DE102006052421B4

DE102006052421B4 - Markierkopf für Ritzpräger zum Markieren und Kennzeichnen von Materialoberflächen

Info

Publication number: DE102006052421B4
Application number: DE200610052421
Authority: DE
Inventors: Günther Herold
Original assignee: BORRIES MARKIER-SYSTEME GmbH; Borries Markier Systeme GmbH
Current assignee: BORRIES MARKIER-SYSTEME GmbH; Borries Markier Systeme GmbH
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2026-11-08
Also published as: DE102006052421A1

Abstract

Markierkopf (1) für Ritzpräger zum Markieren und Kennzeichnen von Materialoberflächen, der eine Hartmetallnadel (16) einschließt, die an einem Prägekopf (2) angeordnet ist, der mittels einer Zustellvorrichung (4) senkrecht zu einer Materialoberfläche verfahrbar ist, wobei die Zustellvorrichtung (4) mechanische und elektrische Mittel (6 bis 8, 24 bis 83) einschließt, mittels derer die relative Lage des Prägekopfes (2) gegenüber der Materialoberfläche wenigstens in einer Ausgangsstellung, in der die Spitze der Hartmetallnadel (16) zur Materialoberfläche einen Abstand aufweist, und in einer Ritzstellung, in der die Spitze der Hartmetallnadel (16) im Eingriff mit der Materialoberfläche steht, mechanisch festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Hartmetallnadel (16) gegenüber dem Prägekopf (2) in Längsrichtung verschieblich angetrieben ist, und dass
die Hartmetallnadel (16) und der Prägekopf (2) über wenigstens ein elastisches Mittel (20) miteinander gekoppelt sind, wobei das elastische Mittel (20) ausgebildet ist, um beim Eindringen der Hartmetallnadel (16) in die Materialoberfläche eine Druckkraft auf die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Markierkopf für Ritzpräger zum Markieren und Kennzeichnen von Materialoberflächen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein derartiger, die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweisender Markierkopf ist aus der DE 297 05 745 U1 bekannt.
Aus der DE 10 2005 037 411 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Markierungen bekannt, die über einen entsprechenden Sensor die Prägetiefe von Markierungen an einem Werkstück erfasst.
JP 2003 039 892 A offenbart ein Verfahren zum Eingravieren eines geometrischen Musters auf einer ebenen Fläche, unter Verwendung einer Computersteuerung.
Ritzpräger, wie allgemein aus der DE 20 2006 002 052 U1 bekannt, werden eingesetzt, um Markierungen und Kennzeichnungen wie bspw. Seriennummern von Fahrzeugen auf Materialoberflächen zu realisieren. Dazu wird bei herkömmlichen Ritzprägern eine Ritznadel, die ihrerseits mit einem Industriediamenten bestückt sein kann, senkrecht auf die zu markierende bzw. zu kennzeichnende Materialoberfläche zubewegt, in diese eingedrückt und unter Aufrechterhaltung eines konstanten Anpressdruckes während des gesamten Ritzvorganges entlang der Materialoberfläche verfahren, um in diese die gewünschte Markierung oder Kennzeichnung einzuritzen.
Die Ritznadel ist dabei an einem Ritzkopf befestigt, an dem ein Kolben ausgebildet ist, der seinerseits in einem entsprechenden Zylinder des Markierkopfes angeordnet ist. Durch Beaufschlagung des Zylinders mit einem definierten pneumatischen Druck wird der Kolben und somit der gesamte Ritzkopf, an dem die Ritznadel befestigt ist, auf die zu markierende oder zu kennzeichnende Materialoberfläche zubewegt und die Ritznadel in das Material eingedrückt. Unter Aufrechterhaltung dieses pneumatischen Druckes während des gesamten Ritzvorganges wird dann der Markierkopf mittels entsprechender Stellmotoren entlang der Materialoberfläche verfahren, um die gewünschte Kennzeichnung bzw. Markierung auf der Materialoberfläche zu realisieren.
Da der Kolben des Ritzkopfes hierbei stets mit einem konstanten pneumatischen Druck beaufschlagt bleibt und folglich die Ritznadel kontinuierlich mit einem konstanten Anpressdruck in das Material gedrückt wird, ist bei der Verwendung der bekannten Markierköpfe während des gesamten Ritzvorganges eine konstante Ritztiefe gewährleistet, auch dann, wenn sich die Länge der Hartmetallnadel im Laufe ihrer Nutzung aufgrund zwangsläufig auftretender Abnutzungserscheinungen verkürzt oder wenn die zu markierende bzw. zu kennzeichnende Materialoberfläche Unebenheiten aufweisen und sich hierdurch bedingt der relative Abstand des Markierkopfes zu der Materialoberfläche ändern sollte.
Zwar ermöglicht die Anwendung eines einstellbaren und konstanten pneumatischen Druckes von daher, die zuvor angesprochenen Längenänderungen der Ritznadel oder die Unebenheiten der Materialoberfläche zu kompensieren und somit Markierungen und Kennzeichnungen mit einer gleichbleibender Ritztiefe zu erzeugen. Jedoch erfordert diese Arbeitsweise einen sehr hohen Energieaufwand, das insbesondere deshalb, da die für diese Arbeitsweise erforderlichen hohen pneumatischen Drücke nicht nur temporär für das Verschieben und das Eindrücken der Ritznadel aufgebaut werden müssen, sondern während des gesamten Ritzvorganges aufrecht zu erhalten sind, damit die Ritznadel währenddessen kontinuierlich und mit einem gleichbleibenden Druck beaufschlagt gegen die Materialoberfläche angedrückt bleibt.
Eine weitere unerwünschte Folge der Erzeugung und Aufrechterhaltung solch hoher pneumatischer Drücke ist die erhebliche Erwärmung des Ritzprägers bzw. Teile davon, was zu Problemen bei dessen Betrieb führen kann.
Zudem hat sich die variable Einstellung des pneumatischen Druckes als problematisch herausgestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, einen Markierkopf für Ritzpräger zum Markieren und Kennzeichnen von Materialoberflächen der eingangs genannten Art bereitzustellen, der zwar einerseits eine konstante Ritztiefe der Markierung bzw. der Kennzeichnung während des gesamten Ritzvorganges gewährleistet, und zwar auch dann, wenn sich die Länge der Ritznadel im Laufe ihrer Nutzung aufgrund zwangsläufig auftretender Abnutzungserscheinungen verkürzt oder der relative Abstand des Markierkopfes zu der Materialoberfläche aufgrund von Unebenheiten variieren sollte, dabei jedoch andererseits die zuvor angesprochenen Nachteile herkömmlicher Ritzpräger mit pneumatischer Einrichtung nicht aufweist, indem er sich einer mechanischen Lösung bedient, um die Ritznadel auf die zu markierende bzw. zu kennzeichnende Materialoberfläche zuzubewegen, diese in das Material mit einem definierten Druck eindringen zu lassen und unter Aufrechterhaltung eines definierten Druckes dann gegenüber der Materialoberfläche zu verriegeln.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsmäßigen Markierkopf durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Markierkopf ist eine Hartmetallnadel analog zu herkömmlichen Ritzprägern an einem Prägekopf befestigt. Durch das Verfahren des Markierkopfes in Ritzstellung mittels entsprechender Stellmotoren entlang der Materialoberfläche können die gewünschten Markierungen und Kennzeichnungen dann in die Materialoberfläche eingeritzt werden.
Der erfindungsgemäße Markierkopf weist zudem eine Zustell- und Verriegelungsvorrichtung auf, die es ermöglicht, den Prägekopf aus seiner Ausgangsstellung zunächst mechanisch in Richtung auf die zu markierenden bzw. zu kennzeichnende Materialoberfläche zu zu verschieben, um die Hartmetallnadel in das zu markierende bzw. zu kennzeichnende Material eindringen zu lassen, und diesen anschließend in dieser Ritzstellung mechanisch zu verriegeln, um dessen relativen Abstand zu der zu markierenden bzw. zu kennzeichnenden Materialoberfläche zu fixieren, wobei elastische Mittel, bspw. in Form einer vorgespannten Druckfeder, dafür sorgen, dass die Hartmetallnadel in dieser Position mit einem konstanten Druck beaufschlagt gegen die Materialoberfläche gedrückt bzw. in das Material eingedrückt wird.
Der erfindungsgemäße Markierkopf zeichnet sich insbesondere also durch zwei Hauptmerkmale aus. Zum einen ist die Hartmetallnadel an dem Prägekopf gegenüber diesem in ihrer Längsrichtung verschieblich angeordnet, wobei zwischen diesen beiden Elementen ein elastisches Mittel, bspw. in Form einer Druckfeder oder einer vorgespannte Druckfeder, angeordnet ist, und zum anderen wird der Prägekopf gegenüber der zu markierenden bzw. zu kennzeichnenden Materialoberfläche zunächst mechanisch verfahren und anschließend mechanisch verriegelt.
Um den Markierkopf in Ritzstellung zu bringen, wird bei dem erfindungsgemäßen Markierkopf der Prägekopf mechanisch solange in Richtung auf die zu markierende bzw. zu kennzeichnende Materialoberfläche verfahren, bis die Hartmetallnadel gegen diese gedrückt wird und zumindest teilweise in das Material eindringt. Aufgrund des Eindringwiderstandes des Materials verschiebt sich die Hartmetallnadel dabei relativ zum Prägekopf in ihrer Längsrichtung auf diesen zu, so dass das zwischen der Hartmetallnadel und dem Prägekopf angeordnete elastische Mittel aktiviert wird, welches nun einen weitgehend konstanten und definierten Druck auf die Nadel ausübt und diese somit mit einem konstanten Druck beaufschlagt gegen die zu markierende bzw. zu kennzeichnende Materialoberfläche drückt. Der Prägekopf wird dann gegenüber der Materialoberfläche im gewünschten Abstand mechanisch gehalten, d. h. gegenüber dieser mechanisch verriegelt. Durch Verfahren des Markierkopfes entlang der Materialebene kann nun die gewünschte Markierung bzw. Kennzeichnung auf der Materialoberfläche realisiert werden, wobei das elastische Element für einen weitgehend konstanten Anpressdruck der Hartmetallnadel gegenüber der Materialoberfläche sorgt, und zwar auch dann, wenn sich die Hartmetallnadel im Laufe ihrer Nutzung abnutzt oder die Materialoberfläche Unebenheiten aufweisen sollte.
Wie die herkömmlichen Ritzpräger auch gewährleistet der erfindungsgemäße Markierkopf somit einen konstanten Anpressdruck der Hartmetallnadel gegen die Materialoberfläche und somit eine konstante Ritztiefe während des gesamten Ritzvorganges, und zwar auch dann, wenn sich die Hartmetallnadel im Laufe ihrer Nutzung abnutzt oder die zu markierende bzw. zu kennzeichnende Materialoberfläche Unebenheiten aufweisen und sich hierdurch der relative Abstand zwischen Prägekopf bzw. Markierkopf und Materialoberfläche ändern sollte.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Ritzprägern, die hierzu einen sehr hohen konstanten pneumatischen Druck aufbauen und während des gesamten Ritzvorganges aufrechterhalten müssen und folglich viel Energie verbrauchen, bedient sich der erfindungsgemäßige Markierkopf einer mechanischen Lösung, die im Vergleich zu den herkömmlichen Ritzträgern den Energiebadarf drastisch reduziert, da Energie bei dem erfindungsgemäßen Markierkopf im Wesentlichen lediglich in der Phase benötigt wird, in welcher der Prägekopf in Richtung auf die Materialoberfläche zu bewegt und die Hartmetallnadel in das Material eingedrückt wird, da daran anschließend der relative Abstand des Prägekopfes gegenüber der Materialoberfläche mechanisch verriegelt wird und das aktivierte elastische Mittel dafür sorgt, dass die Nadel mit einem konstanten Anpressdruck beaufschlagt bleibt. Die mechanische Zustell- und Verriegelungsvorrichtung des erfindungsgemäßen Markierkopfes vermeidet zudem die bei herkömmlichen Ritzprägern auftretende große Erwärmung, die durch das Aufrechterhalten der sehr hohen pneumatischen Drücke während des gesamten Ritzvorganges verursacht wird, und die hierdurch bedingten eventuellen Probleme bei seinem Betrieb. Zudem erfordert die mechanische Lösung der vorliegenden Erfindung auch keine variable Einstellung der pneumatischen Drücke und vermeidet von daher auch diese Probleme der bekannten Ritzpräger.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es folgt eine Beschreibung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Markierkopfes sowie vier Ausführungsformn der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung anhand der Zeichnungen gemäß der 1–12, wobei
1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Markierkopfes mit einer ersten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung in Ausgangsstellung,
2 einen Längsschnitt der in 1 gezeigten Ausführungsform des Markierkopfes mit der ersten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsmittel in Ritzstellung,
3 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und verriegelungsvorrichtung in Ausgangsstellung,
4 eine Ansicht der in 3 gezeigten zweiten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung in Ritzstellung,
5 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung in Ausgangsstellung,
6 eine Ansicht der in 5 dargestellten dritten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung in Ritzstellung,
7 eine perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung in Ausgangsstellung,
8 eine Ansicht der in 7 dargestellten vierten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung in Ritzstellung,
9 eine perspektivische Darstellung einer Abwandlung der in den 5 und 6 gezeigten dritten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung in Ausgangsstellung,
10 eine Ansicht der in 9 gezeigten Abwandlung der in den 5 und 6 dargestellten dritten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung in Ritzstellung,
11 eine perspektivische Darstellung einer Abwandlung der in den 7 und 8 dargestellten vierten Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung in Ausgangsstellung, und
12 eine Ansicht der in 11 dargestellten Abwandlung der in den 7 und 8 dargestellten vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung in Ritzstellung zeigt.
1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des erfindungsgemäßen Markierkopfes für Ritzpräger zum Markieren bzw. Kennzeichnen von Materialoberflächen, der in den nachfolgenden Figuren mit der Bezugsnummer 1 gekennzeichnet ist.
Der Markierkopf besteht im Wesentlichen aus einem Prägekopf 2, einer Prägekopfaufnahme 3 sowie einer mit der Prägekopfaufnahme 3 verbundenen Prägekopfzustellung und -verriegelung 4. Er kann mittels entsprechender nicht in der Figur dargestellter Stellmotoren entlang der Materialoberfläche verfahren werden, um in Ritzstellung die gewünschten Markierungen und Kennzeichnungen auf der Materialoberfläche zu realisieren.
Der Prägekopf 2 schließt eine symmetrische Tragplatte 5 ein, auf deren zur Zustell- und Verriegelungsvorrichtung 4 gerichteten Seite mittig ein Stiel 6 senkrecht dazu befestigt ist, an dessen freien Ende ein Rädchen 7 auf einer zum Stiel 6 senkrecht angeordneten Drehachse 8 angebracht oder aber ein Köpfchen 7 ausgebildet ist.
Auf der dem Stiel 6 bzw. dem Rädchen 7 oder dem Köpfchen 7 gegenüberliegenden Seite der Tragplatte 5 weist der Prägekopf 2 einen Körper 9 auf, der äußerlich im Wesentlichen einen kegelstumpfförmigen Bereich 10 sowie eine zylinderförmigen Basis 11 aufweist, wobei der Körper 9 mit seiner zylinderförmigen Basis 11 auf der Tragplatte 5 in etwa mittig angebracht ist.
Dieser im Wesentlichen kegelstumpfförmige, eine zylinderförmige Basis 11 aufweisende Körper 9 weist entlang seiner gesamten Längsausdehnung einen Holhlraum auf. Genauer gesagt weist er von der zylinderförmigen Basis 11 in seiner Längsrichtung aus betrachtet drei zylinderförmige Hohlraumabschnitte 12, 13 und 14 auf, die sich jeweils unmittelbar aneinander anschließen, wobei der Durchmesser des ersten Hohlraumes 12 zumindest etwas größer ist als der des zweiten Hohlraumes 13 und der dritte Hohlraum 14 einen deutlich kleineren Durchmesser als der zweite Hohlraum 13 aufweist. Im Inneren des zweiten Hohlraumes 13 ist ein in Längsrichtung frei verschieblicher Kolben 15 angeordnet, der entsprechend einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Hohlraumes 13. An der der Tragplatte 5 abgewandten Seite des Kolbens 15 ist mittig und in Längrichtung ausgerichtet eine Hartmetallnadel 16 befestigt, dessen freies Ende mit einem Industriediamanten 17 bestückt sein kann, deren Außendurchmesser zumindest leicht kleiner ist als der Durchmesser des dritten Hohlraumes 14. Die Hartmetallnadel 16 ist länger als die Längsausdehnung des dritten Hohlraumes 14, so dass, wenn sich der Kolben 15 im Anschlag zum Hohlraum 14 befindet, diese über die Stirnfläche 18 des kegelstumpfförmigen Bereiches 10 hervorragt. In dem ersten Hohlraum 12 ist eine abnehmbare, scheibenförmige Verschlußplatte 19 angeordnet. Diese weist in etwa die Abmessungen des ersten Hohlraumes 12 auf, wobei ihre Außenmaße leicht geringer sind als der Hohlraum 12. Der zweite Hohlraum 13 wird somit in Richtung zur Tragplatte 5 durch diese abnehmbare Verschlußplatte 19 verschlossen. Zwischen dem Kolben 15 und der Verschlussplatte 19 ist eine vorgespannte Druckfeder 20 angeordnet, die zweckmäßigerweise vorgespannt ist.
Der Prägekopf 2 ist im Inneren der Prägekopfaufnahme 3 angeordnet. Die Prägekopfaufnahme 3 weist obere und untere innere Begrenzungsflächen 21 auf, die parallel und mit unveränderlichem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei dieser Abstand deutlich größer ist als die Dicke der Tragplatte 5. Die Prägekopfaufnahme 3 weist zudem auf ihrer Oberseite und auf ihrer Unterseite jeweilige Öffnungen 22 und 23 auf. Die obere Öffnung 22 ist so bemessen, dass der Stiel 6 und das Rädchen 7 bzw. das Köpfchen 7 in Längsrichtung durch diese geführt werden können. Die untere Öffnung 23 weist einen Durchmesser auf, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der zylinderförmigen Basis 11 des im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Körpers 9. Zwischen den unteren inneren Begrenzungsflächen 21 und der Fläche der Tragplatte 5, auf der der im Wesentlichen kegelstumpfförmige Körper 9 angeordnet ist, sind zudem Rückstellfedern 24 vorgesehen.
Die in 1 dargestellte erste Ausführungsform der Prägekopfzustellung und -verriegelung 4 wird durch zwei auf der Oberseite der Prägekopfaufnahme mit einem gewissen Abstand zu dieser angeordneten, elektromagnetischen Vorschübe 25 und 26 sowie einem profilierten Element 27 realisiert. Die beiden elektomagnetischen Vorschübe 25 und 26 sind mit Hilfe von entsprechenden Abstandshaltern 28 und 29 jeweils im Randbereich auf der oberen Außenfläche der Prägekopfaufnahme 3 befestigt, wobei sie sich gegenüberliegen und ihre Stellrichtung parallel zu den inneren Begrenzungsflächen der Prägekopfaufnahme 3 und somit zu der Tragplatte 5 ist.
Das profilierte Element 27 weist eine längliche Form auf und ist zwischen den sich einander gegenüberliegenden elektromagnetischen Vorschüben 25, 26 mittels zweier Stangen 30 und 31 befestigt. Seine von dem Prägekopf abweisende Seite 32 ist gerade und in etwa parallel zu der Tragplatte 5. Die zu dem Rädchen 7 bzw. dem Köpfchen 7 gerichtete Seite weist ein aus den drei Teilabschnitten 33, 34 und 35 zusammengesetztes Profil auf, wobei die unteren Begrenzungsflächen der Teilabschnitte 33 und 35 parallel zu der oberen Begrenzungsfläche 32 ist und das Profil im Teilbereich 33 eine deutlich größere Höhe aufweist als im Teilbereich 35.
Im Teilbereich 34 werden die beiden Begrenzungsflächen durch die ebene Begrenzungsfläche 34 verbunden, so dass das Profil in diesem Bereich relativ zu der Tragplatte 5 geneigt ist und eine sogenannte Kulissenschräge bildet.
1 zeigt den zuvor beschriebenen Markierkopf 1 in Ausgangsstellung, während 2 den selben Markierkopf in Ritzstellung zeigt.
Der in den 1 und 2 dargestellte Markierkopf 1 zum Markieren bzw. Kennzeichnen von Materialoberflächen kann in herkömmlichen Ritzprägern (nicht dargestellt) zum Einsatz kommen. In Ritzstellung kann dieser dann entang der Materialoberfläche mittels entsprechender, in der Figur nicht dargestellten Stellmotoren verfahren werden, um die gewünschten Markierungen und Kennzeichnungen zu realisieren.
In der Ausgangsstellung ist das profilierte Element 27 so angeordnet, dass es sich mit dem Teilabschnitt 35 über dem Rädchen 7 bzw. dem Köpfchen 7 befindet. Aufgrund der durch die Rückstellfedern 24 verursachten Rückstellkraft ist der Prägekopf mit der Oberseite der Tragplatte 5 in dieser Stellung im Anschlag mit den oberen Begrenzungsinnenflächen 21 der Prägekopfaufnahme 3. Zudem sorgt die vorgespannte Druckfeder 20 dafür, dass der Kolben 15 im Anschlag mit der Stirnfläche zwischen den Hohlräumen 13 und 14 ist und die Hartmetallnadel 16 dementsprechend über die Stirnfläche 18 des kegelstumpfförmigen Bereiches 10 hinausragt. Die Spitze der Hartmetallnadel 16 bzw. der Industriediamant 17 steht in dieser Ausgangsstellung nicht im Eingriff mit der zu markierenden bzw. zu kennzeichnenden Materialoberfläche und weist zu dieser zumindest einen geringen Abstand auf.
Um den Prägekopf 2 in die in 2 gezeigte Ritzstellung zu bringen und die Hartmetallnadel 16 bzw. den Industriediamenten 17 in die Materialoberfläche eindringen zu lassen, wird das profilierte Element 27 mittels der elektromagnetischen Vorschübe 25 und 26 parallel zu der Tragplatte 5 in Richtung des Stellmotors 25 verfahren. Die Kulissenschräge im Profilbereich 34 sorgt dabei dafür, dass der gesamte Prägekopf 2 auf die Materialoberfläche zubewegt und die Spitze der Hartmetallnadel 16 bzw. der Industriediamant 17 in diese langsam eingedrückt wird. Bei diesem Vorgang setzt das Material der Hartmetallnadel 16 bzw. dem Industriediamanten 17 einen Eindringwiderstand entgegen, der dafür sorgt, dass die Hartmetallnadel 16 und dementsprechend der Kolben 15, auf dem diese befestigt ist, in Richtung der Tragplatte 5 bewegt und gegenüber dem Körper 9 in deren Längsrichtung verschoben werden. Die vorgespannte Druckfeder 20 wird hierdurch aktiviert, so dass sie ihrerseits eine im Wesentlichen konstante Druckkraft auf den Kolben 15 in der dem Eindringwiderstand des Materials entgegengesetzten Richtung ausübt und dafür sorgt, dass die Hartmetallnadel 16 mit einem konstanten Anpressdruck beaufschlagt bleibt, mit der sie gegen die Materialoberfläche in das Material gedrückt wird. Durch ein weiteres Verfahren des profilierten Elementes 27 wird der Profilabschnitt 33 so positioniert, dass er sich oberhalb des Rädchens 7 bzw. des Köpfchens 7 befindet, so dass der Prägekopf 2 vollständig in Richtung der Materialoberfläche verschoben und gegenüber dieser mit einem definierten Abstand mechanisch verriegelt ist. Dadurch dass der Bereich 33 hinter der Kulissenschräge relativ zum Stiel 6 senkrecht ausgebildet ist, wirkt in dieser Stellung keine Rückstellkraft auf das profilierte Element 27 in Stellrichtung, so dass in dieser Verriegelungsstellung somit keine weitere Halteenergie mehr erforderlich ist. Durch das Verfahren des Markierkopfes 1 entlang der Materialebene durch die Aktivierung entsprechender Stellmotoren des Ritzprägers (nicht dargestellt) wird dann der Ritzvorgang gestartet und die gewünschte Markierung bzw. Kennzeichnung auf der Materialoberfläche realisiert.
Wenn sich der Prägekopf 2 in der zuvor beschriebenen Ritzstellung befindet, wird die Hartmetallnadel 16 bzw. der Industriediamant 17 aufgrund der aktivierten Druckfeder 20 mit einem weitgehend konstanten Druck beaufschlagt gegen die Materialoberfläche und somit in das zu markierende bzw. zu kennzeichnende Material gedrückt, so dass eine konstante Ritztiefe während des gesamten Ritzvorganges gewährleistet ist, und zwar auch dann, wenn sich aufgrund von Unebenheiten in der Materialoberfläche der relative Abstand zwischen dem Prägekopf 2 und der Materialoberfläche ändern oder sich die Hartmetallnadel 16 im Laufe ihrer Nutzung abnutzen sollte.
Die Anordnung einer bereits vorgespannten Druckfeder 20 im Hohlraum 13 zwischen dem Kolben 15 und der Verschlussplatte 19 ermöglicht zudem die Realisierung kurzer Zustellwege und somit kurzer Zustellzeiten des Prägekopfes 2 aus seiner Ausgangsstellung in seine Ritzstellung, so dass sich mit dem erfindungsgemäßen Markierkopf 1 schnelle Markierungs- und Kennzeichnungsvorgänge realisieren lassen, da für die vollständige Aktivierung der vorgespannten Druckfeder 20, d. h. zum vollständigen Aufbau der erforderlichen Druckkraft, bereits eine minimale Verschiebung der Hartmetallnadel 16 und des Kolbens 15 gegenüber dem überwiegend kegelstumpfförmigen Körper 9 ausreicht. Zudem gewährleistet die Verwendung einer bereits vorgespannten Druckfeder 20, dass der Anpressdruck, mit der die Hartmetallnadel 16 gegen die Materialoberfläche gedrückt wird, sobald die vorgespannte Druckfeder 20 aktiviert ist, weitgehend konstant bleibt und nur unwesentlich variiert, und zwar auch dann, wenn sich der relative Abstand des Markierkopfes 1 bzw. des Prägekopfes gegenüber der Materialoberfläche aufgrund von Unebenheiten ändern sollte oder sich die Hartmetallnadel 16 im Laufe ihrer Nutzung abnutzt.
Die Vorspannung der Druckfeder 20 kann verändert werden, wodurch die Kraft, mit der die Hartmetallnadel gegen das Material gedrückt, bestimmt und folglich die Eindringtiefe der Hartmetallnadel 16 in das Material und somit die Ritztiefe festgelegt und verändert werden können.
Um den Prägekopf 2 aus der Ritzstellung erneut in seine Ausgangsstellung zu versetzen, wird das profilierte Element 27 mittels der elektromagnetischen Vorschübe 25 und 26 in Richtung des Stellmotors 26 verfahren. Aufgrund der Kulissenschräge 34 des Teilbereiches 34 und der Rückstellfedern 24 wird der Prägekopf 2 hierbei von der Materialebene weg bewegt, wobei die vorgespannte Druckfeder 20 dafür sorgt, dass die Hartmetallnadel 16 und der Kolben 15, auf dem diese montiert ist, von der Tragplatte 5 weggedrückt werden, bis der Kolben 15 schließlich erneut im Anschlag zum dritten Hohlraum 14 und die Druckfeder 20 dementsprechend deaktiviert ist. Befindet sich dann der Profilabschnitt 35 oberhalb des Rädchens 7 bzw. des Köpfchens 7, so befindet sich der Prägekopf 2 erneut in seiner Ausgangsstellung und die Hartmetallnadel 16 steht dementsprechend nicht im Eingriff mit der Materialoberfläche.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform der mechanischen Prägekopfzustellung und -verriegelung 4 in der Ausgangsstellung des erfindungsgemäßen elektrischen Markierkopfes 1, wobei der Prägekopf 2 und die Prägekopfaufnahme 3 prinzipiell denen aus den 1 und 2 entsprechen. Diese Variante besteht im Wesentlichen aus einer Kurvenscheibe 36 sowie zwei elektromagnetischen Vorschüben 37 und 38. Die Kurvenscheibe 36 hat überwiegend ein kreisförmiges Profil, weist jedoch in einem Bereich ihrer Umfangsfläche eine Einwölbung 39 und in den daran unmittelbar anschließenden Bereichen der Umfangsfläche zwei Auswölbungen 40 auf. Sie ist in ihrem immaginären Mittelpunkt auf einer Achse 41 drehbar gelagert, wobei die Achse 41 senkrecht zu dem Stiel 6 angeordnet und gegenüber der Prägekopfaufnahme 3 fixiert ist. Die elektromagnetischen Vorschübe 37 und 38 bestehen jeweils aus einem Zylinder 42, 43 und einer relativ zu diesem translatorisch verschieblich angeordneten Stange 44, 45, wobei die freien Enden der Stangen 44 und 45 in den Befestigungspunkten 46 bzw. 47 jeweils mit der Kurvenscheibe 36 verbunden sind. Die freien Enden der Zylinder 42, 43 sind an den Befestigungsstellen 48 bzw. 49 jeweils gegenüber der Prägekopfaufnahme 3 fixiert. Die Befestigungspunkte 46 und 47 sind im äußeren Bereich der Kurvenscheibe auf einer Linie durch die Achse 41 parallel zu der Tragplatte 5 angeordnet. Die Anordnungsachsen der elektromagnetischen Vorschübe 37 und 38 laufen von den Befestigungspunkten 46 und 47 her betrachtet leicht auseinander und sind in Bezug auf die Stielachse 6 spiegelsymmetrisch angeordnet.
Die Rückstellfedern 24 sorgen dafür, dass der Prägekopf gegenüber der Prägekopfaufnahme 3 in Richtung der Zustell- und Verriegelungsvorrichtung 4 gedrückt werden. Dementsprechend greift in der in 1 gezeigten Ausgangsstellung das Rädchen 7 bzw. das Köpfchen 7 des freien Endes des Stieles 6 des Prägekopfes 2 in die Einwölbung 39 ein. Der Aufbau des Prägekopfes und der Prägekopfaufnahme 3 entspricht prinzipiell der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform.
4 zeigt die in 3 dargestellte Zustell- und Verriegelungsvorrichtung 4 in Ritzstellung.
Um den Prägekopf 2 in Ritzstellung zu verfahren, wird die Kurvenscheibe 36 mittels der beiden elektromagnetischen Vorschübe 37 und 38 in eine der beiden Rotationsrichtungen gedreht, so dass eine der beiden Auswölbungen 40 das Rädchen 7 bzw. das Köpfchen 7 und damit den gesamten Prägekopf 2 in Richtung auf die Materialoberfläche zu verfährt. Dazu wird eine der beiden Stangen 44 oder 45 aus dem entsprechenden Zylinder 42, 43 herausgefahren, während die andere der beiden Stangen 44 oder 45 in den entsprechenden Zylinder 42, 43 eingefahren wird. Ist die Ritzstellung des Prägekopfes erreicht, d. h. befindet sich eine der beiden Auswölbungen 40 der Kurvenscheibe 36 über dem Köpfchen 7 bzw. dem Rädchen 7 des Prägekopfes 2, so wird die Kurvenscheibe 36 von den elektromagnetischen Vorschüben 37, 38 in Ritzstellung gehalten, wozu jedoch nur noch ein geringer Energieaufwand für die zu leistene Haltearbeit notwendig ist. Das Halten der Drehscheibe durch einen oder beide der magnetischen Vorschübe in dieser Ritzstellung erfolgt also bei stark reduziertem Strom. Die Markierungen bzw. Kennzeichnungen können dann durch das Verfahren des Markierkopfes 1 entlang der Materialebene durch in der Zeichnung nicht dargestellter Verstellmotoren realisiert werden. Für das In-Stellung-Halten des Prägekopfes ist aufgrund der Auswölbungen nur noch eine relativ geringe Haltearbeit zu leisten. Dementsprechend reduziert der erfindungsgemäße Markierkopf 1 in der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform in der Ritzstellung gegenüber den herkömmlichen Ritzprägern den Energieverbrauch erheblich.
Um den Prägekopf wieder zurück in die Ausgangsstellung zu bringen, wird die zuvor eingefahrene Stange 44 oder 45 wieder ausgefahren und die zuvor ausgefahrene Stange 44 oder 45 wieder eingefahren, und zwar solange bis sich das Köpfchen 7 bzw. das Rädchen 7 erneut in Eingriff mit der Einwölbung 39 befindet, so dass in der Ausgangsstellung keine Halteenergie erforderlich ist. Der Zustell- und Verriegelungsmechanismus 4 gemäß der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform funktioniert aufgrund des symmetrischen Aufbaus in beide Rotationsrichtungen.
Bei der in den 5 und 6 dargestellten dritten Ausführungsform wird die mechanische Zustell- und Verriegelungsvorrichtung 4 im Wesentlichen durch ein Klinkenrad 50, ein Verriegelungsrad 51 und eine Zustellscheibe 52 sowie zwei elektromagnetischen Vorschüben 53 und 54 gebildet.
Das Klinkenrad 50 ist im Wesentlichen als kreisförmige Scheibe ausgebildet, die entlang seiner gedachten Umfangsfläche gleichmäßig verteilt in Scheibenebene vorzugsweise zwölf sägezahnförmige Vorsprünge 55 aufweist. Es ist jedoch selbstverständlich möglich, die Anzahl der Vorsrünge und somit den Vorschub des Klinkenrads 50 zu variieren.
Das Verriegelungsrad 51 wird durch eine im Wesentlichen kreisförmige Scheibe gebildet, deren Durchmesser kleiner oder gleich dem des gedachten kreisförmigen Bereiches des Klinkenrades 50 ist und von seiner Umfangsfläche her betrachtet gleichmäßig über seinen Umfang verteilt vorzugsweise sechs Einschnitte 56 aufweist, die in radialer Richtung angeordnet sind und eine radiale Einschnittstiefe 57 aufweisen.
Die Zustellscheibe 52 weist eine kurvenförmige Umfangsfläche auf, die gleichmäßig entlang einer gedachten kreisförmigen Umfangsfläche verteilt im Wechsel vorzugsweise sechs Einwölbungen 58 und sechs Auswölbungen 59 aufweist.
Das Klinkenrad 50, das Verriegelungsrad 51 und die Zustellscheibe 52 sind jeweils mittig auf einer gemeinsamen Drehachse 60 plaziert, die senkrecht zur Längsrichtung des Stieles 6 ist, wobei die drei Elemente fest miteinander verbunden und so zueinander angeordnet sind, dass sich jeweils eine der zwölf weitgehend radial ausgerichteten Umfangsflächen 61 der sägezahnartigen Vorsprünge 55 des Klinkenrades 50 mittig über einer der zwölf Ein- und Auswölbungen 58 und 59 der Zustellscheibe 52 und die sechs Einschnitte 57 des Verriegelungsrades 51 jeweils mittig oberhalb einer der sechs Auswölbungen 59 der Zustellscheibe 52 befindet. Dementsprechend befindet sich jede zweite der zwölf weitgehend radial ausgerichteten Umfangsflächen 61 oberhalb eines der sechs Einschnitte 56 des Verriegelungsrades 51.
Der elektromagnetische Vorschub 53 weist einen Zylinder 62, der an dem Befestigungspunkt 63 gegenüber der Prägekopfaufnahme 3 fixiert ist, sowie eine relativ zu diesem in Längsrichtung verfahrbare Stange 64, die an dem freien Ende des Zylinders 62 angeordnet ist, auf und ist in Ebene des Klinkenrades 50 tangential zu diesem und senkrecht zu dem Stiel 6 angeordnet, so dass seine Stellrichtung entsprechend tangential zu dem Klinkenrad 50 und senkrecht zu dem Stiel 6 wirkt. An dem freien Ende der Stange 64 ist ein Stempel 65 vorgesehen.
Auch der zweite elektromagnetische Vorschub 54 besteht aus einem Zylinder 66, der relativ zur Prägekopfaufnahme 3 fixiert ist, und einer Stange 68, die an dem freien Ende des Zylinders 54 angeordnet ist und gegenüber diesem in Längsrichtung verfahrbar ist. Der zweite elektromagnetische Vorschub 54 ist in Ebene des Verriegelungsrades 51 radial zu diesem angeordnet, wobei er gegenüber dem Stiel 6 um etwa 60° in Stoßrichtung des ersten Vorschubes 53 geneigt ist. An seinem freien Ende weist die Stange 68 ein Blockierelement 69 auf, dessen äußeren Abmessungen nur geringfügig kleiner sind als die radialen Einschnitte 56.
In der in 5 gezeigten Ruhestellung der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung 4 befindet sich eine der sechs Einwölbungen 58 der Zustellscheibe 52 über dem Rädchen 7 bzw. dem Köpfchen 7, so dass die Rückstellfedern 24 den Prägekopf von der Materialoberfläche wegdrücken und die Hartmetallnadel 16 dementsprechend nicht im Eingriff mit der Materialoberfläche steht. In dieser Stellung befindet sich der zweite elektromagnetische Vorschub im eingefahrenen Zustand, so dass das Blockierelement nicht im Eingriff mit einem der radialen Einschnitte 56 steht.
Um den Prägekopf aus seiner in 5 dargestellten Ausgangsstellung in die in 6 dargestellte Ritzstellung zu bringen, wird der elektromagnetische Vorschub 53 aktiviert, so dass die Stange 64 aus dem Zylinder 62 herausgefahren und der Stempel 65 gegen eine der im Wesentlichen radial ausgerichteten Umfangsflächen 61 eines der sägezahnartigen Vorsprünge 55 des Klinkenrades 50 gedrückt wird und sich das Klinkenrad 50 und zusammen mit diesem das Verriegelungsrad 51 und die Zustellscheibe 52 in Stoßrichtung des elektromagnetischen Vorschubs 53 um etwa 30° dreht. Durch die entsprechende Auswölbung 59 wird das Rädchen 7 bzw. das Köpfchen 7 und folglich der Stiel 6 und damit der gesamte Prägekopf 2 dabei auf die Materialoberfläche zubewegt und die Hartmetallnadel 16 in das Material eingedrückt.
Um den Prägekopf mechanisch in Ritzstellung zu halten, wenn sich eine der Auswölbungen 59 über dem Rädchen 7 bzw. dem Köpchen 7 befindet, wird der zweite elektromagnetische Vorschub 54 aktiviert, so dass die Stange 68 aus dem Zylinder 66 herausgefahren und so das Blockierelement 69 in Eingriff mit einem der sechs radialen Einschnitte 56 gebracht wird, um keine weitere Drehbewegung zuzulassen.
Um den Prägekopf 2 aus der in 6 dargestellten Ritzstellung zurück in die in 5 gezeigte Ausgangsstellung zu bringen, wird die Stange 64 mit dem Stempel 65 in den Zylinder 62 zurückgefahren um mit dem nächsten Vorsprung 55 des Klinkenrads 50 in Eigriff zu stehen und das Blockierelement 69 wird aus dem entsprechenden radialen Einschnitt entfernt, indem der zweite elektromagnetische Vorschub 54 zurückgefahren wird, so dass sich die Einheit bestehend aus Klinkenrad 50, Verriegelungsrad 51 und Zustellscheibe 52 weiter in seine in den Darstellungen durch einen gebogenen, einfachen Pfeil dargestellte Rotationsrichtung drehen kann, bis das Rädchen 7 bzw. das Köpfchen 7 erneut in Eingriff mit einer der sechs Einwölbungen 58 steht. Dabei kann der Stempel 65 an seiner dem Vorsprung 55 zugewandten Oberfläche mit einer (nicht gezeigten) Platte ausgestattet sein, die am oberen Ende dieser Oberfläche angelenkt ist und etwas über das untere Ende der Oberfläche ragt, so dass beim Zurückfahren des Stempels 65 die Platte vom nächsten Vorsprung 55 weggeklappt wird und der Spempel 65 über diesen gleiten kann. Beim Vorfahren des Stempels 65 steht dann die Platte durch die Wirkung der Schwerkraft und/oder durch Federspannung wieder senkrecht, um den Eingriff des Stempels 65 in den nächsten Vorsprung 55 zu ermöglichen.
Die in den 7 und 8 gezeigte vierte Ausführungsform der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung 4 ist der in den 5 und 6 gezeigten dritten Ausführungsform vom prinzipiellen Aufbau her gesehen sehr ähnlich, wobei die Anordnung der Einheit bestehend aus Klinkenrad 50, Verriegelungsrad 51 und Zustellelement 70 bei dieser Variante im Vergleich mit der zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform um 90° gedreht und deren gemeinsame Drehachse 71 parallel zu der Längsachse des Stiels 6 angeordnet ist.
Das Klinkenrad 50 und das Verriegelungsrad 51 entsprechen denen der zuvor bereits beschriebenen dritten Ausführungsform. Das Zustellelement 70 wird durch ein hohles zylinderförmiges Element gebildet, das einen Außendurchmesser aufweist, der gleich oder kleiner ist, als der des Verriegelungsrades 51 abzüglich der zweifachen Einschnitttiefe 57. Die Mantelfläche des Zustellzylinders 70 weist an einer seiner Kopfenden entlang des Zylinderumfangs ein regelmäßiges kurvenförmiges Profil auf, welches durch sechs Einwölbungen 72 und sechs Auswölbungen 73 gekennzeichnet ist.
Das Klinkenrad 50, das Verriegelungsrad 51 und der Zustellzylinder 70 sind jeweils mittig auf einer gemeinsamen Drehachse 71 angeordnet und fest miteinander verbunden. Das Verriegelungsrad 51 ist dabei auf dem planen Kopfende des Zustellzylinders 70 und das Klinkenrad 50 über dem Verriegelungsrad 51 plaziert. Die gemeinsame Drehachse 71 ist parallel zur Längsrichtung des Stiels 6 in einem Abstand, der in etwa dem Raduis des Zustellzylinders 70 entspricht, angeordnet, so dass sich das Rädchen 7 bzw. das Köpfchen 7 stets im Eingriff mit der kurvenförmigen Stirnfläche des Zustellzylinders 70 befindet.
Ein erster elektromagnetischer Vorschub 74 ist in Ebene des Klinkenrades 50 tangential zu diesem angeordnet. In der Ebene des Verriegelungsrades 51 befindet sich ein zweiter, radial zu dem Verriegelungsrad 51 angeordneter elektromagnetischer Vorschub 75.
Analog zu der dritten und bereits zuvor beschriebenen Ausführungsform besteht in der vierten Ausführungsform der elektromagnetische Vorschub 74 aus einem Zylinder 76, der mit einem seiner Enden an dem Befestigungspunkt 77 gegenüber der Prägekopfaufnahme 3 festgelegt ist, sowie einer Stange 78, die aus dem freien Ende des Zylinders 76 herausragt und gegenüber dem Zylinder 76 in Längsrichtung verfahrbar ist, und einem Stempel 79, der an dem freien Ende der Stange 78 angeordnet ist.
In Übereinstimmung mit der in den 5 und 6 dargestellten dritten Ausführungsform besteht der zweite elektromagnetische Vorschub 75 aus einem gegenüber der Prägekopfaufnahme 3 festgelegten Zylinder 80, einer gegenüber dem Zylinder 80 in Längsrichtung verfahrbaren Stange 82, an dessem freien Ende ein Blockierelement 83 angeordnet ist, das so dimensioniert ist, dass es in Eingriff mit einem der sechs radialen Einschnitten 56 gebracht werden kann.
In der in 7 dargestellten Ausgangsstellung der mechanischen Zustell- und Verriegelungsvorrichtung 4 befindet sich das Rädchen 7 bzw. das Köpfchen 7 in Eingriff mit einer der Einwölbungen 72 des Zustellzylinders 70, so dass der Stiel 6 und somit der gesamte Prägekopf 2 durch die Rückstellfedern 24 von der Materialoberfläche weggedrückt wird und die Hartmetallnadel 16 nicht mit dem Material in Eingriff steht.
Wird nun der magnetische Vorschub 74 aktiviert, um den Markierkopf 1 von der Ausgangsstellung in die in 8 dargestellte Ritzstellung zu bringen, so wird die Stange 78 aus dem Zylinder 76 herausgefahren und der Stempel 79 gegen eine der im Wesentlich radial angeordneten Umfangsflächen 61 des entsprechenden sägezahnartigen Vorsprungs 55 gedrückt. Hierdurch wird das Klinkenrad und folglich die gesamte Einheit bestehend aus Klinkenrad 50, Verriegelungsrad 51 und Zustellzylinder 52 um etwa 30° gedreht, so dass aufgrund des kurvenförmigen Kopfendes des Zustellzylinders 70 das Rädchen 7 bzw. das Köpfchen 7, der Stiel 6 und somit der gesamte Prägekopf 2 in Richtung auf die Materialoberfläche zu bewegt und die Hartmetallnadel mit einem gleichbleibenden Druck beaufschlagt in diese eingedrückt wird. Befindet sich eine der sechs Auswölbungen 73 über dem Rädchen 7 bzw. dem Köpfchen 7, so wird das Blockierelement 83 in Eingriff mit einer der sechs radialen Einschnitte 56 gebracht, indem der zweite elektromagnetische Vorschub aktiviert und entsprechend die Stange 82 aus dem Zylinder 80 herausgefahren wird. Hierdurch wird die Einheit bestehend aus Klinkenrad 50, Verriegelungsrad 51 und Zustellzylinder 52 blockiert und verhindert, dass diese sich weiter in die in den Figuren mit dem gebogenen Pfeil gekennzeichneten Rotationsrichtung dreht. Durch Bewegung des Markierkopfes 1 mittels entsprechender Stellmotoren (nicht dargestellt) entlang der Materialebene können in dieser, mechanisch blockierten Ritzstellung dann die gewünschten Markierungen und Kennzeichnungen realisiert werden.
Um den Prägekopf von der in 8 gezeigten Ritzstellung erneut in die in 7 dargestellte Ausgangsstellung zu bringen, wird die mechanische Verriegelung gelöst, indem die Stange 82 des elektromagnetischen Vorschubes 75 wieder in den Zylinder 80 eingefahren wird, wodurch das Blockierelement 83 aus dem entsprechenden radialen Einschnitt 56 entfernt und die Einheit bestehend aus Klinkenrad 50, Verriegelungsrad 51 und Zustellzylinder 70 wieder für die weitere Rotation in die in den 7 und 8 durch einen gebogenen Pfeil dargestellte Drehrichtung freigegeben wird. Analog zur dritten Ausführungsform kann auch in der vierten Ausführungsform die (nicht gezeigte) gelenkig angeordnete Platte am Stempel 79 bereitgestellt werden.
In den 9 und 10 bzw. in den 11 und 12 ist jeweils eine Abwandlung der in den 5 und 6 bzw. in den 7 und 8 gezeigten dritten und vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Markierkopfes 1 dargestellt. Die mechanische Verriegelung wird hier nicht mittels des mechanischen Verriegelungsrades 51 und des zweiten elektromagnetischen Vorschubes 54, 75 erreicht, so dass diese Elemente in den Darstellungen nicht zu sehen sind, sondern es kommt eine sogenannte selbsthemmende Klemmung (nicht dargestellt) zur Anwendung, die die Einheit bestehend aus Klinkenrad 50 und Zustellscheibe 52 bzw. aus Klinkenrad 50 und Zustellzylinder 70 nach jeder 30°-Drehung durch den ersten elektromagnetischen Vorschub 53, 74 automatisch mechanisch verriegelt. Mittels einem zweiten Stellsystem (ebenfalls nicht dargestellt) kann diese mechanische Verriegelung gelöst werden, um das Klinkenrad 50 zusammen mit dem Zustellelement 52, 70 für eine weitere 30°-Drehung freizugeben.
Für den Fachmann ist ohne weiteres verständlich, andere Typen von Stellvorrichtungen anstelle der zuvor beschriebenen magnetischen Vorschübe zu verwenden, soweit sich mittels diesen die zuvor beschriebenen Stellbewegungen durchführen lassen. Bspw. ist es denkbar, auch hydraulische, pneumatische oder sonstige Stellvorrichtungen oder Stellmotoren zur Anwendung zu bringen, die die zuvor beschriebenen Stellbewegungen (Translation, Rotation) bewerkstelligen können.
Für das Rückstellen des Markierkopfes 1 aus der Ritzstellung in die Ausgangsstellung kann zudem entweder eine separate Stellvorrichtung vorgesehen werden oder ein einziges Zustellsystem zum Einsatz kommen, das bidirektional wirkt und gesteuert werden kann, wie bspw. ein Doppelhubmagnet oder ein polarisierter Magnet mit Umpolung des Erregerstroms.

1: Markierkopf
2: Prägekopf
3: Prägekopfaufnahme
4: Prägekopfzustellung und -verriegelung
5: Tragplatte
6: Stiel
7: Rädchen/Köpfchen
8: Achse
9: im Wesentlichen kegelstumpfförmiger Körper
10: kegelstumpfförmiger Bereich des Körpers 9
11: zylinderförmige Basis des Körpers 9
12: erster Hohlraum (groß)
13: zweiter Hohlraum (mittel)
14: dritter Hohlraum (klein)
15: Kolben
16: Hartmetallnadel
17: Industriediamant
18: Stirnfläche des Körpers 9
19: Verschlussplatte
20: vorgespannte Druckfeder
21: obere und untere innere Begrenzungsflächen der Prägekopfaufnahme 3
22: obere Öffnung der Prägekopfaufnahme 3
23: untere Öffnung der Prägekopfaufnahme 3
24: Rückstellfedern
25: erster elektromagnetischer Vorschub
26: zweiter elektromagnetischer Vorschub
27: profiliertes Element mit "Kulissenschräge"
28: Abstandshalter
29: Abstandshalter
30: erste Stange
31: zweite Stange
32: gerade Begrenzungsfläche des Elementes 27
33: erster Bereich des Element 27
34: zweiter Bereich des Elements 27
35: dritter Bereich des Elements 27
36: Kurvenscheibe
37: erster elektromagnetischer Vorschub
38: zweiter elektromagnetischer Vorschub
39: Einwölbung der Kurvenscheibe
40: Auswölbung der Kurvenscheibe
41: Drehachse der Kurvenscheibe
42: erster Zylinder
43: zweiter Zylinder
44: erste Stange
45: zweite Stange
46: Befestigungspunkt des ersten Zylinders
47: Befestigungspunkt des zweiten Zylinders 43
48: Befestigungsstelle
49: Befestigungsstelle
50: Klinkenrad
51: Verriegelungsrad
52: Zustellscheibe
53: erster elektromagnetischer Vorschub
54: zweiter elektromagnetischer Vorschub
55: sägezahnartige Vorsprünge
56: radiale Einschnitte
57: Einschnittstiefe in radiale Richtung
58: Einwölbungen
59: Auswölbungen
60: gemeinsame Drehachse
61: radial ausgerichtete Umfangsfläche
62: Zylinder
63: Befestigungspunkt
64: Stange
65: Stempel
66: Zylinder
67: Befestigungspunkt
68: Stange
69: Blockierelement
70: Zustellelement
71: Drehachse
72: Einwölbungen
73: Auswölbungen
74: elektromagnetischer Vorschub
75: elektromagnetischer Vorschub
76: Zylinder
77: Befestigungspunkt
78: Stange
79: Stempel
80: Zylinder
81: Befestigungspunkt
82: Stange
83: Blockierelement

Claims

Markierkopf (1) für Ritzpräger zum Markieren und Kennzeichnen von Materialoberflächen, der eine Hartmetallnadel (16) einschließt, die an einem Prägekopf (2) angeordnet ist, der mittels einer Zustellvorrichung (4) senkrecht zu einer Materialoberfläche verfahrbar ist, wobei die Zustellvorrichtung (4) mechanische und elektrische Mittel (6 bis 8, 24 bis 83) einschließt, mittels derer die relative Lage des Prägekopfes (2) gegenüber der Materialoberfläche wenigstens in einer Ausgangsstellung, in der die Spitze der Hartmetallnadel (16) zur Materialoberfläche einen Abstand aufweist, und in einer Ritzstellung, in der die Spitze der Hartmetallnadel (16) im Eingriff mit der Materialoberfläche steht, mechanisch festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallnadel (16) gegenüber dem Prägekopf (2) in Längsrichtung verschieblich angetrieben ist, und dass die Hartmetallnadel (16) und der Prägekopf (2) über wenigstens ein elastisches Mittel (20) miteinander gekoppelt sind, wobei das elastische Mittel (20) ausgebildet ist, um beim Eindringen der Hartmetallnadel (16) in die Materialoberfläche eine Druckkraft auf die Hartmetallnadel (16) auszuüben, die in der dem Eindringwiderstand des Materials der Materialoberfläche entgegengesetzten Richtung gerichtet ist.
Markierkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze der Hartmetallnadel (16) mit einem Industriediamanten (17) bestückt ist.
Markierkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine elastische Mittel (20) wahlweise durch eine Druckfeder (20), eine Zugfeder oder eine Biege-Torsionsfeder gebildet wird.
Markierkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (20) vorgespannt ist.
Markierkopf nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägekopf (2) einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Körper (9, 10) mit einer zylinderförmigen Basis (11) einschließt, der entlang seiner gesamten Längsausdehnung einen Hohlraum (12 bis 14) aufweist, der von der zylinderförmigen Basis (11) aus betrachtet durch drei mittig unmittelbar übereinander angeordneter, zylinderförmiger Hohlraumabschnitten (12 bis 14) gebildet wird, die Hartmetallnadel (16) mittig an der Stirnfläche eines Kolbens, der innerhalb des zweiten Hohlraumabschnittes (13) des Körpers (9) in Längsrichtung verschieblich angeordnet ist, befestigt und in Längsrichtung verschieblich im dritten Hohlraumabschnitt (14), der einen geringfügig größeren Durchmesser und eine kleinere Längsausdehnung als die Hartmetallnadel (16) aufweist, angeordnet ist, wobei der erste Hohlraumabschnitt (12), der einen größeren Durchmesser als der zweite Hohlraumabschnitt (13) aufweist, durch eine Verschlußplatte (19) verschlossen ist und zwischen der von der Hartmetallnadel (16) abgewandten Stirnfläche des Kolbens (15) und der Verschlußplatte (19) das wenigstens eine elastische Mittel (20) angeordnet ist.
Markierkopf (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Markierkopf (1) eine Prägekopfaufnahme (3) einschließt, zu der der Prägekopf (2) in Längsrichtung verschieblich resultiert und mit der der Prägekopf (2) durch wenigstens ein weiteres elastisches Mittel (24) gekoppelt ist.
Markierkopf (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel (6 bis 8, 24 bis 83) wahlweise ein Köpfchen (7) oder ein auf einer Drehachse (8), die senkrecht zur Längsrichtung des Prägekopfes (2) ist, angeordnetes Rädchen (7) einschließen, das auf der der Hartmetallnadel (16) gegenüberliegenden Seite des Prägekopfes (2) angeordnet und zum Prägekopf (2) unverschieblich festgelegt ist.
Markierkopf (1) nach Ansprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägekopf (2) eine Tragplatte (5) einschließt, auf der die zylinderförmige Basis (11) des im Wesentlichen kegelstumpfförmige Körpers (9, 10) angeordnet ist, wobei auf der dem Körper (9) gegenüberliegenden Fläche der Tragplatte (5) senkrecht ein Stiel (6) angeordnet ist, an dessen freien Ende wahlweise das Köpfchen (7) ausgebildet oder das Rädchen (7) auf der Achse (8) angeordnet ist, wobei die Achse (8) senkrecht zum Stiel (6) ist.
Markierkopf (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (5) des Prägekopfes (2) zwischen oberen und unteren inneren Begrenzungsflächen (21) der Prägeaufnahme (3), die parallel zueinander in einem Abstand angeordnet sind, der größer ist als die Dicke der Tragplatte (5), angeordnet ist, wobei zwischen den unteren inneren Begrenzungsflächen (21) der Prägekopfaufnahme (3) und der Fläche der Tragplatte (5), auf der die zylinderförmige Basis (11) des im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Körpers (9, 10) angeordnet ist, das weitere elastische Mittel (24) angeordnet ist.
Markierkopf (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere elastische Mittel (24) durch wenigstens eine Rückstellfeder (24) gebildet wird.
Markierkopf (1) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel (6 bis 8, 24 bis 83) ein profiliertes Element mit Kulissenschräge (27, 32 bis 35) einschließen, das oberhalb des Köpfchens (7) bzw. des Rädchens (7) angeordnet und an der Prägekopfaufnahme (3) befestigt ist und dessen profilierte Fläche eine Kulissenschräge (34) aufweist, die zwischen zwei senkrecht zu der Längsrichtung von dem Prägekopf (2) angeordneten Flächen (33, 35) schräg angeordnet ist und diese verbindet, wobei das profilierte Element (27, 32 bis 53) stets im Eingriff mit dem Köpfchen oder Rädchen (7) steht, wobei das profilierte Element (27, 32 bis 35) mittels wenigstens einer Stellvorrichtung (25, 26) in Richtung der zwei senkrecht zu der Längsrichtung des Prägekopfes (2) angeordneten Flächen (33, 35) verfahrbar ist.
Markierkopf (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Stellvorrichtung ein elektromagnetischer Vorschub (25) ist.
Markierkopf (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das profilierte Element (27) mittels zweier Stangen (30, 31) zwischen zwei elektromagnetischen Vorschüben (25, 26), deren Stellrichtung senkrecht zur Längsrichtung des Prägekopfes (2) wirkt und die an der Prägekopfaufnahme (3) befestigt sind, angeordnet ist.
Markierkopf (1) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel (24 bis 83) eine im Wesentlichen kreisförmige Kurvenscheibe (36) einschließen, die entlang ihrer Umfangsfläche wenigstens eine Einwölbung (39) und in den daran unmittelbar anschließenden Bereichen der Umfangsfläche je eine Auswölbung (40) aufweist und in ihrem immaginären Mittelpunkt auf einer Drehachse (41), die ortsfest zu der Prägekopfaufnahme (3) und senkrecht zur Längsrichtung des Prägekopfes (2) ist, angeordnet ist, wobei das Köpfchen (7) bzw. das Rädchen (7) in der Ausgangsstellung im Eingriff mit der Einwölbung (39) steht und die Kurvenscheibe (36) mittels wenigstens einer Stellvorrichtung (37, 38) verdrehbar ist.
Markierkopf (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Stellvorrichtung (37, 38) durch einen elektromagnetischen Vorschub (37, 38) gebildet wird, wobei ein erstes Ende (46, 47) des elektromagnetischen Vorschubes (37, 38) gegenüber der Prägekopfaufnahme (3) fixiert und ein zweites Ende (48, 49) des elekromagnetischen Vorschubes (37, 38) an der Kurvenscheibe (36) befestigt ist.
Markierkopf (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Stellvorrichtung durch zwei elektromagnetische Vorschübe (37, 38) gebildet wird, wobei die beiden zweiten Enden (48, 49) der elektromagnetischen Vorschübe (37, 38) im äußeren Bereich der Kurvenscheibe (36) auf einer Linie durch die Drehache (41), die senkrecht zu der Längsrichtung des Prägekopfes (2) ist, angeordnet sind, wobei sich die ersten Enden (46, 47) der elektromagnetischen Vorschübe (46, 47) auf einer Senkrechten zur Längsrichtung des Prägekopfes (2) befinden und wobei die Anordnungsachsen der elektromagnetischen Vorschübe (37, 38) von den zweiten Enden (48, 49) aus betrachtet leicht auseinanderlaufen und in Bezug auf die Längsrichtung des Prägekopfes (2) spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
Markierkopf (1) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel (6 bis 8, 24 bis 83) ein Klinkenrad (50), das im Wesentlichen als kreisförmige Scheibe ausgebildet ist, die entlang seiner gedachten Umfangsfläche gleichmäßig verteilt vorzugsweise zwölf sägezahnförmige Vorsprünge (55) aufweist, die jeweils eine weitgehend radial ausgerichteten Umfangsfläche (61) einschließen, und wenigstens einen elektromagnetischen Vorschub (53) einschließen, der in der Ebene des Klinkenrades (50) tangential dazu angeordnet und mit einem ersten Ende gegenüber der Prägekopfaufnahme (3) fixiert ist, wobei das Klinkenrad (50) auf einer Drehachse, die gegenüber der Prägekopfaufnahme (3) fixiert ist, angeordnet ist und das freie Ende des elektromagnetischen Vorschubes (53) einen Stempel (65) aufweist, der bei Aktivierung des elektromagnetischen Vorschubs (53) gegen eine der vorzugsweise zwölf weitgehend radial ausgerichteten Umfangsflächen (61) der sägezahnartigen Vorsprünge (55) wirkt und das Klinkenrad (50) durch jeweils einen Vorschub des elektromagnetischen Vorschubes (53) um vorzugsweise circa 30° in Wirkrichtung des Vorschubes gedreht wird.
Markierkopf (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel (6 bis 8, 24 bis 83) ein Zustellelement in Form einer Zustellscheibe (52) einschließen, die eine kurvenförmige Umfangsfläche aufweist, die gleichmäßig entlang einer gedachten kreisförmigen Umfangsfläche verteilt im Wechsel vorzugsweise sechs Einwölbungen (58) und vorzugsweise sechs Auswölbungen (59) aufweist und gemeinsam mit dem Klinkenrad (50) mittig auf der Drehachse (60) so angeordnet ist, dass sich sich jeweils eine der vorzugsweise zwölf weitgehend radial ausgerichteten Umfangsflächen (61) der sägezahnartigen Vorsprünge (55) des Klinkenrades (50) mittig über eine der vorzugsweise zwölf Ein- und Auswölbungen (58, 59) der Zustellscheibe (52) befindet, wobei die gemeinsame Drehachse (60) oberhalb des Köpfchens (7) bzw. des Rädchens (7) senkrecht zur Längsrichtung des Prägekopfes (2) so angeordnet ist, dass das Köpfchen (7) bzw. das Rädchen (7) in der Ausgangsstellung mit einer der vorzugsweise sechs Einwölbungen (58) und in der Ritzstellung mit einer der vorzugsweise sechs Auswölbungen (59) in Eingriff steht.
Markierkopf (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel ein Zustellelement in Form eines Zustellzylinders (70) einschließen, der hohl ist und dessen Mantelfläche an einem ersten Kopfende entlang des Zylinderumfangs ein regelmäßiges kurvenförmiges Profil aufweist, das durch vorzugsweise sechs Einwölbungen (72) und vorzugsweise sechs Auswölbungen (73) gekennzeichnet ist, wobei der Zustellzylinder (70) mit seinem planen Kopfende mit dem Klinkenrad (50) verbunden ist und mittig auf der gemeinsamen Drehachse (71) angeordnet ist, die oberhalb des Köpfchens (7) bzw. Rädchens (7) parallel zu der Längsrichtung des Prägekopfes (2) mit einem Abstand zum Köpfchen (7) bzw. Rädchen (7) verläuft, der in etwa dem Radius des Zustellzylindres (70) entspricht, so dass sich das Köpfchen (7) bzw. das Rädchen (7) in der Ausgangsstellung im Eingriff mit einer der vorzugsweise sechs Einwölbungen (72) und in der Ritzstellung in Eingriff mit einer der vorzugsweise sechs Auswölbungen (73) befindet.
Markierkopf (1) nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel (6 bis 8, 24 bis 83) ferner ein Verriegelungsrad (51) einschließen, das durch eine im Wesentlichen kreisförmige Scheibe gebildet wird, deren Durchmesser kleiner oder gleich dem gedachten kreisförmigen Bereiches des Klinkenrades ist und von seiner Umfangsfläche her betrachtet gleichmäßig über seinen Umfang verteilt vorzugsweise sechs Einschnitte (56) aufweist, die in radialer Richtung angeordnet sind, wobei das Verriegelungsrad (51) mittig auf der gemeinsamen Drehachse (60, 71) zwischen dem Klinkenrad (50) und dem Zustellelement (52, 70) so angeordnet ist, dass sich die vorzugsweise sechs Einschnitte (57) des Verriegelungsrades (51) jeweils mittig oberhalb einer der Auswölbungen (59, 73) des Zustellelements (52, 70) befinden, und einen zweiten elektromagnetischen Vorschub (54, 75) einschließen, der in Ebene des Verriegelungsrades (51) radial zu diesem auf einer Achse angeordnet ist, die gegenüber der Achse des ersten elektromagnetischen Vorschubes (53, 74) um vorzugsweise circa 60° oder ein Vielfaches davon in Drehrichtung des Klinkenrades (50) geneigt ist, und dessen eine Ende gegenüber der Prägekopfaufnahme (3) fixiert ist, wobei an dem freien Ende des zweiten elektromagnetischen Vorschubes (54, 75) ein Blockierelement (69, 83) angeordnet ist, dessen äußere Abmessungen nur geringfügig kleiner sind als die radialen Einschnitte (56, 57) und das mittels des zweiten elektromagnetischen Vorschubes (54, 75), wenn eine der Auswölbungen (59, 73) in Eingriff mit dem Köpfchen (7) bzw. dem Rädchen (7) steht, in Eingriff mit einem der vorzugsweise sechs Einschnitte gebracht werden kann, um den Markierkopf in der Ritzstellung mechanisch zu verriegeln.
Markierkopf (1) nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel (6 bis 8, 24 bis 83) eine selbsthemmende Klemmung einschließen, welche die Einheit bestehend aus Klinkenrad (50) und Zustellelement (52, 70) nach jeweils einer Drehung um vorzugsweise circa 30° automatisch mechanisch verriegelt, wobei die mechanischen Mittel (6 bis 8, 24 bis 83) ferner ein Stellsystem einschließen, mit dem selbsthemmende Klemmung wieder gelöst werden kann.