CH695055A5 - Punktier-Prägekopf. - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung betrifft einen Punktier-Prägekopf nach dem Oberbegriff  des Anspruches 1. 



   Zum Beschriften von metallischen Werkstücken, Werkzeugen oder Platten  werden Vorrichtungen eingesetzt, welche die Schrift als Vertiefung  im Werkstück ausbilden. Die Erfindung betrifft nun Vorrichtungen,  welche die Vertiefungen nicht durch das Abheben von Material, sondern  durch ein Verdichten von Material erzeugen. Diese Vorrichtungen umfassen  einen Punktier-Prägekopf mit einer in Oszillation versetzten Nadel.  Die Spitze der Nadel bewegt sich oszillierend, beispielsweise mit  einer Frequenz von 300 Hz entlang ihrer Achse vor und zurück. Der  Hub der Nadelspitze kann bei 1-2 mm liegen. Im Kontakt mit einer  Metalloberfläche verdichtet die schwingende Nadel das Metall bei  der Nadelspitze.

   Der Punktier-Prägekopf wird entsprechend der gewünschten  Beschriftung geführt und hinterlässt dabei am Werkstück dicht aneinander  gereihte Vertiefungspunkte, die aufgrund der hohen Schwingungsfrequenz  als Vertiefungslinie erscheinen. Punktier-Prägeköpfe können auf allen  Maschinen und Führungsvorrichtugen eingesetzt werden, welche die  zur Erzeugung des gewünschten Schriftzuges benötigte Relativbewegung  zwischen dem Werkstück und dem Punktier-Prägekopf ermöglichen. Dies  sind vor allem Fräsmaschinen und Drehzentren, aber auch Graviermaschinen,  Linearbewegungssysteme, und Kopiervorrichtungen. 



   Bei den bekannten Lösungen ist die Nadel des Punktier-Prägekopfes  jeweils linear beweglich geführt und mit einer Kraftaufnahmefläche  sowie einer Rückstelleinrichtung, vorzugsweise einer Rückstellfeder,  verbunden. Die Kraftaufnahmefläche setzt einen von der Druckluft  erzeugten Druck in eine Kraft um, die über der Rückstellkraft liegt.  Dadurch wird die Nadel gegen die zu bearbeitende Fläche gepresst.  Zum Rückstellen der Nadel, muss der an die Kraftaufnahmefläche anliegende  Luftdruck abgebaut werden, so dass die Rückstelleinrichtung die Nadel  in die Ausgangsstellung zurückbewegen kann. Um immer die gleiche  Punktierfrequenz zu erzielen, schlägt die EP 0 402 754, vor die Punktierfrequenz  zu erfassen und entsprechend    der Abweichung von einer gewünschten  Frequenz den Speisedruck mit einem Druckregulierventil zu verändern.

                                                             



   Es hat sich nun gezeigt, dass bei Bearbeitungsmaschinen wie etwa  Fräsmaschinen und Drehzentren im Bereich der Werkzeugaufnahme häufig  keine Druckluft zur Verfügung steht. Zudem sind die neuen Bearbeitungsstationen  auf einen automatischen Werkzeugwechsel ausgelegt. Dieser automatische  Wechsel soll auch mit einem Punktier-Prägekopf möglich sein. Wenn  nun ein Punktierprägekopf aus dem Stande der Technik eingesetzt würde,  so müsste auch eine Druckluftquelle bereitgestellt und insbesondere  an den Punktier-Prägekopf angeschlossen werden, was meist mit einem  zu hohen Aufwand verbunden ist. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Punktier-Prägekopf  zu finden, der einfach aufgebaut ist und ohne Druckluft betrieben  werden kann. 



   Zur Lösung der Aufgabe wird ein Punktier-Prägekopf mit den Merkmalen  des Anspruches 1 verwendet. Die abhängigen Ansprüche beschreiben  alternative bzw. vorteilhafte Ausführungsvarianten. 



   Beim Lösen der Aufgabe wurde in einem ersten erfinderischen Schritt  erkannt, dass bei den Fräsmaschinen und Drehzentren vermehrt mit  Flüssigkeit gekühlte Werkzeuge eingesetzt werden, wobei die Speisung  mit Kühlflüssigkeit durch die Werkzeugaufnahme erfolgt. Weil die  Kühlkanäle in den Werkzeugen kleine Querschnitte haben und zum Kühlen  ein genügend grosser Kühlmittel-Durchsatz gewährleistet werden muss,  erfolgt die Speisung mit Kühlflüssigkeit meist mit Förderdrucken  im Bereich von 5 bis 80 bar. In einem zweiten erfinderischen Schritt  wurde erkannt, dass die unter hohem Druck bereitstehende Kühlflüssigkeit  anstelle der Druckluft zum Antreiben der Nadelbewegung eingesetzt  werden kann.

   Wenn Punktier-Prägeköpfe, die mit Druckluft eingesetzt  werden, mit Kühlfüssigkeit unter Druck gespiesen werden, so kann  die gewünschte Nadelbewegung nicht erreicht werden. 



   Die Nadel der bekannten mit Druckluft betriebenen Punktier-Prägeköpfe  ist jeweils linear beweglich geführt und mit einer Kraftaufnahmefläche  sowie einer Rückstelleinrichtung, vorzugsweise einer Rückstellfeder,  verbunden. Die Kraftaufnahmeflä   che setzt einen von der Druckluft  erzeugten Druck in eine Kraft um, die über der Rückstellkraft liegt.  Dadurch wird die Nadel gegen die zu bearbeitende Fläche gepresst.  Zum Rückstellen der Nadel muss der an die Kraftaufnahmefläche anliegende  Luftdruck abgebaut werden, so dass die Rückstelleinrichtung die Nadel  in die Ausgangsstellung zurück bewegen kann. Grundsätzlich gibt es  zwei verschiedene Lösungen, den benötigten Druckaufbau und -abbau  zu erzeugen. Bei einer steuerungstechnisch aufwendigeren Lösung wird  ein steuerbares Ventilsystem eingesetzt, welches den Auf- und Abbau  des Druckes erzielt.

   Diese Lösung ist insbesondere bei der Verwendung  von Kühlflüssigkeit als antreibendes Fluid zu aufwendig, weil an  der Bearbeitungsmaschine oder am Werkzeugadapter ein steuerbares  Ventil eingesetzt werden müsste und eine Steuerung zum Erzeugen der  Druckschwankungen vorgesehen werden müsste. Nebst den Änderungen  an der Maschine oder am Adapter müsste nach dem automatischen Einsetzen  des Punktier-Prägekopfes ein Anschluss- oder Einschaltschritt durchgeführt  werden. Bei einer im Wesentlichen steuerungsfreien Lösung mit Druckluft  wird der Druck einer kontinuierlichen Druckluftzuführung durch eine  Druckluft-Auslassanordnung im Bereich der Nadel bei vorgestossener  Nadel abgebaut.

   Aufgrund des Druckabbaus wird die Nadel mit der Kraftaufnahmefläche  von der Rückstelleinrichtung zurückgestellt und die Auslassvorrichtung  verschlossen, so dass sich erneut ein Druck aufbaut. Es hat sich  nun gezeigt, dass diese passive Lösung bei der Verwendung einer unter  Druck stehenden Kühlflüssigkeit nicht funktioniert. Dies liegt daran,  dass die Kühlflüssigkeit im Vergleich zur Luft inkompressibel ist  und daher keine Federeigenschaft hat. Aufgrund der fehlenden Federeigenschaft  kann auch im Zusammenwirken mit der Rückstellfeder kein Schwingsystem  entstehen. 



   In einem weiteren erfinderischen Schritt wurde erkannt, dass die  Antriebswirkung der Kühlflüssigkeit über ein Turbinenelement erzielt  werden soll, welches von der Kühlflüssigkeit in Drehbewegung versetzbar  ist. Das Turbinenelement soll drehbar gelagert und mit einem Schaufel-  oder Flügelbereich an einen Kühlmittelfluss anschliessbar sein. Die  Drehbewegung des Turbinenelementes kann beispielsweise über Nocken  eine linear geführte Nadel mit einer Rückstelleinrichtung, vorzugsweise  mit einer Rückstellfeder, in die gewünschte Schwingbewegung versetzen.

    Um auf eine mechanische Übertragung der Bewegung verzichten zu können,  wird das Turbinenelement oder ein damit verbundenes Teil vorzugsweise  als Drehventil ein   gesetzt, das phasenweise Kühlflüssigkeit einer  Kraftaufnahmefläche der Nadel zuführt und phasenweise Kühlflüssigkeit  von dieser Kraftaufnahmefläche wegführt, so dass der Druck bei der  Kraftaufnahmefläche auf- und abgebaut wird und im Zusammenwirken  mit der Rückstelleinrichtung eine Schwingbewegung erzielbar ist.  Das heisst also, dass die Drehbewegung des Turbinenelementes über  eine Übertragungseinrichtung die Schwingbewegung der Nadel erzielbar  macht. 



   Mit dem Turbinenelement, einer Übertragungseinrichtung, der Nadel  und der Rückstelleinrichtung kann ein einfach aufgebauter Punktier-Prägekopf  bereitgestellt werden, der die Schwingbewegung der Nadel ausgehend  von unter Druck stehender Flüssigkeit ohne aktive Steuerung, also  passiv, erzielbar macht. Eine solche Lösung ist ohne zusätzlichen  Aufwand vielfältig einsetzbar, insbesondere auch an Bearbeitungsmaschinen  mit automatischem Werkzeugwechsel. Es hat sich gezeigt, dass Ausführungen  dieser Lösung auch mit Druckluft betrieben werden können, insbesondere  wenn eine mechanische Übertragung eingesetzt wird. 



   Bei einer bevorzugten Lösung umfasst der oszillierende Teil am einen  Ende die Kraftaufnahmefläche, am andern Ende die Nadelspitze und  dazwischen einen Mittelbereich zum Anordnen der Rückstellfeder. Die  Nadel ist im Bereich ihres freien Endes und/oder im Bereich der Kraftaufnahmefläche  in einer entsprechenden Bohrung bzw. Führungshülse geführt. Durch  eine gute Führung des oszillierenden Teils, vorzugsweise sowohl beim  freien Nadelende als auch im Bereich der Kraftaufnahmefläche, kann  gewährleistet werden, dass der oszillierende Teil bei gleichem Kühlflüssigkeits-Speisedruck  im Wesentlichen mit der jeweils gewünschten bzw. gleichen Frequenz  schwingt. Diese Führung kann Kippbewegungen und somit ein Verklemmen  der Nadel im Wesentlichen verhindern.

   Es versteht sich von selbst,  dass auch andere Führungsanordnungen so ausgebildet werden können,  dass deren Führungseigenschaften genügen. 



   Die Zeichnungen erläutern die erfindungsgemässe Lösung anhand eines  Ausführungsbeispieles. Dabei zeigt      Fig. 1 einen Längsschnitt  durch einen Punktier-Prägekopf, der in eine Werkzeugaufnahme eingesetzt  ist,       Fig. 2 ein Teilschnitt A-A gemäss Fig. 1, und      Fig. 3 einen Schnitt durch eine mechanische Übertragungseinrichtung  



   Fig. 1 zeigt einen Punktier-Prägekopf 1, der einen Steuerteil 2 und  eine Traghülse 3 mit einem beweglichen Teil 4 umfasst. Der Punktier-Prägekopf  1 ist in einen Adapter 5 eingesetzt, welcher zum Befestigen des Punktier-Prägekopfes  1 an der Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsmaschine ausgebildet  ist. Der bewegliche Teil 4 umfasst eine Nadel 8 und einen Abschlussteil  10 mit einer Kraftaufnahmefläche 11. Die Nadel 8 ist mit einem zylindrischen  Endbereich 9 des Abschlussteiles 10 in einer ersten Führungshülse  15 geführt. Die Nadel 8 erstreckt sich entlang der Bewegungsachse  12 und wird von einer zweiten Führungshülse 13 beim Austritt aus  der Traghülse 3 geführt. Durch die an den beiden Endbereichen der  Nadel angeordneten Führungsbereiche kann eine optimale Geradführung  der Nadelbewegung gewährleistet werden.

   Zwischen der zweiten Führungshülse  13 und dem Abschlussteil 10 ist in der Traghülse 3 um die Nadel 8  ein Freiraum zur Aufnahme einer Rückstellfeder 14 ausgebildet. Die  Nadel 8 wird von der Rückstellfeder 14 gegen die erste Führungshülse  15 gedrückt, wobei ein Anschlagsbereich des Abschlussteiles 10 an  der ersten Führungshülse 15 anliegt. Um den möglichen Hub der Nadel  zu beschränken, wird gegebenenfalls an der Innenfläche der Traghülse  3 ein nicht eingezeichneter Anschlagsbereich ausgebildet, an dem  der Abschlussteil 10 bei genügend weit vorgeschobener Nadel 8 ansteht.  Ein solcher Anschlagsbereich würde verhindern, dass der zylindrische  Endbereich 9 aus der ersten Führungshülse 15 austreten kann. 



   Der Steuerteil 2 umfasst ein Steuergehäuse 20 und ein darin angeordnetes  Turbinenelement 21, welches um eine Turbinenachse 21a drehbar gelagert  ist. Im Steuergehäuse 20 ist eine an die Aussenform des Turbinenelementes  21 angepasste Ausnehmung ausgebildet. Für die Drehlagerung des Turbinenelements  21 sind in Achsrichtung an den beiden Endbereichen Drehlager 22 vorgesehen.  Die Drehlager 22 sind vorzugsweise als Gleit-, gegebenenfalls aber  auch als Rolllager, insbesondere Kugellager, ausgebildet. Dabei muss  das verwendete Lager mit der verwendeten Kühlflüssigkeit verträglich  sein. Das Turbinenelement 21 umfasst einen in Fig. 2 dargestellten  Schaufelbereich 23 mit schaufelartigen Vorsprüngen 23a, die radial  vorstehen.

   Zu diesem Schaufelbereich 23 führen durch das Steuergehäuse  20 ein    Turbinen-Zuführkanal 24 und ein Turbinen-Auslasskanal 25,  so dass Kühlflüssigkeit durch den Turbinen-Zuführkanal 24 zum Schaufelbereich  23 gelangt, das Turbinenelement 21 in Drehung versetzt und durch  den Turbinen-Auslasskanal 25 aus dem Steuergehäuse 20 austritt. Es  versteht sich von selbst, dass die Kanalrichtungen und die Ausgestaltung  der Vorsprünge 23a so gewählt werden sollten, dass die gewünschte  Drehbewegung möglichst effizient erzielt wird. 



   Die Drehbewegung des Turbinenelementes 21 wird über eine Übertragungseinrichtung  in eine Schwingsanregung der Nadel übertragen. Die Übertragungseinrichtung  umfasst dazu beispielsweise gemäss Fig. 3 zumindest einen vom Turbinenelement  21 vorstehenden Nocken 26, der bei der Drehung des Turbinenelementes  21 um die Turbinenachse 21a die Kraftaufnahmefläche 11 und damit  die Nadel 8 von der Turbinenachse 21a weg stösst, wobei die Rückstellfeder  14 die Kraftaufnahmefläche 11 gegen den Nocken 26 drückt. Es versteht  sich von selbst, dass pro Umdrehung des Turbinenelementes 23 auch  mehr als ein Hub vorgesehen werden kann. Dazu müsste am Umfang des  Turbinenelementes 23 mehr als ein vorstehender Nocken ausgebildet  werden.

   Durch die Wahl der Nockenform und/oder durch das Einsetzen  von Federelementen kann gewährleistet werden, dass das Turbinenelement  21 mit dem mindestens einen Nocken ohne unnötig hohen Anlaufwiderstand  in Drehung versetzt werden kann. 



   Um auf eine mechanische Übertragung der Bewegung verzichten zu können,  wird das Turbinenelement 21 gemäss Fig. 1 vorzugsweise als Drehventil  eingesetzt, das der Kraftaufnahmefläche 11 phasenweise unter Druck  Kühlflüssigkeit zuführt und phasenweise Kühlflüssigkeit von dieser  Kraftaufnahmefläche wegführt, so dass der Druck bei der Kraftaufnahmefläche  auf- und abgebaut wird und im Zusammenwirken mit der Rückstelleinrichtung  eine Schwingbewegung erzielbar ist. Um diese Ventilfunktion zu ermöglichen,  wird im Turbinenelement 21 beispielsweise zumindest eine Bohrung  27 schief zur Turbinenachse 21a ausgebildet, so dass deren Ein- bzw.  Austrittsöffnungen nach einer Drehung des Turbinenelementes 21 um  180 DEG  so versetzt sind, dass zwei verschiedene Anschlusssituationen  entstehen.

   In der einen Anschlusssituation - ausgezogene Linien -  schliesst die Bohrung 27 an einen Ventil-Zuführkanal 28 an, welcher  einen Teilstrom der Kühlfüssigkeit von einem Speisekanal 29 weiterleitet.  In der anderen Anschlusssituation - strichpunktierte    Linien -  schliesst die Bohrung 27 an einen Ventil-Auslasskanal 30 an, durch  den die Flüssigkeit aus dem Steuergehäuse 20 austreten kann. In beiden  Anschlusssituationen schliesst die Bohrung 27 auch an einen der Kraftaufnahmefläche  11 zugeordneten Hohlraum 31 an. Es versteht sich von selbst, dass  das alternierende Zu- und Wegführen von Flüssigkeit auch mit anderen  Bohrungen und Zuführ- sowie Auslasskanälen erzielbar ist. Insbesondere  können anstelle von Bohrungen auch Ausfräsungen vorgesehen werden.

    Mit den Bohrungen und/oder Ausfräsungen werden Steuerkanäle bereitgestellt,  welche die gewünschte Ventilfunktion gewährleisten. 



   Der Speisekanal 29 wird beim Einsetzen des Punktier-Prägekopfes 1  in den Adapter 5 mit einer Zuführleitung 6 für Kühlflüssigkeit in  Verbindung gebracht. Um ein Austreten von Kühlflüssigkeit zwischen  dem Adapter 5 und dem Punktier-Prägekopf 1 zu verhindern, wird vorzugsweise  eine Dichtungsanordnung, insbesondere ein in einer Nut angeordneter  Dichtungsring 32, eingesetzt. Die Zuführleitung 6 des Adapters 5  wird von der Werkzeugaufnahme der Bearbeitungsmaschine mit Flüssigkeit  unter Druck gespiesen.

Claims (6)

1. Punktier-Prägekopf mit einer Traghülse (3) und einem darin längs einer Bewegungsachse (12) beweglichen Teil (4), der eine Nadel (8) und zum Vorstossen der Nadel (8) eine Kraftaufnahmefläche (11) umfasst, wobei die Nadel (8) entlang der Bewegungsachse (12) durch zumindest ein Führungselement (13, 15) geführt aus der Traghülse (3) vorsteht sowie eine Rückstelleinrichtung (14) zum Rückstellen des beweglichen Teils (4) kraftwirksam zwischen der Traghülse (3) und dem beweglichen Teil (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Steuergehäuse (20) ein Turbinenelement (21) um eine Turbinenachse (21a) drehbar angeordnet und zum Erzeugen einer Drehbewegung mit einem Fluid unter Druck beaufschlagbar ist, wobei ein Zuführkanal (24) das Fluid zum Turbinenelement (21) zuführbar macht, das Turbinenelement (21) um die Turbinenachse (21a)

angeordnete Vorsprünge (23a) umfasst und die Drehbewegung des Turbinenementes (21) über eine Übertragungseinrichtung Stosskräfte auf die Kraftaufnahmefläche (11) übertragbar macht.

2. Punktier-Prägekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden Vorsprünge (23a) des Turbinenelementes (21) radial abstehen und einen Schaufelbereich 23 bilden.

3. Punktier-Prägekopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Drehlagerung des Turbinenelementes (21) in Achsrichtung an den beiden Endbereichen Drehlager (22) angeordnet sind, die als Gleitlager oder als Rolllager, insbesondere Kugellager, ausgebildet sind.

4.

Punktier-Prägekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung ein am Turbinenelement (21) angeordnetes Drehventil umfasst, das der Kraftaufnahmefläche (11) phasenweise Fluid unter Druck zuführt und phasenweise Fluid von dieser Kraftaufnahmefläche (11) wegführt, so dass der Druck bei der Kraftaufnahmefläche auf- und abgebaut wird und im Zusammenwirken mit der Rückstelleinrichtung eine Schwingbewegung der Nadel (8) erzielbar macht.

5. Punktier-Prägekopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehventil im Turbinenelement (21) zumindest einen Steuerkanal (27) umfasst, der schief zur Turbinachse (21a) ausgebildet ist und dessen Ein- bzw.

Austrittsöffnungen nach einer Drehung des Turbinenelementes (21) um 180 DEG so versetzt sind, dass zwei verschiedene Anschlusssituationen entstehen, wobei der Steuerkanal (27) einerseits in beiden Anschlusssituation an einen der Kraftaufnahmefläche (11) zugeordneten Hohlraum (31) und andererseits in der einen Anschlusssituation an einen Zuführkanal (28) sowie in der anderen Anschlusssituation an einen Auslasskanal (30) anschliesst.

6.

Punktier-Prägekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung zumindest einen vom Turbinenelement (21) vorstehenden Nocken (26) umfasst, der bei der Drehung des Turbinenelementes (21) um die Turbinenachse (21a) die Kraftaufnahmefläche (11) und damit die Nadel (8) von der Turbinenachse (21a) weg stösst, wobei die Rückstelleinrichtung (14) die Kraftaufnahmefläche (11) gegen den Nocken (26) drückt.