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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinheit zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem drehenden Werkzeug.
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Bei der Teilefertigung, insbesondere in Fertigungsstraßen, werden zunehmend Bearbeitungsschritte mit hoher Prozessgeschwindigkeit implementiert, die von Bearbeitungseinheiten oder entsprechenden Vorrichtungen ausgeführt werden.
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So werden z. B. Löcher in die zu bearbeitenden Werkstücken eingebracht und in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt mit einem Gewinde versehen. Im Bereich des Werkzeug- und Maschinenbaus müssen diese mit ausreichender Genauigkeit und Geschwindigkeit in gleichbleibender Qualität herstellbar sein. Zur Erzeugung eines Gewindes werden typischerweise Gewindeformer oder Gewindeschneider verwendet.
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Nachfolgend wird der Einfachheit halber der Begriff Gewindeformer einheitlich für beide Varianten verwendet, so dass diese Bezeichnung stets auch das Gewindeschneiden einschließen soll.
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Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass solche Gewindeformer in einen Gewindeformkopf drehend antreibbar eingebracht werden. Der Gewindeformkopf bildet zusammen mit dem Gewindeformer und einer Antriebseinheit, wie z. B. einem Elektromotor eine Gewindeformeinheit.
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Solche Gewindeformeinheiten werden an der zuvor gefertigten Bohrung angesetzt, um eine Gewinde einzubringen.
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Aus der
DE 20 2013 103 426 U1 ist eine solche beispielhafte Gewindeformeinheit bekannt, der in einer Presse angeordnet ist.
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Es ist bei der automatischen Teilefertigung, bei welcher Pressen zum Umformen, Stanzen und Schneiden der Werkstücke verwendet werden, auch bekannt die Presse mit ihrem Hubantrieb auch für den Antrieb des Gewindeformkopfes zu verwenden. In diesem Fall wird die oszillierende Bewegung eines Oberteils der Presse gegenüber dem statischen Unterteil in eine rotatorische Bewegung zum rotatorischen Antrieb des Gewindeformers im Gewindeformerkopf verwendet.
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Die
DE 10 2008 047 073 offenbart hierzu eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Bohrung in einem Werkstück oder eines Gewindes in einer Bohrung eines Werkstückes, die ein statisches Unterteil und einen gegen dieses oszillierend bewegbares Oberteil aufweist, mit einem drehend antreibbaren Bohrungs- oder Gewindeformer, und mit einer Vorrichtung zur Übertragung der oszillierenden Bewegung des Oberteils in eine rotatorische Bewegung wenigstens einer Antriebswelle der Antriebseinheit.
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Weiterentwicklungen zu mechanischen Gewindeformeinheiten sind die elektronischen Gewindeformeinheiten, welche eine verbesserte Variante der herkömmlich eingesetzten mechanischen Gewindeformeinheiten darstellen. Durch eine elektronische Prozessüberwachung ist die Prozesssicherheit wesentlich höher als bei herkömmlichen Vorrichtungen. Durch die Verwendung von Elektromotoren wie z. B. Servomotoren zusammen mit einer Steuerung, welche mögliche Prozessfehler durch geeignete Überwachungsmodule überwachen und detektieren, kann eine wesentlich schnellere Prozesszeit und eine höhere Prozesssicherheit erreicht werden.
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Durch die extrem hohen Prozesszyklen entsteht Wärme im Prozess, der sich wiederum ungünstig auf das Ergebnis auswirken kann. Die Gewindeformer können ggf. durch Überhitzung Schaden nehmen, was wiederum zu Folgeschäden führen kann. Zur Reduzierung dieses Problems werden herkömmliche Öl-Schmierungen eingesetzt, die z. B. auf der Basis eines Schlauchsystems mit Sprühlanze arbeiten.
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Bei einem solchen aus dem Stand der Technik bekannten System wird eine bestimmte Menge Öl genau getaktet über eine Öllanze zum vorgegebenen Zeitpunkt an den Former gespritzt. Da aber der Gewindeformer mit einer sehr hohen Drehgeschwindigkeit betrieben wird, ist es problematisch die jeweils erforderliche Ölmenge, zum richtigen Zeitpunkt, an der richtigen Stelle zu applizieren. Die Applikationsmenge, Zeitpunkt und Applikationsort stellen dabei Prozessfaktoren dar, die unzureichend beherrscht werden.
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Durch die hohe Prozessgeschwindigkeit ist es sehr schwer den richtigen Moment für die Schmierung der Gewindeformer zu treffen. Das Problem bei einer zu frühen Schmierung ist, dass der auf dem Gewindeformer aufgebrachte Ölfilm durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit vor dem Beginn des Formvorgangs wieder wegspritzt oder jedenfalls Teilmengen durch die Zentrifugalkraft unerwünscht entfernt werden. Weitere Probleme treten beim Formen von tiefen Tuben auf. Durch die nur oberflächige Beölung der Tube und des Formers gelangt zu wenig Schmieröl an die umzuformende Stelle. Die Folge ist eine geringe Standzeit der Gewindeformer, da diese durch die hohen Temperatur ausglühen oder überhitzen. Problematisch ist zudem die betriebssichere Anbringung der Lanze, da diese durch die starken Vibrationen im Werkzeug leicht ihre Position verändern kann.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine verbesserte Bearbeitungseinheit bereit zu stellen, die bevorzugt auch in bestehenden Bearbeitungsvorrichtungen eingesetzt bzw. implementiert werden kann, einen geringen Bauraum benötigt und zuverlässig im Betrieb ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Bearbeitungseinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung wird anhand einer Bearbeitungseinheit in der Form eines Gewindeformkopfes im Folgenden näher erläutert. Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft daher die Anordnung einer Schmiermittelzuführung, welche erfindungsgemäß im Inneren der Bearbeitungseinheit sprich des Gewindeformkopfes, angeordnet wird. Erfindungsgemäß wird hierzu ein Schmiermittelkanal durch den Gewindeformkopf hindurch von einer Zuführseite zu einer Applikationsseite im Werkzeug eingebracht. Das Schmiermittel wird daher anders als im Stand der Technik nicht über eine Öllanze an das Werkzeug bzw. den Gewindeformer angespritzt, sondern wird durch den Gewindeformkopf hindurch entlang des zuvor erwähnten Schmiermittelkanals und vorzugsweise durch einen Kanal im Werkzeug, sprich im Gewindeformer, an die gewünschte Stelle appliziert.
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Auf diese Weise kann auch sichergestellt werden, dass beim Eindrehen des Gewindeformers in ein Werkstück, sozusagen während der Erzeugung des Gewindes jeweils eine gewünschte Menge Schmiermittel appliziert werden kann.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die geometrische Ausgestaltung der Bearbeitungseinheit, welche eine Innenverlegung der Schmiermittelkanäle durch die Bearbeitungseinheit hindurch ermöglicht. Da die am Markt erhältlichen standardisierten Dichtungen entweder für eine Radialdichtung oder alternativ für eine Axialdichtung ausgebildet werden, besteht das Problem in der geeigneten Abdichtung der sowohl drehenden als auch axial verschieblichen Bewegung beim Erzeugen eines Gewindes. Es ist bekanntermaßen erforderlich, dass beim Erzeugen eines Gewindes mit einem Gewindeformer sich der Gewindeformer sowohl rotatorisch als auch translatorisch bewegt. Insofern sind zwei Bewegungsabläufe abzubilden und mittels geeigneter Dichtungen, die durch die Bearbeitungseinheit angeordneten Schmiermittelkanäle entsprechend abzudichten.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass die axialverschiebliche Bewegung des Gewindeformers von der rotatorischen Bewegung des Gewindeformers in Bezug auf die Dichtflächen und Dichtungen dadurch entkoppelt wird, dass zur Ausführung der axial beweglichen Verschiebung ferner eine mit der Spindel gekoppelte Kolbenstange vorgesehen wird, wobei die Spindel zur Ausführung einer drehenden Bewegung des Werkzeugs um eine Rotationsachse A drehbeweglich antreibbar ist und ferner eine in einer Lagerschale drehbar gelagerte Kolbenstange vorgesehen ist, gegenüber der die Spindel wiederum linear beweglich gelagert ist.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Verdrehsicherungsmittel vorgesehen, um die Drehbewegung der Spindel auf die drehbar gelagerte Kolbenstange zu übertragen. Da sich die Kolbenstange allerdings gegenüber der Lagerschale nur rotatorisch bewegt, kann die Lagerschale mittels einer Radialdichtung vorzugsweise mittels einer Radialwellendichtung gegenüber der Lagerschale abgedichtet werden.
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Andererseits ist die Spindel über eine Gleitlagerbuchse mit der Kolbenstange linearbeweglich, d. h. axialverschieblich gekoppelt. Beim Erzeugen eines Gewindes wird daher die Spindel entlang der Kolbenstange bewegt. Da allerdings über das Verdrehsicherungsmittel keine relative rotatorische Bewegung zwischen der Kolbenstange und der Spindel erfolgt, ist es nur erforderlich, eine linear bewegliche Abdichtung vorzusehen. Hierzu wird eine Axialdichtung zwischen der Kolbenstange und der entsprechenden Dichtfläche der Spindel vorgesehen.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Bearbeitungseinheit zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem drehenden, vorzugsweise axial verschieblichen Werkzeug bereitgestellt, umfassend eine Spindel zur Ausführung einer drehenden Bewegung des Werkzeugs um eine Rotationsachse und eine in einer Lagerschale drehbar gelagerte Kolbenstange, gegenüber der die Spindel linearbeweglich gelagert ist.
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Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die Spindel mittels eines Verdrehsicherungsmittels drehfest mit der Kolbenstange verbunden ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verdrehsicherungsmittel ferner als Gleitlagerbuchse für die Kolbenstange ausgebildet ist, durch die die Kolbenstange hindurch axial beweglich gelagert ist.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verdrehsicherungsmittel eine nur abschnittsweise runde Durchführöffnung aufweist, welche mit wenigstens einer abgeflachten Anlagefläche in dem nicht runden Abschnitt, vorzugsweise entlang eines Kreissegments zwischen 20° und 60° und weiter bevorzugt zwischen 35° und 45° ausgebildet ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Kolbenstange in wenigstens einem für die Gleitbewegung vorgesehenen Teilabschnitt als zylindrische Kolbenstange mit einer abgeflachten Seitenfläche in Höhenrichtung ausgebildet ist. Die abgeflachte Seitenfläche dient als Anlagefläche gegen die korrespondierend ausgebildete daher ebenfalls abgeflachte Anlagefläche des Verdrehsicherungsmittels. Die zusammenwirkenden Flächen sind daher vergleichbar zu Schlüsselflächen ausgebildet.
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Da in der bevorzugten Ausführungsform das Verdrehsicherungsmittel selbst als Gleitlagerbuchse ausgebildet ist, kann die Spindel, an der die Gleitlagerbuchse befestigt ist, gegenüber der Kolbenstange nur eine Auf- und Abbewegung, aber keine rotatorische Relativbewegung ausführen, sondern dreht sich die Kolbenstange immer mit der Spindel mit.
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Als alternative Ausführungsformen wären auch andere Formen der Codierung bzw. Verdrehsicherung denkbar, um eine Drehbewegung zwischen der Spindel und der Kolbenstange zu verhindern und andererseits ein Auf- und Abgleiten zu ermöglichen. So wären auch eine Nut im Gleitlager bzw. Verdrehsicherungsmittel im Zusammenspiel mit einer korrespondierenden Nase, die an der Kolbenstange in entsprechender Form in Höhenrichtung angebracht ist, eine denkbare Alternative.
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Besonders vorteilhaft ist allerdings die Anbringung einer Schlüsselfläche, da hierdurch in besonders geeigneter Weise Toleranzen und mechanische Verschleißeigenschaften optimiert werden können.
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Weiter bevorzugt ist die Ausgestaltung der Bearbeitungseinheit mit einer durch diese hindurch verlaufende Schmiermittelzuführung, welche einen Schmiermittelkanal für ein Schmiermittel aufweist, der wenigstens durch die Kolbenstange hindurch verläuft. Weiter bevorzugt ist es, wenn der Schmiermittelkanal ferner durch die Spindel bis zum Bearbeitungswerkzeug sprich dem Gewindeformer, geführt ist.
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Zur Bereitstellung eines Schmiermittelkanals kann beispielsweise die Kolbenstange als rohrförmige Kolbenstange ausgebildet sein, die entlang ihrer zylindrischen Längserstreckung über die gesamte Länge im Inneren einen Schmiermittelkanal bereitstellt.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn an einem gehäusenahen Ende der Kolbenstange eine Zuführöffnung zu einem Schmiermittelkanal vorgesehen ist, die vorzugsweise mit einem Anschlusselement oder einem Anschlussadapter zum Verbinden mit einer externen Zuleitung für ein Schmiermittel ausgebildet ist. Hierdurch kann auf einfache Weise z. B. ein Schlauch mit einem entsprechenden korrespondierenden Anschlussadapter angeschlossen werden, um Schmiermittel durch die Schmiermittelkanäle zum Werkzeug der Bearbeitungseinheit zu fördern.
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Erfindungsgemäß ist es ferner vorgesehen, dass eine Druckerzeugungsvorrichtung mit einer Steuerung vorgesehen ist, wodurch eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Schmiermittelapplikation bereitgestellt werden kann.
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Es ist ferner erfindungsgemäß mit Vorteil vorgesehen, dass die Spindel einen zylindrischen Aufnahmeraum ausbildet, in den sich die Kolbenstange mit einem Kolbenstangenabschnitt hinein erstreckt, wobei der Kolbenstangenabschnitt mit einer den Aufnahmeraum abdichtenden Axialdichtung ausgebildet ist.
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Zur Abdichtung der Bewegung ist ferner mit Vorteil vorgesehen, wenn die Kolbenstange mittels einer Radialdichtung vorzugsweise einer Radialwellendichtung gegenüber der Lagerschale abgedichtet ist. Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Kolbenstange mittels eines Schrägkugellagers oder Kugellagers in der Lagerschale drehbar gelagert ist.
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Die erfindungsgemäße Bearbeitungseinheit ist bevorzugt ferner so ausgebildet, dass am Außenmantel der Spindel ein Gewinde ausgeformt ist, um die Rotationsbewegung der Spindel mittels eines korrespondierenden Gegengewindes in einem Gehäuse der Bearbeitungseinheit in eine translatorische, d. h. axiale Bewegung, zu übertragen, wobei eine axiale Relativbewegung zwischen der Spindel und der Kolbenstange entlang der Axialdichtung erfolgt. In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lagerschale am Gehäuse lösbar befestigt ist und die Kolbenstange entlang ihrer Längserstreckung ganz oder jedenfalls überwiegend im Inneren des Gehäuses angeordnet ist.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Bearbeitungseinheit in Form eines Gewindeformkopfs;
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2 eine offene Seitenansicht der Bearbeitungseinheit gemäß 1 ohne Gehäuse;
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3 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A durch die 2;
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4 das Detail B aus 3;
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5 das Detail C aus 3;
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6 Schnittansicht durch die Kolbenstange der 3 und
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7 eine perspektivische Ansicht des Verdrehsicherungsmittels.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die 1 bis 5 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hinweisen.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 5 stellt die Bearbeitungseinheit 1 einen Gewindeformkopf zur Erzeugung eines Gewindes in einem Werkstück 100 dar.
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Wie in 1 dargestellt, weist der Gewindeformkopf 1 ein Gehäuse 3 auf, an dem mittels Schrauben 32 eine Flanschplatte 31 der Lagerschale 30 befestigt ist, was in der unteren Ansicht der 1 ersichtlich ist.
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Innerhalb des Gehäuses 3 verläuft eine in der Lagerschale 30 gelagerte Kolbenstange 20, was in 2 ersichtlich ist.
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Die Kolbenstange 20 ist mit der Spindel 10 über ein Verdrehsicherungsmittel 11 drehfest gekoppelt, was in den 3 und 5 näher dargestellt ist. Das Verdrehsicherungsmittel 11 ist in der Spindel 10 mittels einer Schlüsselfläche drehfest gegen eine Konterfläche gelagert.
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Am Außenmantel 15 der Spindel 10 ist ein Gewinde 16 angedeutet. Das Gewinde 16 wirkt mit einem korrespondierenden (nicht dargestellten) Gewinde, welches im Gehäuse 3 angeordnet ist, zusammen, so dass eine Drehbewegung der Spindel 10 in eine translatorische Bewegung entlang der Achse A erfolgen kann. Entsprechend der Drehrichtung entweder in eine Aufwärts- oder in eine Abwärtsbewegung.
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Dabei stellt die Achse A die Rotationsachse der Spindel 10 dar.
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Am unteren Ende der Spindel 10 befindet sich eine Werkzeugaufnahme 17 für ein Werkzeug 2, d. h. ein Gewindeformer zum Formen eines Gewindes bei der vorliegenden Ausführungsform, bei dem die Bearbeitungseinheit 1 einen Gewindeformkopf darstellt.
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Die Spindel 10 verfügt über einen innenliegenden, von einer oberen Öffnung 10a bis zu einer unteren Öffnung 10b reichenden Schmiermittelkanal 42. Dieser wird durch eine zylindrische Wand 10c der Spindel 10 umfasst. Im oberen Teil der Spindel 10 bildet diese einen zylinderförmigen Aufnahmeraum 14 aus. Der Aufnahmeraum 14 wird von einer zylindrischen Innenwand 14a der Wand 10c der Spindel 10 begrenzt. Nahe der oberen Öffnung 10a befindet sich das zuvor genannte Verdrehsicherungsmittel 11, welches in der 7 näher dargestellt ist.
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Wie ferner in der 3 und in dem Detail C in der 5 ersichtlich, taucht die Kolbenstange 20 mit ihrem unteren Kolbenstangenabschnitt 22 in den Aufnahmeraum 14 der Spindel 10 ein. Der endseitige Abschnitt 22a des Kolbenstangenabschnitts 22 weist eine zum Durchmesser des zylindrischen Aufnahmeraums 14 korrespondierende, im Wesentlichen runde Form auf, mit einer umlaufenden Nut 22b, in welche eine Axialdichtung 23 eingebracht ist. Bei einer Drehbewegung der Spindel 10 um die Rotationsachse A bewegt sich die Spindel je nach Drehrichtung entweder aufwärts oder abwärts entlang der Achse A, wobei diese eine Translationsbewegung ausführt, bei der die Innenwand 14a gleitend über die Axialdichtung 23 abgedichtet wird.
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Der Kolbenstangenabschnitt 22 der in 6 näher dargestellten Kolbenstange 20 besitzt einen Außenmantel 26 mit einer Form, die sich aus einem Teilkreissegment TS und einem Linearsegment L zusammensetzt, wobei das Linearsegment L vorzugsweise entlang eines Kreissegmentabschnittes KSA zwischen 40° und 80°, weiter vorzugsweise zwischen 50° und 70° ausgebildet ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildete Kolbenstange 20 eine abgeflachte Seitenfläche 27 bereitstellt, welche gegen eine ebenfalls abgeflachte Innenseitenfläche 11c des Verdrehsicherungsmittels 11 anliegt, das gleichzeitig eine Gleitlagerbuchse 11a mit einer Durchführöffnung 11b für die Kolbenstange 20 ausbildet. Die Durchführöffnung 11b ist korrespondierend zur Außenkontur der Kolbenstange 20 ausgebildet, so dass eine Translationsbewegung zwischen der Kolbenstange 20 und der Gleitlagerbuchse 11a möglich ist.
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Aufgrund der unrunden Form der zylindrischen Kolbenstange 20 im Bereich des Kolbenstangenabschnitts 22 in Zusammenwirkung mit der wie zuvor beschrieben geformten korrespondierenden Gleitlagerbuchse 11a, deren Durchführöffnung 11b mit einer korrespondierenden Anlagefläche 11c ausgebildet ist, wird eine relative Rotationsbewegung zwischen der Spindel 10 und der Kolbenstange 20 verhindert und nur eine axiale Translationsbewegung entlang der Gleitlagerbuchse 11a ermöglicht.
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Dies bedeutet, dass bei Drehen der Spindel 10 die Kolbenstange 20 über das Verdrehsicherungsmittel 11 mit in Rotationsbewegung versetzt wird und sich daher mit der Spindel 10 mitbewegt.
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Hierzu ist die Kolbenstange 20 mittels eines Kugellagers 25 in der Lagerschale 30 gelagert. Auf der Flanschplatte 31 der Lagerschale 30 befindet sich eine zweite und dritte Flanschplatte 33 bzw. 34. Oberhalb des Schrägkugellagers 25 und unterhalb der Flanschplatte 34 ist eine Radialwellendichtung 24 eingebracht. Diese Wellendichtung 24 stellt ihre Dichtwirkung auch bei rotatorischen Bewegungen der Kolbenstange 20 sicher. Wie ferner in den Figuren ersichtlich ist, führt durch die Kolbenstange 20 ein Schmiermittelkanal 41 in den Aufnahmeraum 14 der Spindel 10. Der Durchgang vom Aufnahmeraum 14 der Spindel 10 bis zur Werkzeugaufnahme 17 der Spindel 10 bildet einen weiteren Schmiermittelkanal 42 aus, der in Verbindung mit dem zuvor genannten Schmiermittelkanal 41 der Kolbenstange 20 steht. Insofern kann über eine Zuführöffnung 43 Schmiermittel durch die Bearbeitungseinheit 1 hindurch und zwar entlang der Schmiermittelkanäle 41, 42 bis zum Bearbeitungswerkzeug 17 transportiert werden. Bevorzugt ist die Zuführöffnung 43 mit einer Anschlussbuchse 44 versehen, an welcher eine externe Schmiermittelzuführung angeschlossen werden kann zur Zuführung eines geeigneten Schmiermittels.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013103426 U1 [0007]
- DE 102008047073 [0009]
