DE4237102A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Einrollen von Strukturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einrollen von Strukturen in ein in einer Spindel einer Werkzeugmaschine aufgenommenes und drehend angetriebenes Werkstück, um­ fassend ein die Struktur umfangsseitig tragendes Rad und eine das Rad tragende Zustellvorrichtung zum Zustellen des Rades in Richtung auf das Werkstück, um Rad und Werkstück miteinander in Berührung zu bringen.

Erfindungsgemäß sind unter Strukturen insbesondere Rände­ lungen und Beschriftungen zu verstehen.

Es sind aus dem Stand der Technik Rändelräder und Be­ schriftungsräder bekannt, diese werden immer freidrehend auf einer Welle gelagert und dann oberflächig mit dem Werkstück in Berührung gebracht. Bevor das Rändelrad oder Beschriftungsrad das Werkstück berührt hat es eine Um­ fangsgeschwindigkeit null und erst durch die Berührung mit dem Werkstück wird das Rändelrad in Rotation versetzt, wobei nach ungefähr 16 bis 20 Werkstückumdrehungen das Rändelrad oder Beschriftungsrad die richtige Umfangsge­ schwindigkeit aufweist und ein Rändeln mit der gewünschten Teilung erzeugt wird.

Bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Vor­ richtungen besteht das Problem, daß kein Rändeln bei hoher Drehzahl möglich ist, da die für das Rändeln notwendige Bedingung der gleichen Umfangsgeschwindigkeit von Werk­ stück und Rändel- oder Beschriftungsrad nicht schnell genug erreichbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß ein Rändeln bei hohen Drehzahlen des Werkstücks möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Antrieb vorgesehen ist, mit welchem das Rad auf eine vor­ bestimmbare Umfangsgeschwindigkeit antreibbar ist und daß eine Entkopplungseinrichtung zum Herstellen einer freien Drehbarkeit des Rades spätestens bei Berührung zwischen Rad und Werkstück vorgesehen ist.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird somit einerseits durch den Antrieb das Rad auf eine vorbestimmbare Umfangs­ geschwindigkeit gebracht und hat somit nicht die Umfangs­ geschwindigkeit null, so daß das mit dem Werkstück um­ fangsseitig in Berührung gebrachte Rad in ausreichend kurzer Zeit hinsichtlich der Umfangsgeschwindigkeit an die Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks anpaßbar ist. Ferner sieht die erfindungsgemäße Entkopplungseinrichtung noch eine Entkopplung des Antriebs von dem Rad vor, so daß sich das Rad frei drehen kann und bei einer umfangssei­ tigen Berührung zwischen dem Rad und dem Werkstück das Rad durch das Werkstück angetrieben wird und somit in ein­ facher Weise dieselbe Umfangsgeschwindigkeit wie beim Werkstück erreichbar ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt somit einerseits darin, daß das Rad bei der ersten Berührung des Werkstücks nicht die Geschwindigkeit null aufweist, ferner aber auch insbesondere darin, daß kein sehr aufwendiger Antrieb notwendig ist, um das Rad mit genau derselben Um­ fangsgeschwindigkeit wie das Werkstück anzutreiben, son­ dern daß durch die Entkopplung für das nach dem Berühren des Werkstücks frei drehbare Rad automatisch die für das Rändeln oder Beschriftung notwendigen Bedienung der iden­ tischen Umfangsgeschwindigkeiten hergestellt ist.

Hinsichtlich der Entkopplungseinrichtung sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß diese eine Kupplung ist.

Eine derartige Kupplung könnte beispielsweise manuell be­ tätigbar sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn eine Steuerung vorgesehen ist, welche bei Erreichen der vorbestimmbaren Umfangsgeschwindigkeit die Entkopplungs­ einrichtung spätestens bei umfangsseitiger Berührung zwischen Rad und Werkstück betätigt.

Vorzugsweise ist dabei die Steuerung mit einem Drehzahl­ sensor und einem Positionssensor für die Überwachung der Position der Zustellvorrichtung versehen.

Alternativ dazu ist vorgesehen, daß die Entkopplungsein­ richtung ein Freilauf ist. In diesem Fall ist somit keine gesteuerte Entkopplung zwischen einem Antrieb für das Rad und dem Rad selbst notwendig.

Besonders vorteilhaft ist es dabei jedoch, wenn eine Steuerung vorgesehen ist, welche die Zustellvorrichtung derart steuert, daß eine Berührung zwischen dem Rad und dem Werkstück erst nach Erreichen der vorgewählten Um­ fangsgeschwindigkeit erfolgt.

Hinsichtlich des Antriebs für das Rad wurde im Zusammen­ hang mit den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen keine weiteren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß der Antrieb ein mit einem Spindelantrieb gekoppeltes Zwischengetriebe umfaßt, so daß über den Spindelantrieb gleichzeitig ein Antrieb des Rades möglich ist.

Alternativ dazu ist es aber auch vorteilhaft, wenn der Antrieb einen eigenen Motor umfaßt, wobei dieser Motor entweder als hydraulischer Motor oder als Elektromotor ausgebildet sein kann. Dies entbindet die konstruktive Lösung von der Notwendigkeit, ein aufwendiges Zwischenge­ triebe zur Kopplung zwischen dem Rändelrad und dem Spin­ delantrieb vorzusehen.

Hinsichtlich der Umfangsgeschwindigkeit wurden im Zu­ sammenhang mit den bisherigen Ausführungsbeispielen eben­ falls keine weiteren Angaben gemacht. So sieht ein beson­ ders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die vorbe­ stimmbare Umfangsgeschwindigkeit näherungsweise der Um­ fangsgeschwindigkeit des Werkstücks entspricht. In diesem Fall ist bei Eintritt der umfangsseitigen Berührung zwischen Rad und Werkstück in kürzester Zeit dieselbe Um­ fangsgeschwindigkeit zwischen Rad und Werkstück erreicht.

Darüberhinaus ist es vorteilhaft, wenn die vorbestimmbare Umfangsgeschwindigkeit des Rades kleiner ist als die Um­ fangsgeschwindigkeit des Werkstücks, da sich in diesem Fall besonders vorteilhaft ein Freilauf einsetzen läßt, welcher somit eine Kupplung, die durch eine Steuerung be­ tätigt werden muß, nicht notwendig erscheinen läßt.

Konstruktiv besonders vorteilhafte Varianten sehen vor, daß das Rad auf einer angetriebenen Welle sitzt.

Diese Welle ist vorzugsweise in einem Lagerblock gelagert, der seinerseits mittels der Zustellvorrichtung in Richtung der Drehachse bewegbar ist.

Vorzugsweise weist dieser Lagerblock seinerseits noch ein Übertragungselement zum Antrieb der Welle auf und kapselt zweckmäßigerweise noch dieses Übertragungselement.

Konstruktiv besonders vorteilhaft läßt sich eine freie Drehbarkeit der Welle mit möglichst wenig Reibungsver­ lusten dann erreichen, wenn die Entkopplungseinrichtung direkt auf der Welle sitzt, so daß im Fall einer Entkopp­ lung des Rades von dem Antrieb keine peripheren Getriebe­ elemente mitangetrieben werden müssen und somit die freie Drehbarkeit des Rades behindern.

Ferner betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zum Ein­ rollen von Strukturen in ein drehend angetriebenes Werk­ stück mittels eines die Struktur umfangsseitig tragenden Rades, welches in Richtung des Werkstücks zum ober­ flächigen Kontakt mit diesem bewegbar ist.

Die eingangs genannte Aufgabe wird bei diesem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rad auf eine vor­ bestimmte Umfangsgeschwindigkeit gebracht und spätestens bei oberflächigem Kontakt mit dem Werkstück frei drehbar wird.

Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren treten die gleichen Vorteile, wie im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, auf.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die freie Drehbar­ keit des Rades bereits vor dem umfangsseitigen Kontakt zwischen Rad und Werkstück erreicht wird, so daß das durch den Antrieb in Rotation versetzte Rad frei dreht und somit bei umfangsseitiger Berührung zwischen Rad und Werkstück von dem Werkstück relativ schnell ohne Behinderung durch den Antrieb des Rades auf dieselbe Umfangsgeschwindigkeit wie das Werkstück gebracht wird.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn das Rad zuerst auf die vorbestimmte Umfangsgeschwindigkeit gebracht und dann in Richtung auf das Werkzeug zu zum Erreichen eines um­ fangsseitigen Kontakt zwischen diesen bewegt wird.

Darüber hinaus hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn eine zwischen dem Antrieb und dem Rad vorgesehene Kupplung - beispielsweise durch eine entsprechende Steuerung - ge­ löst wird.

Hinsichtlich der vorbestimmten Umfangsgeschwindigkeit wurden bislang keine weiteren Angaben gemacht. So hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die vorbe­ stimmte Umfangsgeschwindigkeit größenordnungsmäßig im Bereich der Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks liegt.

Darüber hinaus hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Rades geringer als die des Werkstücks ist. In diesem Fall lädt sich eine Trennung zwischen dem Antrieb und dem Rad dadurch erreichen, daß über einen Freilauf dem Rad eine größere Drehzahl und somit eine höhere Umfangsgeschwindigkeit gegenüber vorher freigegeben wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen­ stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne­ rischen Darstellung einiger bevorzugter Ausführungsbei­ spiele. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Aus­ führungsbeispiels;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lösung.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist angebaut an eine übliche Drehmaschine 10, welche eine Spindel 12 aufweist, in welcher mittels eines Spannfutters 14 ein Werkstück 16 eingespannt ist, auf welches umfangsseitig eine Rändelung 18 aufgebracht werden soll. Die Spindel 12 ist dabei mittels eines Antriebs 20 antreibbar.

Die als Ganzes mit 22 bezeichnete erfindungsgemäße Vor­ richtung umfaßt ein Rändelrad 24, welches auf einer Welle 26 sitzt, die ihrerseits drehbar in einem Antriebsblock 28 gelagert ist.

In dem Antriebsblock 28 sitzt auf der Welle 26 eine Kupp­ lung 30, welche mit einer Steuerung 32 betätigbar ist.

Die Kupplung 30 ist ihrerseits angetrieben durch ein als Ganzes mit 34 bezeichnetes Zwischengetriebe, welches eine Kraftübertragung von dem Antrieb 20 für die Spindel 12 auf die Kupplung 30 sicherstellt und zwar zum Antrieb der Welle 26 mit einer vorbestimmten Drehzahl, welche dem Rändelrad 24 eine Umfangsgeschwindigkeit verleiht, die ihrerseits ungefähr ähnlich der Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks 16 ist.

Der Lagerblock 28 ist seinerseits auf einer Zustellvor­ richtung 36 gehalten und dadurch in einer Richtung 38 senkrecht zu einer Drehachse 39 der Spindel 12 verschieb­ bar, so daß dadurch das Rändelrad 24 auf das Werkstück 16 bis zur umfangsseitigen Berührung - oder entgegengesetzt - zustellbar ist.

Solange das Rändelrad 24 nicht in oberflächiger Berührung mit dem Werkstück 16 steht, hält die Steuerung 32 die Kupplung 30 im eingekoppelten Zustand, so daß über das Zwischengetriebe 34 bis unmittelbar vor dem Einsatz des Rändelrads 24 eine Kopplung mit dem Antrieb 20 der Spindel 12 und durch entsprechende Wahl des Zwischengetriebes 34 eine Beschleunigung des Rändelrades 24 auf eine derartige Drehzahl erfolgt, daß die Oberflächengeschwindigkeit unge­ fähr ähnlich der Oberflächengeschwindigkeit des Werkstücks 16 ist. Danach erfolgt ein Betätigen der Zustellvorrich­ tung 36 mittels der Steuerung 32 und gleichzeitig ein Lösen der Kupplung 30, so daß das Rändelrad 24 mit der Welle 26 frei drehbar ist und zunächst im wesentlichen mit der im über das Zwischengetriebe 34 vorgegebenen Drehzahl weiterdreht. Erfolgt nun eine Verschiebung des Lagerblocks 28 in Richtung zur Drehachse 39, so kommt das Rändelrad 24 mit seiner Umfangsseite mit einer Umfangsseite des Werk­ stücks 16 in Berührung und beginnt in diesem die Rändelung 18 einzuformen. Während des Einformens der Rändelung 18 dreht sich dann das Rändelrad 24 mit genau der Umfangsge­ schwindigkeit, welche der Umfangsgeschwindigkeit des Werk­ stücks 16 entspricht, wobei in diesem Fall ein Drehantrieb des Rändelrads 24 über das sich drehende Werkstück 16 er­ folgt.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 2, sind diejenigen Teile, die mit denen des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß bezüglich deren Beschreibung auf die Aus­ führungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem zweiten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel an­ stelle des Rändelrads 24 ein Beschriftungsrad 24′ vorge­ sehen, welches die auf das Werkstück 16 aufzubringende Be­ schriftung in erhabener Form trägt.

Darüber hinaus entfällt das Zwischengetriebe, so daß ein Antrieb der Welle 26 und somit des Beschriftungsgrades 24′ nicht mehr über den Antrieb 20 für die Spindel 12, sondern über einen eigenen Antriebsmotor 40 und ein zwischen diesem und der Welle 26 liegendes Getriebeelement 42 er­ folgt. Die Drehzahl des Antriebs 40 wird dabei so gewählt, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Beschriftungsrads 24′ geringfügig unterhalb einer Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks 16 liegt. Mit dem Antrieb 40 erfolgt somit ein Beschleunigen der Drehung des Rändelrads 24′ und zwar auf eine derartige Umfangsgeschwindigkeit, welche ungefähr der Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks 16 in der Spindel 12, angetrieben durch den Antrieb 20 entspricht.

In gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel er­ folgt ein Lösen der Kupplung 30 mittels der hierfür vorge­ sehenen Steuerung 32, wobei die Kupplung 30 bereits beim Zustellen des Beschriftungsrads 24′ kurz vor einem Ober­ flächenkontakt zwischen dem Beschriftungsrad 24′ und dem Werkstück 16 erfolgt. Bei gelöster Kupplung 30 kann sich somit das Beschriftungsrad 24′ frei drehen und wird bei eintretendem Kontakt zwischen einer Umfangsfläche desselben und der Umfangsfläche des Werkstücks 16 von dem Werkstück 16 mit exakt identischer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, so daß die Beschriftung des Werkstücks 16 ohne Versatz erfolgt, da das drehend angetriebene Werk­ stück 16 das Rändelrad 24′ entsprechend mitnimmt.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 3, sind diejenigen Elemente, die mit denen des zweiten und des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich deren Beschreibung auf die Ausführungen zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.

Im Gegensatz zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist das Rad zum Einrollen von Strukturen ein kombiniertes Rändel- und Beschriftungsrad, so daß zusätzlich zum Auf­ bringen der Beschriftung noch ein Aufbringen einer Rände­ lung erfolgt.

Ferner ist im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel anstelle der Kupplung ein Freilauf 30′ vorgesehen und der Motor 40 wird durch die Steuerung 32 so angesteuert, daß er das Rad 24′′ mit einer derartigen Umfangsgeschwindigkeit laufen läßt, die geringfügig kleiner als die niederste mögliche Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks 16 ist. Kommt nun das Rad 24′′ oberflächig mit dem Werkstück 16 durch Betätigung der Zustellvorrichtung 36 in Berührung, so wird der Freilauf 30′ wirksam aufgrund der durch die höhere Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks 16 bedingten zusätzlichen geringfügigen Beschleunigung des Rades 24′′, so daß sich das Rad 24′′ mit genau der Umfangsgeschwin­ digkeit dreht, welche bei einem Anliegen an einer Ober­ fläche des Werkstücks 16 durch dieses Anliegen vorgegeben wird.

Im übrigen wird auf die Ausführungen zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verwiesen.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Einrollen von Strukturen in ein in einer Spindel einer Werkzeugmaschine aufgenommenes und drehend angetriebenes Werkstück, umfassend ein die Struktur umfangsseitig tragendes Rad und eine das Rad tragende Zustellvorrichtung zum Zustellen des Rades in Richtung auf das Werkstück, um das Rad und das Werkstück miteinander in Berührung zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb (34, 40) vorgesehen ist, mit welchem das Rad (24) auf eine vorbestimmte Umfangsgeschwindigkeit antreibbar ist und daß eine Entkopplungseinrichtung (30) zum Herstellen einer freien Drehbarkeit des Rades (24) spätestens bei Berührung zwischen Rad (24) und Werkstück (16) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungseinrichtung eine Kupplung (30) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Steuerung (32) vorgesehen ist, welche bei Erreichen der vorbestimmbaren Umfangsge­ schwindigkeit die Entkopplungseinrichtung (30) spätestens bei umfangsseitiger Berührung zwischen Rad (24) und Werkstück (16) betätigt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungseinrichtung ein Freilauf (30′) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (32) vorgesehen ist, welche die Zustellvorrichtung (38) derart steuert, daß eine Berührung zwischen dem Rad (24) und dem Werkstück (16) erst nach Erreichen der vorbe­ stimmten Umfangsgeschwindigkeit erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein mit einem Spindelantrieb (20) gekoppeltes Zwischengetriebe (34) umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen eigenen Motor (40) umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete daß die vorbestimmbare Um­ fangsgeschwindigkeit näherungsweise der Umfangsge­ schwindigkeit des Werkstücks entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmbare Um­ fangsgeschwindigkeit des Rades (24) kleiner ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks (16).

10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (24) auf einer angetriebenen Welle (26) sitzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle in einem Lagerblock (28) gelagert ist, der seinerseits mittels der Zustellvorrichtung (36) in Richtung der Drehachse (39) bewegbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungsein­ richtung (30) direkt auf der Welle (26) sitzt.

13. Verfahren zum Einrollen von Strukturen in ein drehend angetriebenes Werkstück mittels eines die Struktur umfangsseitig tragenden Rades, welche in Richtung des Werkstücks zum oberflächigen Kontakt mit diesem be­ wegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad auf eine vorbestimmte Umfangsgeschwindigkeit gebracht und spätestens bei oberflächigem Kontakt mit dem Werk­ stück frei drehbar wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Drehbarkeit des Rades bereits vor dem umfangsseitigen Kontakt zwischen Rad und Werkstück erreicht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rad zuerst auf die vorgewählte Um­ fangsgeschwindigkeit gebracht und dann in Richtung auf das Werkzeug zu zum Erreichen eines umfangssei­ tigen Kontakts zwischen Rad und Werkzeug bewegt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Umfangsgeschwin­ digkeit größenordnungsmäßig im Bereich der Umfangsge­ schwindigkeit des Werkstücks liegt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Umfangsgeschwindigkeit des Rades geringer als die des Werkstücks ist.