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Einstechwerkzeug
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Die Erfindung betrifft ein automatisches Einstechwerkzeug.
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Es ist bekannt, Werkstücke mit einem rotierenden Einstechwerkzeug
zu bearbeiten. Man stellt so beispielsweise umlaufende Nuten auf dem Innenmantel
einer Bohrung wie z. B.
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Sicherungseinstiche nach DIN 472, Einstiche für 0-Ringe oder ähnliche
Abdichtelemente aufnehmende Nuten usw. her.
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Weitere Einsatzgebiete sind die Erstellung von Formeinstichen mit
Formmeißeln und das Andrehen von Absätzen und Hinterschneidungen.
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Die Erfindung betrifft insbesondere den häufig auftretenden Fall,
daß mehrere in ihren Abmessungen identische Einstiche hintereinander gesetzt werden
sollen. Hierfür finden nach dem Stand der Technik Mehrfachwerkzeuge mit einer Mehrzahl
von Meißeln oder anderen zerspanenden Bearbeitungsmitteln Verwendung. Die Meißel
sind entsprechend der Lage der zu erstellenden Einstiche versetzt angeordnet. Derartige
Mehrfachwerkzeuge sind sperrig und Aufbau kompliziert. Mit
ihrer
Voreinstellung ist ein hoher Montageaufwand verbunden, und eine einmal vorgenommene
Meißel anordnung läßt sich nur umständlich ändern.
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Des weiteren sind Auflaufwerkzeuge bekannt, bei denen eine Meißel
bewegung durch ein Auftreffen auf das zu bearbeitende Werkstück ausgelöst wird.
Diese Werkzeuge haben einen kom plizierten mechanischen Aufbau mit diversen zu Spannenden
Federn, einem empfindlichen Auslösemechanismus usw. Auf Grund der Anschlagsteuerung
ist es nicht möglich, eine Folge von Arbeitsgängen unabh-n3ig von dem jeweils zu
bearbeitenden Werkstück vorzugeben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes, unabhängig von einer
speziellen Werkstückgeometrie voreinstellbares Einstechwerkzeug zu schaffen, das
es erlaubt, in energiesparender Weise mit kurzen Bearbeitungszeiten und geringer
Maschinenbelastung eine beliebig vorgebbare Anzahl von Einstichen zu legen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Einstechwerkzeug naCh Anspruch
1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 2 verwendet als Steuersignal ein Drucksignal,
das bei NC-Maschinen regelmäßig vorhanden ist und auf das deshalb in einfacher und
bequemer Weise zugegriffen werden kann.
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Die Bauform nach Anspruch 5 erlaubt es, in bequemer Weise
eine
werkstückunabhängige Voreinstellung des Einstechwerkzeugs vorzunehmen.
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Die in Anspruch 6 gekennzeichnete Kupplung arbeitet präzise und sicher,
und sie verhindert überdies in vorteilhafter Weise eine Überlastung des Einstechwerkzeugs.
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Gemäß Anspruch 9 wird die Bewegung des Einstechwerkzeugs über ein
Koppelgetriebe in Verbindung mit einem Gewindespindeltrieb von der Drehung der Bohrstange
abgeleitet.
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unaufwendig und Dieses Getriebe baut sehr/kompakt, und es ist hochuntersetzend
und hinsichtlich der Stetigkeit des Vorschubs völlig ausreichend.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Teilweise schematisch zeigen:
Fig. 1 eine Skizze, die den Arbeitszyklus des Einstechwerkzeugs illustriert; Fig.
2 zwei Anwendungsbeispiele für das Einstechwerkzeug; Fig. 3 einen axialen Längsschnitt
durch das Einstechwerkzeug, wobei ein zur Bewegungsableitung eines Meißelhalters
dienendes Getriebe im oberen Teil der Abbildung im eingekuppelten und im unteren
Teil der Abbildung im ausgekuppelten Zustand dargestellt ist; Fig. 4 einen Querschnitt
durch das Einstechwerkzeug nach IV-IV von Fig. 3;
Fig. 5 einen Querschnitt
durch das Einstechwerkzeug nach V-V von Fig. 3; Fig. 6 einen Querschnitt durch das
Einstechwerkzeug nach VI-VI von Fig. 3; Fig. 7 die erste Bauform eines Umlenkgetriebes
in einer Bohrkrone des Einstechwerkzeugs mit Schnitt nach Vil-Vil von Fig. 8; Fig.
8 eine Draufsicht auf das Umlenkgetriebe in Richtung VIII von Fig. 7; Fig. 9 die
zweite Bauform eines Umlenkgetriebes in einer Bohrkrone des Einstechwerkzeugs; Fig.
10 eine Einrichtung zur mechanischen Schaltbetätigung des Einstechwerkzeugs in einem
Fig. 3 entsprechenden Teilschnitt.
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Anhand von Fig. 1 wird zunächst der prinzipielle Aufbau und die Funktion
des Einstechwerkzeugs erläutert. Das Einstechwerkzeug hat ein Gehäuse 10, das stationär
an dem Maschinensockel einer nicht näher dargestellten Werkzeugmaschine festgelegt
wird. In dem Gehäuse 10 ist eine Bohrstange 12 drehbar gelagert. Die Bohrstange
12 trägt an einem, aus dem Gehäuse 10 herausragenden Ende einen. Spann konus 14
oder ein anderes geeignetes Mittel, mit dem sie in ein passendes Futter der Werkzeugmaschine
eingespannt werden kann. Im montierten Zustand läßt sich die Bohrstange 12 von der
Werkzeugmaschine in angetriebene Drehung versetzen. Das der Spannstelle abgewandte
Ende der Bohrstange 12 ragt in Form eines längeren Schafts 16 aus dem Gehäuse 10
heraus. An seinem Ende befindet sich eine Bohrkrone 18, die einen Meißelhalter und
einen darin aufgenommenen Einstechstahl 20 oder ein anderes zerspanendes Bearbeitungsmittel
trägt.
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Die Bohrkrone 18 dreht mit der rotierenden Bohrstange 12 mit. Der
Meißelhalter führt eine von der Drehung der Bohrstange 12 abgeleitete, radiale Ausfahrbewegung
durch, und zwar vorzugsweise quer zu der Drehachse 22 der Bohrstange 12. Fig. la
zeigt den Meißelhalter in seiner radial innersten Stellung, in der die Spitze des
Einstechstahls 20 auf einem Kreis mit dem Startdurchmesser d läuft. Dieser Startdurchmesser
läßt sich in geeigneter Weise an der Bohrkrone 18 vorgeben, z. B. durch Verstellen
eines Anschlags 24. Das radiale Ausfahren des Meißelhalters mit dem Einstechstahl
20 ist in Fig. lb illustriert, und gemäß Fig. 1c erreicht der Meißelhalter eine
in radialer Richtung maximal ausgefahrene Stellung, in der die Spitze des Einstechstahls
20 mit einem Enddurchmesser D umläuft. Dieser Enddurchmesser D wird durch einen
verstellbaren Anschlag 26 an der Bohrkrone 18 vorgegeben. Er entspricht der radialen
Tiefe des Einstichs, die sich so mittels des Anschlags 26 einstellen läßt.
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Die Abbildungsfolge in Fig. 1 zeigt den Arbeitszyklus des Einstechwerkzeugs.
In Fig. la steht die Hauptspindel der Werkzeugmaschine, und die Bohrstange 12 befindet
sich entsprechend in Ruhe. Der Meißelhalter an der Bohrkrone 18 nimmt seine radiale
Innenposition ein, bei der sich die Spitze des Einstechstahls 20 auf dem Startdurchmesser
d befindet. Wird nun, wie in Fig. lb gezeigt, die Hauptspindel der Werkzeugmaschine
und damit die Bohrstange 18 in Drehung 28 versetzt, so rotiert die Bohrkrone 18
mit, und der Meißelhalter führt eine Vorschubbewegung radial nach außen 30 aus,
die mittels eines Getriebes von der Drehung der Bohrstange
12
abgeleitet wird. Hierdurch wird ein Einstich gesetzt. Der Meißelhalter setzt seine
radiale Ausfahrbewegung fort, bis er auf den Anschlag 26 trifft, der den Enddurchmesser
D vorgibt. Bei Erreichen des Anschlags 26 (Fig.
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1c) erfolgt eine Drehmomentüberhöhung, die das Getriebe zum Umschalten
bringt. Der Meißelhalter führt daraufhin bei fortlaufender Rotation 28 der Bohrstange
12 in Radialrichtung eine schnelle Rückfahrbewegung 32 aus, bis er seine Ausgangslage
(Fig. ld) erreicht, bei der die Spitze des Einstechstahls 20 wieder auf dem Startdurchmesser
d liegt. Der Meißelhalter nimmt hier eine Bereitschaftsstellung ein, während die
Bohrstange 12 fortlaufend mit vorzugsg weise unveränderter Systemdrehzahl rotiert
28. Die Werkzeugmaschine kann nun eine nächste Einstechstelle anfahren.
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Ist diese erreicht, so wird ein von der Hauptspindeldrehzahl unabhängiges
Steuersignal P auf das Einstechwerkzeug gegeben.
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Wie noch im einzelnen dargelegt,kann es sich hierbei um die Änderung
eines Drucks, und insbesondere einen Druckabfall in einem KUhlmittel- und/oder Schmiermittelkreis
oder Druckluftkreis handeln; man kann aber auch ein elektromotorisches oder elektro-magnetisches
Steuersignal geben.
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Hierdurch wird der Meißelhalter aus seiner Bereitschaftsstellung aktiviert
und wieder in eine von der Drehung der Bohrstange abgeleitete Vorschubbewegung radial
nach außen versetzt, bis er erneut auf den Anschlag 26 trifft (Fig.
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1c), seine Bewegung umkehrt und in die Bereitschaftsstellung (Fig.
ld) zurückfährt. Letzterer Zyklus läßt sich durch eine Folge von Steuersignalen
P beliebig wiederholen.
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Ausgehend von der Ruhestellung der Hauptspindel (Fig. la), durchläuft
der Meißelhalter also zunächst einen Startzyklus, der durch die Inbetriebnahme der
Hauptspindel als maßgebliche Steuergröße in Gang gesetzt wird. Der Startzyklus führt
in eine Bereitschaftsstellung (Fig. ld) bei laufender Hauptspindel, aus der heraus
der Meißelhalter eine beliebige, durch das zweite Steuersignal P ausgelöste Serie
von Folgezyklen vollführt. Entsprechend ist es möglich, bei durchlaufender Hauptspindel
eine Mehrzahl von Einstichen zu setzen, die in ihrer radialen Tiefe übereinstimmen.
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Letztere wird durch die Voreinstellung des Enddurchmessers D an der
Bohrkrone 18 bestimmt. Auf Grund der Tatsache, daß die Hauptspindel mit mehr oder
weniger konstanter Drehzahl durchläuft, wird ein schonender, verschleißarmer Betrieb
der Werkzeugmaschine erreicht, und mit dem Ein- und Ausschalten des Hauptantriebs
verbundene Lastspitzen im Energieversorgungsnetz werden vermieden. Des weiteren
sind die Bearbeitungszeiten sehr kurz.
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Fig. 2 zeigt Anwendungsbeispiele für das erfindungsgemäße Einstechwerkzeug,
bei denen eine Mehrzahl dimensionsgleicher, relativ zueinander versetzter Einstiche
zu setzen ist.
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Gemäß Fig. 2a sind in einer Zylinderbohrung 34 Wälzlager 36 eingebaut
und durch Sicherungsringe 38 in Axialrichtung fixiert. Auf dem Innenmantel der Zylinderbohrung
34 sind hierzu eine Reihe von Einstichen 40 vorgesehen, die die Sicherungsringe
38 aufnehmen. Fig. 2b zeigt eine Kolbenstange 42, die eine Hülse 44 durchsetzt und
mehrfach gegen die Hülse 44 abgedichtet ist. Auf dem Innenmantel der Hülse 44 sind
hierzu umlaufende Einstiche 46 ausgenommen, die
Dichtelemente z.
B. in Form von 0-Ring-Dichtungen 48 aufnehmen. Die gezeigten Einstiche 40 bzw. 46
können mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug gesetzt werden, ohne daß der Hauptspindelantrieb
abgeschaltet werden muß.
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Bezugnehmend nunmehr auf Fig. 3, ist ein Getriebe dargestellt, mittels
dessen sich der Antrieb des Meißelhalters von der Drehung der Bohrstange 12 ableiten
und das beschriebene, zyklische Betriebsverhalten verwirklichen läßt.
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Übersichtsmäßig erkennt man zunächst das schon erwähnte Gehäuse 10,
das stationär mit dem Werkzeugkopf einer Werkzeugmaschine verbunden wird. Das Gehäuse
10 weist eine mittige, axiale Gehäusebohrung auf, in der die Bohrstange 12 gelagert
ist; entsprechende Wälzlager 50 befinden sich an den beiden axialen Enden des Gehäuses
10. Die Bohrstange 12 ragt mit einem Spannkonus 14 aus dem Gehäuse 10 heraus, mittels
dessen sie sich in einem Futter der Werkzeugmaschine spannen läßt. Statt eines Spannkonus'
14 können aber selbstverständlich auch andere Befestigungsmittel Verwendung finden,
um die Bohrstange 12 mit der angetriebenen Spindel einer Werkzeugmaschine zu verbinden.
Auf der dem Spannkonus 14 abgewandten Seite ragt die Bohrstange 12 aus dem Gehäuse
10 heraus. Dieses Ende der Bohrstange 12 trägt die nicht im einzelnen dargestellte
Bohrkrone 18 mit einem Meißelhalter, der eine radiale Ausfahrbewegung vorzugsweise
quer zu der Bohrstange 12 vollführt.
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Der Meißelhalter wird mittels einer Zugstange 54 bewegt.
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Die Zugstange 54 ist in einer mittigen und axialen Sackbohrung
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in dem bohrkronenseitigen Ende der Bohrstange 12 aufgenommen. Sie steht in formschlüssiger
Anlage mit der Bohrstange 12, so daß sie bei deren Drehung mitgenommen wird. Des
weiteren ist die Zugstange 54 in der Sackbohrung 56 axial verlagerbar. Der obere
Teil der Fig. 3 zeigt die Zugstange 54 in einer axial eingefahrenen und der untere
Teil der Fig. 3 in einer axial ausgefahrenen Stellung.
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Der entsprechende Axialhub der Zugstange 54 wird mittels eines in
dem Gehäuse 10 enthaltenen Getriebes von der Drehung der Bohrstange 12 abgeleitet
und in der Bohrkrone 18 in eine radiale Ein- und Ausfahrbewegung des Meißelhalters
umgesetzt.
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Die Abbildungen Fig. 7 bis Fig. 9 illustrieren schematisch zwei mögliche
Bauformen des Umlenkgetriebes in der Bohrkrone 18. Die Zugstange 54 ist jeweils
im Bereich ihres bohrkronenseitigen Endes abgeplattet. Gemäß Fig. 7 und 8 ist die
Abplattung 58 mit einer Schrägverzahnung 60 versehen, die unter einem Winkel von
450 gegen die Längsrichtung der Zugstange 54 angestellt ist. Die Schrägverzahnu0g
60 kämmt mit einer komplementären Schrägverzahnung an einer Antriebsstange 62 des
Meißelhalters. Diese Antriebsstange 62 ist quer zu der Zugstange 54 orientiert und
in dieser Querrichtung geführt. Eine axiale Ausfahrbewegung 64 der Zugstange 54
wird so in eine radiale Ausfahrbewegung 66 des Meißelhalters und eines daran befestigten
Einstechstahls 20 umgesetzt, und ganz entsprechend erfolgt bei einer axialen Einfahrbewegung
der Zugstange 54 ein radialer Rückhub des Meißelhalters. Das Umlenkgetriebe arbeitet
mit einer Untersetzung 1 : 1.
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Fig. 9 zeigt eine alternative Bauform des Umlenkgetriebes, bei der
eine Abplattung 58 der Zugstange 54 eine Geradverzahnung 68 trägt, die mit einem
Ritzel 70 kämmt. Das Ritzel 70 hat eine gewisse axiale Erstreckung. In versetzter
Ebene mit der Zugstange 54 ist eine Antriebsstange 62 des Meißelhalters derart angeordnet,
daß sie die Zugstange 54 unter rechtem Winkel kreuzt. Die Antriebsstange 62 be sitzt
eine Geradverzahnung 72, die gleichfalls mit dem Ritzel 70 kämmt. Man erkennt, daß
auch so eine axiale Ausfahrbewegung der Zugstange 54 relativ zu der Bohrstange 12
in eine radiale Ausfahrbewegung des Meißelhalters, und eine axiale Einfahrbewegung
74 der Zugstange 54 in eine radiale Rücklaufbewegung 76 des Meißelhalters umgesetzt
wird, und zwar mit einem Untersetzungsverhältnis 1 : 1.
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Natürlich sind auch andere Möglichkeiten denkbar, die axiale Längsbewegung
der Zugstange 54 in der Bohrkrone 18 in eine radiale Ein- und Ausfahrbewegung eines
Meißelhalters umzusetzen. Es wird an dieser Stelle nochmals daran erinnert, daß
die Bohrkrone 18 mit der Bohrstange 12 mitrotiert, und ebenso die Zugstange 54.
Für das radiale Ein- und Aus fahren des Meißelhalters kommt es daher allein auf
die axiale Relativbewegung zwischen Bohrstange 12 und Zugstange 54 an, die von der
Drehung der Bohrstange 12 abgeleitet wird. Hierzu dient das in Fig. 3 im einzelnen
dargestellte Getriebe.
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Das Getriebe ist als Koppelgetriebe mit nachgeschaltetem Gewindespindeltrieb
ausgebildet. Sein Antriebsteil ist ein Exzenternocken 78, der starr mit der Bohrstange
12
verbunden ist. Der Exzenternocken 78 bildet die Kurbel des Koppelgetriebes.
Auf ihn ist eine ringförmige Koppel 80 aufgezogen, die mit einer Schwinge 82 an
das stationäre Gehäuse 10 angelenkt ist. Einzelheiten der Anordnung ergeben sich
aus Fig. 4. 84 ist der Anlenkpunkt am Gehäuse 10, und 86 der Anlenkpunkt an der
Koppel 80. Durch den exzentrischen Drehantrieb und die Anlenkung an einer beweglichen
Schwinge 82 durchläuft die Koppel 80 eine bestimmte Koppelkurve, die an den Zahnkranz
eines in Axialrichtung nachgeordneten, innenverzahnten Hohlrads 88 angepaßt ist.
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Die Koppel 80 trägt einen Schaltstift 90, der nach Art eines Triebstockgetriebes
in den Zahnkranz eingreift und das Hohlrad 88 bei jeder vollen Umdrehung des Exzenternockens
78 bzw. der Bohrstange 12 um eine Stufe weiterschaltet. Hierdurch wird die Drehzahl
der Bohrstange 12 beträchtlich untersetzt. Ein Gegenexzenter 92 zu dem Exzenternocken
78 sorgt für einen momentenfreien Gleichlauf in dieser Getriebestufe.
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Mit dem erfindundungsgemäßen Koppelgetriebe erreicht man bei einfachem,
höchst kompakten Aufbau eine hohe Ubersetzung, und der erzielte Gleichlauf reicht
für einen Vorschub des Meißelhalters völlig aus. Doch kann anstelle eines Koppelgetriebes
auch ein anderes Untersetzungsgetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, Verwendung
finden.
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Das mit untersetzter Drehzahl laufende Hohlrad 88 ist Teil einer Stirnzahnkupplung,
die im oberen Teil von Fig. 3 eingekuppelt und im unteren Teil von Fig. 3 ausgekuppelt
dargestellt ist. Das Hohlrad 88 ist an seiner der Koppel
80 abgewandten
Stirnfläche mit einer Stirnverzahnung ver; sehen. Mit dieser kämmt -eine komplementäre
Stirnverzahnung an einem Kupplungsring 94. Der Kupplungsring 94 hat eine im Querschnitt
L-förmige Gestalt. An ein axial ausgerichtetes Hülsenteil kleineren Durchmessers
ist ein radial abstehender Kragen angeformt, dessen Stirnfläche die Stirnverzahnung
trägt. Auf den Außenmantel des Kupplungsrings 94 ist ein Fixierring 96 aufgezogen,
der zwischen dem Kragen und einem Sicherungsring 98 zu liegen kommt. An der radialen
Innenseite des Hülsenteils befindet sich hingegen eine Gewindemutter 100.
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Die Mutter 100 steht über eine Paßfeder 102 mit dem Kupplungsring
94 in kraftschlüssiger Verbindung. Im eingekuppelten Zustand (Fig. 3 oben) überträgt
sich daher die Drehung des Hohl rads 88 über den Kupplungsring 94 auf die Mutter
100. Die Mutter 100 ist drehbar und in Axialrichtung unbeweglich in dem Gehäuse
10 gelagert. An ihrer der Kupplung abgewandten Partie ist mit einem Ende eine Torsionsfeder,
insbesondere eine Spiralblattfeder 104 befestigt, deren anderes Ende gehäusefest
verankert ist. Wird die Mutter 100 angetrieben gedreht, so wird die Spiralblattfeder
104 gespannt.
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Ein an der radialen Innenseite der Mutter vorgesehenes Gewinde kämmt
mit einem passenden Gegengewinde an einer Gewindenabe 106. Die Gewindenabe 106 ist
verdrehsicher und in Axialrichtung verschieblich auf der Bohrstange 12 aufgezogen.
Sie führt bei einer angetriebenen Drehung der Mutter 100 eine axiale Hubbewegung
aus. Das bohrkronenseitige
Ende der Gewindenabe 106 bildet eine
flanschartige, radial nach außen springende Erweiterung. Im Bereich dieser Erweiterung
ist auf dem radialen Innenmantel der Gewindenabe 106 eine umlaufende Ringnut 108
von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt ausgenommen. In die Ringnut 108 greift
ein Gleitstift 110 ein, der mit der Zugstange 54 verbunden ist.
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Wie man Fig. 5 entnimmt, ist der Gleitstift 110 diametral durch eine
Paßbohrung in der Zugstange 54 hindurchgesteckt, wobei er sich quer zu deren Achsrichtung
erstreckt. Der Gleitstift 110 ragt beidseitig durch Längsschlitze 112 hindurch,
die in dem aufgebohrten 56, die Zugstange 54 aufnehmenden Teil der Bohrstange 12
vorgesehen sind (vgl.
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Fig. 3). Die Längsschlitze 112 lassen dem Gleitstift 110 ein axiales
Bewegungsspiel, das dem gewünschten Axialhub der Zugstange 54 entspricht. Der Gleitstift
110 steht mit seinen beiden Enden aus den Längsschlitzen 112 heraus.
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Die Enden sind rechteckig angefast, und sie greifen mit Spiel in die
Ringnut 108 der Gewindenabe 106 ein.
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Man erinnere sich, daß die Gewindenabe 106 drehfest in dem Gehäuse
10 aufgenommen ist und bei einer angetriebenen Drehung der Mutter 100 einen axialen
Hub in dem Gehäuse 10 vollführt. Dieser axiale Hub wird über den Gleitstift 110
auf die mit der Bohrstange 12 mitrotierende Zugstange 54 übertragen. Die Enden des
Gleitstifts 110 laufen dabei in der Ringnut 108 der Gewindenabe 106 um.
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Der Fixierring 96 an der radialen Außenseite des Kupplungsrings
94
ist verdrehsicher in dem Gehäuse 10 aufgenommen.
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Er ist in Axialrichtung unbeweglich zwischen dem Kragen des Kupplungsrings
94 und dem Sicherungsring 98 gefangen; der Kupplungsring 94 kann sich aber auf dem
Fixierring 96 drehen. Der Fixierring 96 wird an seiner dem Kragen des Kupplungsrings
94 abgewandten Stirnfläche von vier Druckfedern 114 beaufschlagt. Die Druckfedern
114 stützen sich mit ihrem anderen Ende an Stellstiften 116 ab, die es erlauben,
das Schaltmoment der Kupplung zu justieren.
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Die Stellstifte 116 sind von außen zugänglich in Bohrungen des Gehäuses
10 aufgenommen. Entsprechend der Vierzahl von Druckfedern 114 sind vier Stellstifte
116 vorhanden, die sich gleichmäßig über den Umfang des Gehäuses 110 verteilen (vgl.
Fig. 5). Die Stellstifte 116 lassen sich mehr oder weniger tief in die Bohrungen
einschrauben, wodurch die Druckfedern 114 mehr oder weniger stark unter Spannung
versetzt werden.
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Die gegen den Fixierring 96 wirkenden Druckfedern 114 spannen den
Kupplungsring/in die in Fig. 3 oben gezeigte, eingerückte Stellung vor. Wie man
in Fig. 3 und Fig. 6 erkennt, sind auf dem Außenmantel des Fixierrings 96 vier in
gleichem Winkelabstand über den Umfang verteilte Kerben 118 ausgenommen, die eine
konische Form mit schrägen Flanken haben.
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Die Kerben 118 arbeiten rastend mit Kugeln 120 zusammen.
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Jeder der Kerben 118 ist eine Kugel 120 zugeordnet. Letztere steht
unter der radial gerichteten Druckkraft einer Vorspannfeder 122, die sich mit einem
Ende an der Kugel 120 und mit dem anderen Ende an einem Schieber 124 abstützt.
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Jeder der Kugel-Vorspannfeder-Kombinationen 120, 122 ist ein Schieber
124 zugeordnet. Die Schieber 124 sind axial beweglich in Gehäusebohrungen gelagert.
Jeder Schieber 124 weist einen Kolben 128 auf, der in der Gehäusebohrung abgedichtet
gleitet. Ein dem Kolben 128 vorgeordneter Arbeitsraum 130 ist mit einer allen Schiebern
124 gemeinsamen Sammelleitung 132 verbunden, die ihrerseits mit einem Anschluß 134
für einen Druckmittelkreis kommuniziert. Es kann sich dabei um einen Kühlmittel-
und/oder Schmiermittelkreis der Werkzeugmaschine oder um einen Druckluftkreis handeln.
Der Kolben 128 wird durch den Druck in diesem Druckmittelkreis betätigt. An dem
Kolben 128 setzt eine Kulisse 136 an, die eine Partie 138 größerer Dicke, eine Partie
140 kleinerer Dicke und eine dazwischenliegende, schräge Rampe 142 besitzt. Das
der Kugel 120 abgewandte Ende der Vorspannfeder 122 läuft auf dieser Kulisse. Die
Vorspannfeder 122 wird durch die Partie 140 kleinerer Dicke weniger, und durch die
Partie 138 größerer Dicke mehr unter Spannung versetzt.
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Geht man nun von der in Fig. 3 unten dargestellten Raststellung des
Fixierrings 96 aus, in der die Kugeln 120 in die Kerben 118 einfallen, so sind die
Schaltkräfte an dem Fixierring 96 wie folgt gewählt. Werden die Vorspannfedern 122
von der Partie größerer Dicke 138 der Kulisse 136 beaufschlagt, wie in Fig. 3 unten
gezeigt, so werden die Kugeln 120 so stark in die Kerben 118 gepreßt, daß die Kraft
der Druckfedern 114 nicht ausreicht, um den Fixierring 96 in Axialrichtung zu bewegen.
Der Fixierring 96 ist also verrastet. Steht hingegen die Partie kleinerer
Dicke
140 der Kulissen 136 mit den Vorspannfedern 122 in Anlage, so ist die Vorspannkraft,
die die Kugeln 120 in den Kerben 118 hält, relativ gering; die Druckfedern 114 sind
daher in der Lage, den Fixierring 96 in Axialrichtung zu bewegen und dabei die Kugeln
120 über die Konusfläche der Kerben 118 radial nach außen zu drücken. Die Verrastung
des Fixierrings 96 wird also aufgehoben.
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Eine Verwendung von vier Raststellen für den Fixierring 96 hat den
Vorteil einer gleichmäßigen Kraftbeaufschlagung.
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Auch ist es so leicht möglich, die erforderliche Haltekraft aufzubringen.
Doch versteht sich, daß auch eine andere Zahl von Raststellen gewählt werden kann.
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Das beschriebene Einstechwerkzeug arbeitet nun wie folgt: Der obere
Teil von Fig. 3 zeigt einen Schaltzustand, der Fig. la der anfänglichen Funktionsbeschreibung
entspricht.
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Die Bohrstange 12 ist in Ruhe. Im Druckmittelkreis 134 steht kein
Druck an. Die Kolben 128 sind entsprechend ausgefahren, und die Partie kleinerer
Dicke 140 der Kulisse 136 steht mit den Vorspannfedern 122 in Anlage. Der Fixierring
96 ist entsprechend durch die Kraft der Druckfedern 114 entrastet. Der Kupplungsring
94 folgt der Axialstellung des Fixierrings 96. Er wird also durch die Druckfedern
114 mit dem Hohlrad 88 gekuppelt. Die Spiralblattfeder 104 ist in der Ruhelage vorgespannt.
Sie hat die Mutter 100 in eineAusgangsstellung zurückgedreht, in der die Gewindenabe
106 in Axialrichtung maximal eingefahren ist. Dasselbe gilt für die Zugstange 54.
Deren axial eingefahrene Stellung entspricht
bei entsprechender
Bewegungsumlenkung (Fig. 7 bis Fig.
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9) einer radial inneren Position des Meißelhalters an der Bohrkrone
18, und die Spitze des in dem Meißelhalter aufgenommenen Einstechstahls 20 befindet
sich an ihrem Startdurchmesser d.
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Wird nun die Spindel der Werkzeugmaschine und damit die Bohrstange
12 in Drehung versetzt, so treibt der Exzenternocken 78 die Koppel 80 an. Der Schaltstift
90 greift in den Zahnkranz des Hohl rads 88 ein und treibt dieses in einer untersetzten
Drehung an. Der eingekuppelte Kupplungsring 94 macht die Drehung mit, und dasselbe
gilt für die kraftschlüssig 102 mitgenommene Mutter 100. Durch den aus Mutter 100
und Gewindenabe 106 bestehenden Gewindetrieb wird die Drehung der Mutter 100 in
eine axiale Hubbewegung der Gewindenabe 106 umgesetzt. Diese wird über den Gleitstift
110 auf die mit der Bohrstange 12 mitrotierende Zugstange 54 übertragen. Die erhaltene
Untersetzung bestimmt sich durch das Untersetzungsverhältnis des Koppelgetriebes
und die Gewindesteigung des Gewindetriebs. Durch entsprechende Bewegungsumlenkung
wird die axiale Ausfahrbewegung der Zugstange 54 in eine radiale Ausfahrbewegung
des rotierenden Einstechstahls 20 umgesetzt. Diese dauert an (Fig.
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lb), bis der Meißelhalter einen voreingestellten Anschlag 26 an der
Bohrkrone 18 erreicht (Fig. 1c).
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Nicht notwendigerweise mit Inbetriebnahme der Spindeldrehung, aber
jedenfalls vor Erreichen des Anschlags 26 wird Druck auf den Druckmittelkreis 134
gegeben. Die Kolben 128 fahren dadurch ein,und die Partie 138 größerer Dicke
beaufschlagt
die Vorspannfedern 122, so daß sich die Halte kraft auf die Kugeln 120 verstärkt.
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Weiterhin ist anzumerken, daß die Drehung der Mutter 100 gegen die
Kraft der Torsionsfeder 104 erfolgt, die dabei gespannt wird.
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Läuft nun der Meißelhalter auf den Anschlag 26 auf, so erfolgt eine
Drehmomentüberhöhung über das normale Betriebsdrehmoment. Das Drehmoment pflanzt
sich durch das Getriebe fort, und die Stirnzahnkupplung rastet gemäß der Darstellung
Fig. 3 unten aus, sobald ein bestimmtes Schaltmoment überschritten wird. Dieses
Schaltmoment hängt von der Kraft der Druckfedern 114 ab, und es läßt sich an den
Stellstiften 116 justieren. Der Kupplungsring 94 wird in Axialrichtung auf die Bohrkrone
18 hin verlagert, wobei der gehäusefeste Fixierring 96 mitgenommen wird. Seine Kerben
118 kommen in Fluchtstellung mit den Kugeln 120, die einrasten und die entkuppelte
Stellung aufrechterhalten. Wie erwähnt, reicht die Kraft der Druckfedern 114 nicht
aus, um den Fixierring 96 und den damit verbundenen Kupplungsring 94 wieder zu entrasten,
solange Druck im Druckmittelkreis 134 ansteht und die Kolben 128 ihre eingefahrene
Stellung einnehmen, in der die Partie 138 größerer Dicke die Vorspannfeder 122 der
Feder-Kugel-Kombinationen beaufschlagt.
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Nach dem Einrasten des Kupplungsrings 94 kommt die Mutter 100 von
der kraftschlüssigen Mitnahme durch die Paßfeder 102 frei. Sie dreht durch die Kraft
der Spiralblattfeder 104 zurück, wodurch eine axiale Rückbewegung der Gewindenabe
106
bewirkt und die Zugstange 54 entsprechend in Axialrichtung zurückgezogen wird. Dies
entspricht der in Fig.
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1c illustrierten, schnellen radialen Rückbewegung des Meißelhalters
mit dem Einstechstahl 20. Bei fortlaufender Bohrstange 12 wird so wieder die Ausgangsstellung
von Zugstange 54, Meißelhalter und Einstechstahl 20 erreicht (Fig. led).
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Das Einstechwerkzeug bleibt in dieser Bereitschaftsstellung, bis eine
Druckabsenkung in dem Druckmittelkreis 134 erfolgt (Fig. le). Sobald das der Fall
ist, fahren die Kolben 128 durch die auf den Rampen 142 der Kulissen 136 lastende
Federkraft 122 in Axialrichtung aus, und die Vorspannfedern 122 werden entlastet.
Die Kraft der Druckfedern 114 reicht nun aus, um die Kugeln 120 auszuheben und den
Kupplungsring 94 wieder mit dem Hohlrad 88 zu kuppeln, worauf ein neuer Arbeitszyklus
beginnt.
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Das beschriebene Einstechwerkzeug verwendet die Druckabsenkung in
einem Kühlmittel- und/oder Schmiermittelkreis oder Druckluftkreis als Startsignal
für einen neuen Arbeitszyklus. Hierbei besteht der Vorteil, daß ein entsprechendes
Drucksignal bei üblichen NC-Werkzeugmaschinen vorhanden und leicht zugreifbar ist.
Doch kann dasselbe Schaltverhalten auch durch ein elektromotorisches oder elektro-magnetisches
Steuersignal erzielt werden.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Einstechwerkzeug mit einem
mechanischen Schaltsignal zu steuern. Man wird dies insbesondere dann tun, wenn
weder ein Drucksignal,
noch ein elektro-magnetisches Steuersignal
zur Verfügung steht. Eine mögliche Ausführungsform ist in Fig. 10 schematisch illustriert.
Man erkennt die in einer Gehåusebohrung aufgenommene Kulisse 136, die von der die
Kugel 120 beaufschlagenden Vorspannfeder 122 abgegriffen wird. Die Kulisse 136 ist
ihrerseits mit einer Feder 144 belastet, entgegen deren Kraft die Schaltbetätigung
erfolgt. Die Feder 144 ist gegen das ins Innere des Gehäuses 10 weisende Ende der
Kulisse 136 abgestützt. Am gegenüberliegenden Ende der Kulisse 136 liegt eine Schaltstange
146 an, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein von der Kulisse 136 separates
Teil bildet. Die Schaltstange ist unverlierbar in der Gehäusebohrung aufgenommen.
Zu diesem Zweck können beispielsweise zwei Sicherungsringe 148 dienen, die zugleich
den Schalthub der Schaltstange 146 begrenzen.
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die Schaltstange 148 ragt mit ihrem Ende über die Stirn fläche 150
des Gehäuses 10 hinaus. Beim Niederdrücken dieses Endes wird die Kulisse 136 in
das Innere des Gehäuses 10 gedrückt. Die Vorspannfeder 122 läuft über die Rampe
142, und sie kommt mit der Partie größerer Dicke 138 der Kulisse 136 zur Anlage,
wodurch sich die Haltekraft auf die Kugel 120 verstärkt. Läßt die Schaltkraft auf
das Ende der Schaltstange 146 nach, so wird die Kulisse 136 durch die Kraft der
Feder 144 in Gegenrichtung bewegt, und die von der Vorspannfeder 122 ausgeübte Haltekraft
auf die Kugel 120 vermindert sich entsprechend.
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Die Betätigung der Schaltstange 146 erfolgt vorzugsweise beim Anziehen
des Werkzeugs. Die Schaltstange 146 kann
dabei mit der Maschinenspindelnase
der Werkzeugmaschine in Anlage stehen und betätigt werden. Zur Durchführung von
Folgezyklen, d. h. zum Setzen mehrerer gleicher Einstiche, muß in diesem Fall das
Werkzeug kurz gelöst und wieder angezogen werden. Selbstverständlich sind aber auch
andere Formen einer mechanischen Betätigung der Schaltstange 146 bzw. Kulisse 136
möglich.
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Das erfindungsgemäße Einstechwerkzeug erlaubt es, eine beliebige Anzahl
von Einstichen gleichen Durchmessers zu setzen. Ein besonderer Vorteil dabei ist,
daß die Einstellung der Einstechtiefe werkstückunabhängig an der Bohrkrone 18 erfolgt.
Man kann die komplette Bohrkrone 18 mit Meißelhalter und Einstechstahl 20 als Auswechselteil
gestalten und mit einer entsprechenden Zahl von Bohrkronen mehrere Voreinstellungen
vornehmen, die durch ein manuelles oder automatisches Auswechseln der Bohrkronen
prompt zur Verfügung stehen.
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Liste der BezugszeicWen 10 Gehäuse 12 Bohrstange 14 Spannkonus 16
Schaft 18 Bohrung 20 Einstechstahl 22 Drehachse 24, 26 Anschlag 28,30, 32 Pfeil
34 Zylinderbohrung 36 Wälzlager 38 Sicherungsring 40 Einstich 42 Kolbenstange 44
Hülse 46 Einstich 48 0-Ring 50 Wälzlager 52 Spannkonus 54 Zugstange 56 Sackbohrung
58 Abplattung 60 Schrägverzahnung 62 Antriebsstange 64,66 Pfeil 68 Geradverzahnung
70 Ritzel 72 Geradverzahnung 74,76 Pfeil 78 Exzenternocken 80 Koppel 82 Schwinge
84,86 Anlenkpunkt 88 Hohl rad 90 Schaltstift 92 Gegenexzenter 94 Kupplungsring 96
Fixierring 98 Sicherungsring 100 Mutter 102 Paßfeder 104 Spiralblattfeder 106 Gewindenabe
108 Ringnut 110 Gleitstift 112 Längsschlitz 114 Druckfeder 116 Stellstift 118 Kerbe
120 Kugel 122 Vorspannfeder 124 Schieber 128 Kolben 130 Arbeitsraum 132 Sammelleitung
134 Druckmittelkreis 136 Kulisse 138 Partie größererDicke 140 Partie kleinerer Dicke
142 Rampe 144 Feder 146 Schubstange 148 Sicherungsring 150 Stirnfläche
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