das vierte Zahnrad aus der zweiten Gruppe auswählbar ist, welche dem Zahnradtyp der ersten Gruppe zugeordnet ist, welcher dem Zahnradtyp des zweiten Zahnrads entspricht.
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Durch die beiden Zahnradpaare wird insbesondere ein zweistufiges Getriebe bereitgestellt. Dabei ist es möglich, das erste Zahnradpaar sowohl derart, dass das erste Zahnrad mit der Antriebswelle und das zweite Zahnrad mit der Vorgelegewelle koppelt, als auch derart, dass das erste Zahnrad mit der Vorgelegewelle und das zweite Zahnrad mit der Antriebswelle gekoppelt ist, anzuordnen. Dadurch sind mit zwei identischen Zahnrädern bereits zwei verschiedene Übersetzungen realisierbar. Gleiches gilt für das zweite Zahnradpaar, sodass ohne Änderung der Zahnräder insgesamt bereits vier verschiedene Übersetzungen realisierbar sind. Erfindungsgemäß sind das erste Zahnrad und das dritte Zahnrad aus einer ersten Gruppe von wenigstens zwei verschiedenen Zahnradtypen auswählbar. Jedem Zahnradtyp der ersten Gruppe ist eine zweite Gruppe von wenigstens zwei Zahnradtypen zugeordnet, wobei sich die Zahnradtypen innerhalb einer der zweiten Gruppen durch eine Profilverschiebung unterscheiden.
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Unter einer Profilverschiebung ist zu verstehen, dass der Kopfkreisradius der Zahnradtypen gleich bleibt und lediglich der Wälzpunkt zwischen den Zahnradtypen nach innen oder außen wandert, was bei gleichbleibendem Durchmesser eine größere oder kleinere Zahl von Zähnen an dem Zahnrad ermöglicht. Dadurch wird es ermöglicht, die verschiedenen Zahnradtypen einer der zweiten Gruppe mit jeweils dem einen zugeordneten Zahnradtyp der ersten Gruppe zu kombinieren, was eine Vielzahl von unterschiedlichen Übersetzungen mit einer kleinen Zahl von verschiedenen Zahnradtypen zulässt. Das zweite Zahnrad wird aus der zweiten Gruppe ausgewählt, welche dem Zahnradtyp des ersten Zahnrads in der ersten Gruppe zugeordnet ist. Analoges gilt für das vierte Zahnrad. Insgesamt wird mit einer geringen Zahl von Zahnradtypen durch die große Kombinationsmöglichkeit und die Vertauschbarkeit der Anordnung der Zahnräder eine Vielzahl von Getriebeübersetzungen ermöglicht.
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Besonders bevorzugt sind das erste, zweite, dritte und vierte Zahnrad sowohl an der Antriebswelle als auch an der Abtriebswelle und an der Vorlegewelle anordenbar. Insbesondere sind somit das erste Zahnradpaar und das zweite Zahnradpaar vertauschbar. Dies erhöht die Zahl der möglichen Getriebeübersetzungen bei gleichbleibender Zahl von Zahnradtypen und somit gleichbleibenden Kosten weiter.
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Vorteilhafterweise sind die Zahnradtypen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppen derart ausgebildet, dass bei kämmenden Zahnrädern der Achsenabstand der beiden Zahnräder eines Zahnradpaares unabhängig vom jeweiligen Zahnradtyp der beiden Zahnräder konstant ist.
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Besonders bevorzugt umfasst die erste Gruppe lediglich drei bis fünf, beispielsweise vier verschiedene Zahnradtypen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst jede der zweiten Gruppen lediglich drei verschiedene Zahnradtypen, welche sich durch eine Profilverschiebung voneinander unterscheiden. Sofern die erste Gruppe vier verschiedene Zahnradtypen umfasst, sind für die zweiten Gruppen insgesamt vier mal drei, d. h. zwölf, verschiedene Zahnradtypen nötig. Insgesamt werden somit lediglich 16 verschiedene Zahnradtypen benötigt, welche jedoch aufgrund der Anordenbarkeit an den verschiedenen Positionen und Vertauschbarkeit insgesamt 576 verschiedene Getriebeübersetzungen ermöglichen. Dadurch ist die Zahl der zu bevorratenden Zahnräder drastisch verringerbar.
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Vorteilhafterweise entspricht die Profilverschiebung zwischen zwei Zahnradtypen in einer der zweiten Gruppen einer Differenz der Zähnezahl der beiden Zahnradtypen von eins oder zwei. Besonders bevorzugt weisen die drei Zahnradtypen einer der zweiten Gruppe eine Zähnezahl von n – 1, n und n + 1 auf, wobei n eine natürliche Zahl ist.
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Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, dass die erste Achse mit der zweiten Achse zusammenfällt, was einen kompakten Aufbau ermöglicht.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Übertragung der oszillierenden Bewegung des Oberteils in eine rotatorische Bewegung wenigstens einer Antriebswelle der Antriebseinheit wenigstens eine Zahnstange auf, in welche wenigstens ein Ritzel, welches mit einer der Antriebswellen der Antriebseinheit gekoppelt ist, eingreift, wobei die Zahnstange und die Antriebseinheit durch die oszillierende Bewegung des Oberteils gegeneinander bewegbar sind. Alternativ kann die Vorrichtung zur Übertragung der oszillierenden Bewegung des Oberteils in eine rotatorische Bewegung wenigstens einer Antriebswelle der Antriebseinheit eine Spindel mit einem entsprechenden Eingriffselement oder eine Kette mit einem entsprechenden Eingriffselement, beispielsweise einem Zahnrad, aufweisen, wobei die Spindel oder das in die Kette eingreifende Eingriffselement mit einer der Antriebswelle der Antriebseinheit gekoppelt ist und wobei das in die Spindel eingreifende Eingriffselement bzw. die Kette durch die oszillierende Bewegung des Oberteils gegen die Antriebseinheit bewegbar ist. Diese Ausgestaltungen ermöglichen einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau der Vorrichtung zur Übertragung der oszillierenden Bewegung des Oberteils in eine rotatorische Bewegung wenigstens einer Antriebswelle der Antriebseinheit.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine Getriebeverbindung aufweist, welche die Drehbewegung der Antriebseinheit zu dem Bohrungs- oder Gewindeformer überträgt. Dies ermöglicht eine räumliche Trennung der Antriebseinheit und des Bohrungs- oder Gewindeformers, und insbesondere ein Einbringen des Bohrungs- oder Gewindeformers tiefer in den Arbeitsraum. Vorteilhafterweise ist die Getriebeverbindung als Gelenkwelle ausgebildet.
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Vorzugsweise ist der Bohrungs- oder Gewindeformer in einem Bohrungs- oder Gewindeformkopf gelagert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Zahnrad an der Antriebswelle angeordnet. Vorteilhafterweise ist das zweite Zahnrad an der Vorlegewelle angeordnet. Vorzugsweise ist das dritte Zahnrad an der Vorlegewelle angeordnet. Vorteilhafterweise ist das vierte Zahnrad an der Abtriebswelle angeordnet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Übertragung der oszillierenden Bewegung des Oberteils in eine rotatorische Bewegung wenigstens einer Antriebswelle der Antriebseinheit mit einer ersten Antriebswelle der Antriebseinheit, welche eine erste Achse aufweist, und mit wenigstens einer zweiten Antriebswelle der Antriebseinheit, welche eine dritte Achse aufweist, gekoppelt, wobei die wenigstens zwei Antriebswellen eine gemeinsame Abtriebswelle antreiben, wobei der Bohrungs- und Gewindeformer mit der Abtriebswelle der Antriebseinheit gekoppelt ist, und wobei Mittel zum Ausgleich von Fertigungs- oder Montagetoleranzen vorhanden sind. Durch die Verwendung von zwei Antriebswellen kann die Leistungsfähigkeit der Antriebseinheit verbessert werden. Damit jedoch die Bewegungen der wenigstens zwei Antriebswellen miteinander synchronisiert werden können, sind Mittel zum Ausgleich der Fertigungs- oder Montagetoleranzen vorgesehen.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung zur Übertragung der oszillierenden Bewegung des Oberteils in eine rotatorische Bewegung wenigstens einer Antriebswelle der Antriebseinheit wenigstens eine erste Zahnstange, in welche wenigstens ein erstes Ritzel eingreift, und eine zweite Zahnstange, in welche wenigstens ein zweites Ritzel eingreift, aufweist, wobei die Zahnstangen (und die Antriebseinheit durch die oszillierende Bewegung des Oberteils gegeneinander bewegt werden, dass das erste Ritzel mit der ersten Antriebswelle der Antriebseinheit und das zweite Ritzel mit der zweiten Antriebswelle der Antriebseinheit gekoppelt ist. Die zwei Zahnstangen ermöglichen eine besonders einfache Umsetzung einer linearen Bewegung in eine rotatorische Bewegung. Damit jedoch die Antriebseinheit bei der Relativbewegung gegen die beiden Zahnstangen nicht verklemmt oder beschädigt wird, wenn die beiden Zahnstangen nicht exakt zueinander ausgerichtet oder exakt gefertigt sind, sind Mittel zum Ausgleich der Fertigungs- oder Montagetoleranzen, insbesondere zum Ausgleich der Fertigungs- und Montagetoleranzen der beiden Zahnstangen, vorgesehen.
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In einer Ausbildung der Erfindung ist zur Bildung der Mittel zum Ausgleich von Fertigungs- oder Montagetoleranzen das erste Ritzel entlang der ersten Achse der ersten Antriebswelle und/oder das zweite Ritzel entlang der dritten Achse der zweiten Antriebswelle verschiebbar angeordnet, wobei die mit dem verschiebbar angeordneten Ritzel in Eingriff stehende Zahnstange eine Schrägverzahnung aufweist. Das verschiebbare Ritzel ermöglicht einen Ausgleich von Fertigungs- oder Montagetoleranzen, während die Schrägverzahnung auch bei verschobenem Ritzel einen zuverlässigen Eingriff zwischen Ritzel und Zahnstange ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist zur Bildung der Mittel zum Ausgleich von Fertigungs- oder Montagetoleranzen die erste Zahnstange und/oder die zweite Zahnstange zwei in Längsrichtung der Zahnstange hintereinander angeordnete Zahnstangeelemente auf, zwischen welchen ein elastisches Element angeordnet ist. Dadurch können die beiden Zahnstangenelemente in ihrem Abstand zueinander oder ihrer Ausrichtung zueinander leicht variieren, um Fertigungs- oder Montagetoleranzen auszugleichen.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zur Bildung der Mittel zum Ausgleich von Fertigungs- oder Montagetoleranzen ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, wenigstens einem, vorzugsweise wenigstens zwei, Planetenrädern und einem Hohlrad vorgesehen ist. Ein Planetengetriebe kann im Dreiwellenbetrieb als Summiergetriebe wirken und auf einfache Art und Weise die zwei antreibenden Wellen miteinander koppeln, um eine dritte Welle anzutreiben.
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Vorteilhafterweise ist eine der beiden Antriebswellen drehfest mit dem Hohlrad gekoppelt, die andere der beiden Antriebswelle drehfest mit einem oder mehreren der Planetenräder gekoppelt und die Abtriebswelle drehfest mit dem Sonnenrad gekoppelt.
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Vorteilhafterweise sind die Achsen der beiden Antriebswellen parallel zu einander angeordnet, was einen konstruktiv einfachen Aufbau ermöglicht.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die eine Antriebswelle oder eine oder beide der zwei Antriebswellen und die Abtriebswelle parallel zueinander angeordnet sind und von der gleichen Seite der Vorrichtung her zugänglich sind. Dadurch wird es ermöglicht, dass die Vorrichtung kompakter gebaut werden kann.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Antriebswelle oder eine der Antriebswellen als Hohlwelle ausgebildet ist und die Abtriebswelle durch die Hohlwelle geführt ist, was eine besonders kompakte Ausgestaltung der Antriebseinheit ermöglicht.
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Vorteilhafterweise ist die oszillierende Bewegung des Oberteils eine lineare Auf- und Abbewegung.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung als Presse, Stanzvorrichtung, Biegevorrichtung, Stanz-Biegevorrichtung oder ähnliches ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert. Es zeigen
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1a eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Bohrung oder eines Gewindes in einer Bohrung gemäß dem Stand der Technik,
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1b die Vorrichtung gemäß 1a mit einer anderen Position des Oberteils,
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
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3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
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4 eine schematische Darstellung einer weitere erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Antriebseinheit.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Erzeugung einer Bohrung oder eines Gewindes in einer Bohrung eines Werkstücks 24, wobei die Bohrung bei Erzeugung eines Gewindes in einem vorangehenden Arbeitsschritt in das Werkstück gestanzt oder gebohrt wird.
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Die Vorrichtung wird an einer Presse, Stanzvorrichtung, Biegevorrichtung, Stanz-Biegevorrichtung oder ähnlichem eingesetzt, wie sie zum Umformen, Stanzen oder Schneiden von Werkstücken, insbesondere von Blechteilen verwendet wird. Mit „Presse“ wird dabei im Folgenden jede Maschine bezeichnet, die ein statisches Maschinenteil und ein gegen dieses oszillierend, beispielsweise linear oder mittels eines Exzenters, bewegbares Hubteil aufweist. Nachfolgend wird das statische Maschinenteil als Unterteil und das bewegbare Hubteil als Oberteil bezeichnet.
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In den 1a und 1b ist schematisch eine derartige Presse dargestellt. Die Presse weist ein Unterteil 10 auf, welches beispielsweise Bestandteil eines Pressenrahmens ist. In dem Pressenrahmen ist gegenüber dem Unterteil 10 linear bewegbar ein Oberteil 12 geführt. In den überwiegenden Fällen ist die oszillierende Hubbewegung des Oberteils 12 eine vertikale, lineare Hubbewegung. In dem Arbeitsraum der Presse ist zwischen dem Unterteil 10 und dem Oberteil 12 eine Arbeitsstation angeordnet, die im Allgemeinen durch ein in den Arbeitsraum eingesetztes Werkzeug gebildet wird. Das Werkzeug kann aus einem an dem Unterteil 10 angeordneten Werkzeugunterteil 14 und einem an dem Oberteil 12 angeordneten Werkzeugoberteil 16 bestehen. Das Werkzeugoberteil 16 kann gegenüber dem Werkzeugunterteil 14 mittels Führungen 18 in der Hubrichtung des Oberteils 12 geführt bewegbar sein. Zwischen dem Werkzeugunterteil 14 und dem Werkzeugoberteil 16 und planparallel zu diesem kann eine Federplatte 20 angeordnet sein, die ebenfalls auf den Führungen 18 geführt und gegen die Kraft von Federn 22 bewegbar sein kann. Werkzeuge dieser Art zählen zum Stand der Technik, sodass diese hier nicht im Einzelnen beschrieben werden sollen. Werkzeuge dieser Art dienen zur Aufnahme eines vorteilhafterweise automatisch zugeführten Werkstücks 24, welches durch die Federplatte 20 positioniert fixiert werden kann und mittels des Oberteilhubes bearbeitet wird.
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An dem Oberteil 12 ist eine Zahnstange 28 beispielsweise mittels Befestigungselementen befestigt. Die Zahnstange 28 verläuft insbesondere achsparallel zur vertikalen Hubrichtung des Oberteils 12 und ragt, wenn der Oberteil 12 oberhalb des Unterteils 10 angeordnet ist, nach unten. In dem unteren Bereich ist die Zahnstange 28 in einer Zahnstangenführung 30 vertikal verschiebbar geführt. Die Zahnstangenführung 30 kann an dem Pressenrahmen oder dem Unterteil 10 montiert sein.
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An dem Pressenrahmen oder dem Unterteil 10 kann zudem eine Antriebseinheit 34 befestigt sein. Die Antriebseinheit 34 steht mit einem in der Antriebseinheit 34 gelagerten Ritzel 36 (vergleiche 2 bis 5) mit der Zahnstange 28 in Eingriff. Bei einer vertikalen Hubbewegung des Oberteils 12 wird die Zahnstange 28 vertikal in der Antriebseinheit 34 verschoben, wodurch das Ritzel 36 der Antriebseinheit 34 um seine horizontale Achse gedreht wird. Die Drehung des Ritzels 36 wird in einem in die Antriebseinheit 34 integrierten Übersetzungsgetriebe übersetzt oder untersetzt. An den Ausgang der Antriebseinheit 34 ist eine Getriebeverbindung 38 mit einem Ende angeschlossen, welche als Gelenkwelle ausgebildet sein kann. Am anderen Ende der Getriebeverbindung 38 ist ein Bohrungs- oder Gewindeformkopf 46 angeordnet. Über die Getriebeverbindung 38 wird die Drehung der Antriebseinheit 34 an den Bohrungs- oder Gewindeformkopf 46 übertragen und in dem Bohrungs- oder Gewindeformkopf ein Bohrungs- oder Gewindeformer 48 angetrieben.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann die Zahnstange 28 als Kette und das Ritzel 36 als in die Kette eingreifendes Zahnrad ausgebildet sein. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann das Ritzel 36 als Spindel, die Zahnstange 28 als mit der Spindel zusammenwirkendes Eingriffselement ausgebildet sein.
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Die 1a und 1b zeigen eine Anwendung, bei welcher ein Gewinde in eine Bohrung des Werkstücks 24 eingebracht wird, die horizontal, d. h. senkrecht zur Hubachse des Oberteils 12 verläuft. In der Stellung des Oberteils 12 relativ zu dem Unterteil 10 wie in 1a dargestellt, in welcher das Oberteil 12 in einem größeren Abstand zu dem Unterteil 10 angeordnet ist als in der Stellung des Oberteils 12 relativ zu dem Unterteil wie in 1b dargestellt, wird das Werkstück 24 auf der Federplatte 20 positioniert und fixiert und der Bohrungs- oder Gewindeformkopf 46 kommt mit seinem Bohrungs- oder Gewindeformer 48 an den Eintritt der Bohrung. Beim weiteren Absenken des Oberteils 12 in die in 1b dargestellte Position wird die Antriebseinheit 34 durch die Zahnstange 28 angetrieben und der Bohrungs- und Gewindeformer 48 bewegt sich angetrieben aus dem Bohrungs- und Gewindeformkopf 46 in die Bohrung des Werkstücks 24, um das Gewinde zu formen.
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2 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Antriebseinheit 34. Die Antriebseinheit 34 weist eine erste Antriebswelle 50 mit einer ersten Achse A1 und einer Abtriebswelle 52 mit einer Achse A2 auf. Die Antriebswelle 50 und die Abtriebswelle 52 können derart angeordnet sein, dass die erste Achse A1 und die zweite Achse A2 zusammenfallen. An der ersten Antriebswelle 50 ist das Ritzel 36 drehfest angeordnet, welches in die Zahnstange 28 eingreift und bei Relativbewegung zwischen der Zahnstange 28 und der Antriebseinheit 34 die Antriebswelle 50 in Drehung versetzt. An die Abtriebswelle 52 kann die Getriebeverbindung 38 angekoppelt werden.
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Zwischen der Antriebswelle 50 und der Abtriebswelle 52 ist ein zweistufiges Getriebe angeordnet. Dieses weist ein erstes Zahnradpaar mit einem ersten Zahnrad 61 und einem zweiten Zahnrad 62 sowie ein zweites Zahnradpaar mit einem dritten Zahnrad 63 und einem vierten Zahnrad 64 auf. Die Zahnräder 61, 62, 63, 64 sind derart ausgebildet, dass sie sowohl an der Antriebswelle 50, der Abtriebswelle 52 und einer parallel zu der Antriebswelle 50 und der Abtriebswelle 52 angeordneten Vorgelegewelle 54, welche eine vierte Achse A4 aufweist, angeordnet werden können.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Zahnrad 61 an der Antriebswelle 50, das zweite Zahnrad 62 an der Vorgelegewelle 54, das dritte Zahnrad 63 an der Vorgelegewelle 54 und das vierte Zahnrad 64 an der Abtriebswelle 52 angeordnet. Es kann jedoch das erste Zahnrad 61 mit dem zweiten Zahnrad 62 vertauscht werden. Weiterhin kann das dritte Zahnrad 63 mit dem vierten Zahnrad 64 vertauscht werden. Grundsätzlich kann auch das erste Zahnradpaar, welches das erste Zahnrad 61 und das zweite Zahnrad 62 umfasst, mit dem zweiten Zahnradpaar, welches das dritte Zahnrad 63 und das vierten Zahnrad 64 umfasst, vertauscht werden.
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Sofern in einer Ausführungsform die Achsen A1 und A2 zusammenfallen, weisen die Zahnräder 61, 62 bzw. 63, 64 der Zahnradpaare unabhängig von der Ausgestaltung der Zahnräder 61, 62, 63, 64 im auf die Wellen 50, 52, 54 montierten Zustand jeweils den gleichen Achsabstand a, welcher dem Abstand der ersten Achse A1 zu der vierten Achse A4 bzw. dem Abstand der zweiten Achse A2 zur vierten Achse A4 entspricht, auf. Der Achsabstand a beträgt beispielsweise 54 mm.
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Durch die Vertauschbarkeit und die Möglichkeit, die Zahnräder 61, 62, 63, 64 in unterschiedlichen Positionen an den Wellen 50, 52, 54 zu montieren, ist es bereits möglich, mit den Zahnrädern 61, 62, 63, 64 ohne Veränderung der Zahnräder 61, 62, 63, 64 unterschiedliche Übersetzungen zu realisieren.
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Damit die Antriebseinheit 34 in einfacher und kostengünstiger Weise eine Vielzahl von Übersetzungen realisieren kann, können die Zahnräder 61, 62, 63, 64 aus verschiedenen wenigen Zahnradtypen folgendermaßen ausgewählt werden.
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Das erste Zahnrad 61 wird aus einer ersten Gruppe von wenigstens zwei verschiedenen Zahnradtypen, beispielsweise einer Gruppe von drei bis fünf verschiedenen Zahnradtypen, im vorliegenden Beispiel aus einer ersten Gruppe von vier verschiedenen Zahnradtypen ausgewählt. Die vier verschiedenen Zahnradtypen unterscheiden sich in der Zahl der Zähne und können beispielsweise 20, 25, 35 und 45 Zähne aufweisen.
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Jedem Zahnradtyp der ersten Gruppe ist eine zweite Gruppe von wenigstens zwei verschiedenen Zahnradtypen zugeordnet, wobei sich die Zahnradtypen innerhalb einer der zweiten Gruppe durch eine Profilverschiebung unterscheiden. Beispielsweise kann jede der zweiten Gruppen drei verschiedene Zahnradtypen aufweisen. Der Zahnradtyp des zweiten Zahnrads 62 wird aus der zweiten Gruppe ausgewählt, die dem dem Zahnradtyp des ersten Zahnrads 61 entsprechenden Zahnradtyp der ersten Gruppe zugeordnet ist. Ebenso ist das dritte Zahnrad 63 aus der ersten Gruppe auswählbar und das vierte Zahnrad 64 aus der zweiten Gruppe, welche dem Zahnradtyp der ersten Gruppe zugeordnet ist, der dem Zahnradtyp des dritten Zahnrads 63 entspricht.
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Die Zahnradtypen jeder der zweiten Gruppe unterscheiden sich durch eine Profilverschiebung, was bedeutet, dass der Achsabstand eines der Zahnräder aus der ersten Gruppe und eines der Zahnräder aus der zugeordneten zweiten Gruppe nicht variiert, zudem auch der Kopfkreisdurchmesser konstant bleibt, jedoch der Wälzpunkt und somit der Teilkreisdurchmesser des Zahnradtyps aus der zweiten Gruppe variiert, um eine unterschiedliche Zähnezahl am Zahnradtyp der zweiten Gruppe zu ermöglich, ohne den Zahnradtyp der ersten Gruppe verändern zu müssen, und auf diese Weise mit einer geringen Zahn von verschiedenen Zahnradtypen eine hohe Zahl an unterschiedlichen Übersetzungen zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Profilverschiebung bewirken, dass sich für die Zahnradtypen innerhalb einer zweiten Gruppe die Zähnezahl um jeweils eins oder zwei erhöht. Beispielsweise weisen die drei Zahnradtypen einer der zweiten Gruppen die Zähnezahlen n – 1, n, und n + 1 auf, wobei n eine natürliche Zahl ist.
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Im vorliegenden Beispiel kann dem Zahnradtyp der ersten Gruppe, welcher ein Zahnrad mit 20 Zähnen aufweist, eine zweite Gruppe zugeordnet sein, welche drei verschiedene Zahnradtypen mit einer Zähnezahl von 87, 88 und 89 umfasst. Dem zweiten Zahnradtyp der ersten Gruppe, welcher 25 Zähne aufweist, kann eine zweite Gruppe von drei verschiedenen Zahnradtypen zugeordnet sein, welche 82, 83 und 84 Zähne aufweisen. Dem dritten Zahnradtyp der ersten Gruppe, welcher 35 Zähne aufweist, kann eine zweite Gruppe von drei Zahnradtypen zugeordnet sein, welche 72, 73 und 74 Zähne aufweisen. Dem vierten Zahnradtyp der ersten Gruppe, welcher 45 Zähne aufweist, kann eine zweite Gruppe von drei Zahnradtypen zugeordnet sein, welche 61, 62 und 63 Zähne aufweisen.
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Für die erste Gruppe werden somit lediglich vier verschiedene Zahnradtypen bereitgestellt, für die vier zweiten Gruppen insgesamt lediglich 12 verschiedene Zahnradtypen. Dadurch, dass vier mal drei, d. h. 12 Kombinationen, für jedes Zahnradpaar, durch Vertauschen der beiden Zahnräder 61, 62 bzw. 63, 64 innerhalb eines Zahnradpaars 24 Kombinationen und aufgrund der Tatsache, dass für jedes Zahnradpaar 24 verschiedene Kombinationen möglich sind, ergeben sich insgesamt 24 mal 24, d. h. 576 verschiedene Kombinationen für die Übersetzung auf der Basis von lediglich 16 verschiedenen Zahnradtypen. Die Herstellungskosten für die Antriebseinheit 34 können somit drastisch gesenkt werden, da lediglich 16 verschiedene Zahnradtypen bevorratet werden müssen, um die Antriebseinheiten 34 mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Übersetzungen bauen zu können.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Antriebseinheit 34‘ dargestellt, welche die Antriebseinheit 34 gemäß den 1a und 1b ersetzen kann. Die Antriebseinheit 34’ weist eine erste Antriebswelle 50’ mit einer ersten Achse A1’ und einer zweiten Antriebswelle 51 mit einer dritten Achse A3 auf, welche parallel zueinander mit einem Achsabstand b angeordnet sind. Die erste Antriebswelle 50’ ist drehfest mit einer Trägerplatte 76 für wenigstens ein Planetenrad 74, vorliegend zwei Planetenräder 74 verbunden, wobei die Drehachse der Planetenräder 74 parallel zur ersten Achse A1’ angeordnet sind. Die Planetenräder 74 sind Teil eines Planetengetriebes 70, welches neben den Planetenrädern 74 einen Sonnenrad 72 und ein Hohlrad 78 aufweist. Das Sonnenrad 72 ist drehfest mit einer Abtriebswelle 52’ verbunden. Die Abtriebswelle 52’ weist eine zweite Achse A2’ auf, die insbesondere mit der ersten
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Achse A1’ zusammenfällt. Das Hohlrad 78 weist eine Innenverzahnung auf, welche mit den Planetenrädern 74 kämmt, und ist mit der ersten Antriebswelle 51 gekoppelt. Dazu ist insbesondere parallel zu den beiden Antriebswellen 50’, 51 eine Zwischenwelle 56 angeordnet, an welcher ein Zahnrad 57 angeordnet ist, welches sowohl mit einem an der zweiten Antriebswelle 51 drehfest angeordneten Zahnrad 58 als auch einer drehfest mit dem Hohlrad 78 verbundenen Außenverzahnung 59 kämmt.
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An der ersten Antriebswelle 50’ ist das Ritzel 36 angeordnet, welches mit der Zahnstange 28 in Eingriff ist. An der zweiten Antriebswelle 51 ist ein zweites Ritzel 68 angeordnet, welches mit einer zweiten Zahnstange 66 in Eingriff steht, die entweder als von der Zahnstange 28 getrennte Zahnstange oder mit der Zahnstange 28 einstückig, wobei beidseitig eine Verzahnung vorgesehen ist, ausgebildet sein kann. Bei Relativbewegung der beiden Zahnstangen 28, 66 zu der Antriebseinheit 34’ werden beide Antriebswellen 50’, 51 in Drehung versetzt. Das Planetengetriebe 70 bildet ein Summiergetriebe, welches die eine Abtriebswelle 52’ antreibt.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann die zweite Zahnstange 66 als Kette und das zweite Ritzel 68 als in die Kette eingreifendes Zahnrad ausgebildet sein. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann das zweite Ritzel 68 als Spindel, die zweite Zahnstange 66 als mit der Spindel zusammenwirkendes Eingriffselement ausgebildet sein.
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Die Abtriebswelle 52’ kann direkt mit der Getriebeverbindung 38 der Vorrichtung zur Erzeugung einer Bohrung oder eines Gewindes in einer Bohrung verbunden sein. Wie in 3 dargestellt, kann die Abtriebswelle 52’ auch als Antriebswelle eines nachgeschalteten Übersetzungsgetriebes wirken, und insbesondere die Antriebswelle 50 des anhand von 2 dargestellten Getriebes bilden.
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4 zeigt eine Abwandlung der in 3 dargestellten Antriebseinheit 34’ zu einer Antriebseinheit 34’’, bei welcher die Abtriebswelle 52’ nicht auf der den Antriebswellen 50’, 51 gegenüberliegenden Seite der Antriebseinheit 34’ angeordnet ist, sondern beispielsweise über das anhand von 2 dargestellte Getriebe die zweite Achse A2’ der Abtriebswelle 52’ parallel versetzt angeordnet ist, und zu der Seite herausgeführt, zu welcher die Antriebswellen 50’, 51 hereingeführt werden. Die Parallelversetzung erfolgt insbesondere derart, dass die zweite Achse A2‘ mit der dritten Achse A3 der zweiten Antriebswelle 51 zusammenfällt. Die zweite Antriebswelle 51 ist dabei vorteilhafterweise als Hohlwelle ausgebildet, durch welche die Abtriebswelle 52’ hindurchgeführt werden kann, so dass sowohl die erste und zweite Antriebswelle 50’, 51 als auch die Abtriebswelle 52’ von der gleichen Seite der Antriebseinheit 34’’ her zugänglich sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Unterteil
- 12
- Oberteil
- 14
- Werkzeugunterteil
- 16
- Werkzeugoberteil
- 18
- Führungen
- 20
- Federplatte
- 22
- Feder
- 24
- Werkstück
- 28
- Zahnstange
- 30
- Zahnstangenführung
- 34
- Antriebseinheit
- 34’
- Antriebseinheit
- 34’’
- Antriebseinheit
- 36
- Ritzel
- 38
- Getriebeverbindung
- 46
- Bohrungs- oder Gewindeformkopf
- 48
- Bohrungs- oder Gewindeformer
- 50
- erste Antriebswelle
- 50’
- erste Antriebswelle
- 51
- zweite Antriebswelle
- 52
- Abtriebswelle
- 52’
- Abtriebswelle
- 54
- Vorgelegewelle
- 56
- Zwischenwelle
- 57
- Zahnrad
- 58
- Zahnrad
- 59
- Außenverzahnung
- 61
- erstes Zahnrad
- 62
- zweites Zahnrad
- 63
- drittes Zahnrad
- 64
- viertes Zahnrad
- 66
- zweite Zahnstange
- 68
- zweites Ritzel
- 70
- Planetengetriebe
- 72
- Sonnenrad
- 74
- Planetenrad
- 76
- Trägerplatte
- 78
- Hohlrad
- A1
- erste Achse
- A1’
- erste Achse
- A2
- zweite Achse
- A2’
- zweite Achse
- A3
- dritte Achse
- A4
- vierte Achse
- a
- Achsabstand
- b
- Achsabstand
