DE102004028130B4

DE102004028130B4 - Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen mit sphärischen Oberflächen

Info

Publication number: DE102004028130B4
Application number: DE200410028130
Authority: DE
Inventors: Klaus Kastner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: DE102004028130A1

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen mit sphärischer Oberfläche durch eine Drehbearbeitung bestehend aus
a) einer Basis (1) mit der
b) zwei zueinander parallel angeordnete Arme (2, 3) über
c) erste Gelenke (4, 5) verbunden sind, die
d) an ihren freien Enden zweite Gelenke (6, 7) aufweisen, die
e) an einem Werkzeugträger (8) angeordnet sind, der ein Werkzeug, insbesondere einen Schneidstahl (9) für die Bearbeitung des Werkstücks (10) trägt, wobei
f) der Halter für das Werkstück (10) und/oder die Basis (1) aufeinander zu bewegbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen mit sphärischen Oberflächen durch eine Drehbearbeitung z.B. durch spanabhebende Formgebung (Holz, Stahl) oder durch Abrasion bei anderen Materialien wie z.B. Stein.

Bekannte Vorrichtungen zur Herstellung von sphärischen Gegenständen weisen den Nachteil auf, dass mit Ihnen nur eine konvexe Formgebung (Kugel) oder eine konkave (Napf) möglich ist, außerdem sind diese Vorrichtungen kompliziert aufgebaut und somit verhältnismäßig teuer, s. z.B. die US 4,083,272 A , wo eine Vorrichtung zur Herstellung sphärischer und asphärischer hochpräziser Teile gezeigt ist, die Apparatur ist entsprechend aufwändig konstruiert.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe ohne wesentliche Konstruktionsänderung sowohl konvexe sphärische, d.h. Kugeln oder konkave Gegenstände, Näpfe, Mulden, Ringe oder dergl. hergestellt werden können. Dabei soll mit dieser Vorrichtung unter Änderung des Werkzeuges (Schneidstahl, Schleifkörper) sowohl eine spanabhebende als auch eine abrasive Bearbeitung möglich sein.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen mit sphärischer Oberfläche durch eine Drehbearbeitung, bestehend aus einer Basis, mit der zwei zueinander parallel angeordnete Arme über erste Gelenke verbunden sind, die an ihren freien Enden zweite Gelenke aufweisen, die an einem Werkzeugträger angeordnet sind, der ein Werkzeug – insbesondere einen Schneidstahl – für die Bearbeitung des Werkstücks trägt, wobei der Halter für das Werkstück und/oder die Basis aufeinander zu bewegbar sind.

Die Mechanik dieser Vorrichtung besteht aus einer Parallelogrammführung für den Werkzeugträger, welcher parallel zur Basis schwenkbar mit diesem über die ersten und zweiten Gelenke und den zwischen diesen angeordneten Armen verbunden ist. Bei Bewegung des Werkzeughalters führt dieser (an seinem dem Werkstück zugekehrten Ende die z.B. den Schneidstahl trägt) eine Kreisbewegung um die Hochachse aus. Rotiert man wie bekannt ein Werkstück um die Horizontalachse und bringt den Stahl an diesem in Eingriff, so wird dieses bei Bewegung des Stahls sphärisch abgetragen. Das Besondere dabei ist, dass beim Schwenken des Werkzeugträgers vor den Lagern der Basis, wobei sich die Lager des Werkzeugträgers in einer Kreisebene zwischen dem Werkstück und den Lagern der Basis bewegen, ein konvexer Abtrag geschieht, andererseits beim Schwenken in der rückwärtigen Stellung der Basis ein konkaver, der eine Halbkugel entstehen lässt. In letzterem Falle ist gegebenenfalls zwischen der Basis und dem Werkstück ein entsprechender Abstand vorzusehen, d.h. der Werkzeugträger ist gegenüber der Basis erhöht angeordnet, was z.B. durch entsprechende Neigung der Arme gegenüber der Horizontalen leicht möglich ist. Der zum Drehen erforderliche Vorschub kann entweder über die Basis selbst erfolgen, oder aber das Werkzeug (z.B. der Schneidstahl) wird relativ zum Werkzeugträger bewegt, wie später noch detailliert ausgeführt.

Der Antrieb für die reversierende Schwenkbewegung der Arme sowie die Zustellung des Werkzeugs können motorisch oder in besonders kostengünstiger Weise von Hand erfolgen. Vorteilhaft ist weiterhin die Verwendung eines insbesondere kreisförmig ausgerundeten Werkzeugs.

Um ein genaues Arbeiten zu gewährleisten, ist natürlich für Spielfreiheit der Lager zu sorgen. Insbesondere ist der Abstand zwischen dem Werkzeugträger und der Basis veränderbar, um unterschiedliche Sphärenradien zu ermöglichen, wozu in einfacher Weise die den Werkzeugträger haltenden Arme längenverstellbar sind. Dabei kann die Armlänge auch unterschiedlich sein, um nicht kreisrunde Profile zu erzeugen, wobei dann z.B. an einem der hinteren Lager entsprechende Kulissenführungen für diese vorzusehen sind.

In einfacher Weise sind die Arme (bzw. der Werkzeugträger) mit einem Spindelantrieb, bestehend aus einer z.B. handbetriebenen Spindel und einer mit den Armen – über den Werkzeugträger – verbundenen Schnecke ausgestattet, so dass diese bei Rechts-/Linkslauf der Spindel die gewünschte Schwenkbewegung ausführen. In besonders bevorzugter Weise sind die Arme als Schlitze von Drehtellern ausgebildet, in denen die Lager der Basis in der gewünschten Stellung fixierbar sind, wobei dann die Drehteller mit je einem Schneckenrad versehen sind. Auf diese Weise kann ein besonders starrer Verbund geschaffen werden, der für Präzision beim Materialabtrag sorgt. Die Lagerung dieser Teller kann vorteilhaft derart geschehen, dass diese randseitig mit Führungselementen versehen werden, die damit sehr große Hebelkraft erlauben und ein Schwingen des Systems unterbinden.

Dafür können die Teller randseitig mit umlaufenden Nuten versehen werden, in die Drehtellerführungen eingreifen. Eine solche Lösung ist insofern vorzuziehen, als übergreifende Backen die Armlager behindern können und die Teller daher größer als eigentlich erforderlich ausgebildet sein müssen.

Die Führungen sind dazu als Federn an Kreissegmente angeformt, die in die Nuten hineinreichen, wobei die z.B. gegenüberliegend angeordneten Kreissegmente mit dem Maschinenfundament verbunden sind. Bildet man die Kreissegmente gestuft aus, wobei die gegenüber den Zungen zurückspringenden Stirnflächen der Segmente an den Scheiben oberhalb und unterhalb peripher anliegen, so kann grundsätzlich auch auf ein zentrales Tellerlager verzichtet werden, da die Rotationsgeschwindigkeit der Teller bei der reversierenden Drehbewegung sehr niedrig ist und eine derartige Reiblagerung ausreicht. Umgekehrt können natürlich auch die Teller Federn und die Kreissegmente Nuten aufweisen.

In bevorzugter Weise ist der Zustellantrieb für den Schneidstahl – oder das Abrasionswerkzeug – auf dem Werkzeugträger angeordnet, da dieser bei Verwendung eines Handrades für den Vorschub des Stahls damit nahe am Werkstück betätigt werden kann.

In an sich bekannter Weise ist dazu ein Schlitten auf dem Werkzeugträger vorgesehen, der mit Spindeltrieb betätigt wird.

Weiterhin ist es möglich, bei einem Einsatz einer Drückrolle, Schalen aus Kupfer zu drücken.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen
1 und 2 das Prinzip der vorliegenden Erfindung einmal in Stellung zur konkaven (1) und einmal zur konvexen (2) Werkstückbearbeitung.
3 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 eine Draufsicht und
5 eine Rückansicht dieser Vorrichtung.
In 1 ist das Funktionsprinzip der Vorrichtung gezeigt. Diese besteht aus der Basis 1 an der über die Gelenke 4, 5 die Arme 2, 3 befestigt sind, die an ihren anderen Enden über zweite Gelenke 6, 7 mit dem Werkzeugträger 8 verbunden sind, so dass eine Parallelogrammführung vorliegt. Der Werkzeugträger 8 ist mit einem Werkzeug 9 (Schneidstahl oder dergleichen) ausgestattet. Bewegt man dessen Werkzeugträger 8, so vollführt das Werkzeug 9 eine Kreisbewegung um die Hochachse und ein um die Horizontalachse rotierendes Werkstück wird sphärisch abgetragen. In der vorliegenden Darstellung, wo die Spitze des Werkzeugs 9 vor dem Kreismittelpunkt 24 bewegt wird, entsteht somit ein konkaver Gegenstand, z.B. eine Holzschale. Dabei ist der Schneidstahl insbesondere halbrund oder rund ausgebildet. Dabei kann die Basis 1 auch seitlich verstellbar ausgeführt sein, um das Werkzeug zu justieren.
In der 2 ist die zweite Verwendungsart der Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Werkzeugträger eine nach rückwärts gerichtete Bewegung ausführt, wobei die Spitze des Werkzeugs hier hinter dem Kreismittelpunkt 24 läuft und somit eine Halbkugel herstellt.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Auf der Basis 1 sind zwei Kreisscheiben als Drehteller 14 angeordnet, die Schlitze 13 aufweisen, in welche Gewindestifte 25 eingreifen, die für den darauf liegenden Werkzeughalter 8 die zweiten Drehlager 6, 7 bilden, wobei die ersten Drehlager in diesem Falle durch die Mittelpunkte der Drehteller 14 gebildet werden.
Die Basis 1 trägt eine Spindel 11 mit einem Handrad 26, die Schnecken 12 aufweist, welche mit Schneckenrädern 27 kämmt (4) und die Drehteller 14 antreibt, so dass letztlich das Schneidwerkzeug 9 am Werkstück die gewünschte Halbkreisbewegung ausführt.
Auf dem Werkzeugträger 8 ruht ein Schlitten 20, der von einer Gewindestange 21 angetrieben wird, die in einem auf den Schlitten 20 gestellten Stahlträger 22 eingreift und mit einer Gewindemuffe 28 kämmt. Diese Spindel 11 ist frei drehbar in einem mit dem Werkzeugträger 8 verbundenen Steg 29 gehalten und weist ebenfalls ein Handrad 26 auf.
Der Stahlhalter 22 trägt den Drehstahl 9, welcher damit gegenüber den Drehtellern 14 erhöht ist (Spitzenhöhe) und Platz lässt für das rotierende, von einem Motor angetriebene und in einer eigenen Werkstückaufnahme gehaltene Werkstück.
In der Draufsicht der 4 sind die beiden Drehteller 14 dargestellt, die über das (untere) Handrad 26 in eine gleichsinnige reversierende Drehbewegung mit Hilfe der Spindel 11 und den Schnecken 12 versetzt werden können. Die die Funktion der Arme 2 (1) übernehmenden Schlitze 13 tragen die zweiten Gelenke 6, die Funktion der ersten Gelenke (4, 5, 1) wird hier von den Drehtellermittelachsen übernommen. Die Teller 14 rotieren in backenförmigen Führungen 16, 17, die diese peripher umfassen und gleitend (spielfrei) anliegen, so dass relativ große Momente aufgenommen werden und ein starrer Verbund entsteht.
Auf dem Werkzeugträger 8 läuft der Schlitten 20 der den Stahlträger 22 trägt und von der Gewindestange 21 angetrieben ist, um das Werkzeug (nicht gezeigt) an das Werkstück 10 heranzuführen.
5 zeigt die Basis 1 sowie einen Drehteller 14, der eine umlaufende Nut 18 besitzt, in die entsprechende kreisbogenförmig angeordnete Federn der Führungen (16, 17, 4) eingreifen und so die Drehteller 14, 15 vertikal sichern. Weiterhin ist der Schlitten 20 dargestellt, der auf einer Schiene 30 läuft, auf welcher der Stahlträger 22 ruht.
Dargestellt sind ferner die Handräder 26 sowie eine der radförmigen Schnecke 12 für den Antrieb der Drehteller 14.

1: Basis
2, 3: Arm
4, 5: erstes Gelenk
6, 7: zweites Gelenk
8: Werkzeugträger
9: Schneidstahl
10: Werkstück
11: Spindel
12: Schnecke
13: Schlitze
14: Drehteller
15: Drehteller
16: Führung
17: Führung
18: Nuten
19: Federn
20: Schlitten
21: Gewindestange
22: Stahlträger
23: Schneidstahlhalter
24: Kreismittelpunkt
25: Gewindestifte
26: Handrad
27: Schneckenräder
28: Gewindemuffe
29: Steg

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen mit sphärischer Oberfläche durch eine Drehbearbeitung bestehend aus a) einer Basis (1) mit der b) zwei zueinander parallel angeordnete Arme (2, 3) über c) erste Gelenke (4, 5) verbunden sind, die d) an ihren freien Enden zweite Gelenke (6, 7) aufweisen, die e) an einem Werkzeugträger (8) angeordnet sind, der ein Werkzeug, insbesondere einen Schneidstahl (9) für die Bearbeitung des Werkstücks (10) trägt, wobei f) der Halter für das Werkstück (10) und/oder die Basis (1) aufeinander zu bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (2, 3) längenverstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (2, 3) mit einem Spindelantrieb bestehend aus einer Spindel (11) und einer Schnecke (12) versehen ist, über welche diese in eine reversierende Schwenkbewegung versetzt werden können.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (2, 3) als Schlitze (13) von Drehtellern (14, 15) ausgebildet sind, in denen die ersten Gelenke (4, 5) fixierbar gehalten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehteller (14, 15) radiale Führungen (16, 17) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehteller (14, 15) randseitig mit umlaufenden Nuten (18) versehen sind, in welche die Führungen (16, 17) eingreifen, wobei die Führungen (16, 17) als Kreissegmente ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen (16, 17) Federn (19) aufweisen, die in die Nuten (18) eingreifen.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidstahl (9) mit einer Zustellung versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellung in Form eines auf dem Werkzeugträger (8) gleitenden Schlittens (20) ausgebildet ist, der mit einer Gewindestange (21) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (20) einen auf diesem ruhenden Stahlträger (22) aufweist, auf dem ein Schneidstahlhalter (23) ruht, in dem der Schneidstahl (9) befestigbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Werkzeugträger (8) eine Druckrolle als Werkzeug angeordnet ist.