DE102008005262B4 - Method for producing groove-shaped depressions on an inner wall of a tubular workpiece and apparatus for carrying out the method - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen von nutförmigen Vertiefungen (1a, 1b) an einer Innenwand eines rohrförmigen Werkstückes, wobei ein als Messerstange ausgebildeter Messerhalter (3), an welchem zumindest ein Messer (4) angeordnet ist, in das rohrförmige Werkstück eintaucht und in Längsrichtung (y) zyklische Hubbewegungen ausführt und während jeder Hubbewegung eine Schwenkbewegung um eine Drehachse (7) ausführt, wobei das Messer von Zyklus zu Zyklus weiter in Richtung des Werkstücks zugestellt wird und wobei mit zumindest zwei gegenüberliegenden Messerschneiden (4a, 4b) mehrere nutförmige Vertiefungen in die Innenwand eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Zyklus die Drehachse (7) mit einem Steuerhub zumindest in Querrichtung (x) ausgelenkt wird, so dass das Messer (4) während eines Zyklus eine Drehbewegung ausführt, bei welcher Freiwinkel (α) und Schneidwinkel (γ) gesteuert verändert werden, wobei die Lage des Drehpunktes (7) relativ zu dem Stoßarm (3) konstant ist und sich während eines Zyklus relativ zu dem Werkstück (2) ändert.Method for producing groove-shaped recesses (1a, 1b) on an inner wall of a tubular workpiece, wherein a knife holder (3) designed as a knife rod, on which at least one knife (4) is arranged, dips into the tubular workpiece and in the longitudinal direction (y) cyclic lifting movements and during each lifting movement performs a pivoting movement about an axis of rotation (7), the knife is delivered from cycle to cycle in the direction of the workpiece and with at least two opposite knife edges (4a, 4b) introduced a plurality of groove-shaped recesses in the inner wall be characterized in that during a cycle, the rotation axis (7) is deflected with a control stroke at least in the transverse direction (x), so that the knife (4) performs a rotational movement during a cycle at which clearance angle (α) and cutting angle (γ ) are controlled, wherein the position of the pivot point (7) relative to the push arm (3) is constant and changes during a cycle relative to the workpiece (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von nutförmigen Vertiefungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 6.The invention relates to a method for producing groove-shaped depressions according to the preamble of patent claim 1 and to an apparatus for carrying out the method according to the preamble of
Derartige Verfahren zum Herstellen von nutförmigen Vertiefungen werden auch als Nutenziehverfahren und/oder Nutenstoßverfahren bezeichnet. Der Messerhalter wird hin- und herbewegt, vorzugsweise auf- und abbewegt, wobei durch seitliches Ausstellen des Messers (den so genannten Vorschub) das Messer in das Werkstück eindringt und durch schrittweise Vergrößerung des Vorschubes nach und nach die gewünschte Nut in das Werkstück einbringt.Such methods for producing groove-shaped recesses are also referred to as groove-pulling and / or grooving methods. The knife holder is moved back and forth, preferably moved up and down, whereby by lateral issuing of the knife (the so-called feed), the knife penetrates into the workpiece and gradually by incrementing the feed gradually introduces the desired groove in the workpiece.
Um in einem Arbeitsvorgang zugleich zwei Nuten, zum Beispiel in einem hohlzylindrischen Werkstück einbringen zu können, ist es bei einem gattungsgemäßen Verfahren bzw. einer gattungsgemäßen Vorrichtung bekannt, an einem auf- und abbewegbaren und ausschwenkbaren Stoßarm ein Doppelmesser zu befestigen, wobei die eine Schneide im Zuge der Abwärtsbewegung gleichsam stoßend eine erste Nut erzeugt, während die zweite Schneide im Zuge der Aufwärtsbewegung des Stoßarmes gleichsam ziehend die zum Beispiel gegenüberliegende zweite Nut einbringt (vgl.
Andererseits ist es bekannt, Nuten, zum Beispiel in der Bohrungswandung einer Buchse, mithilfe eines Messers einzubringen, welches endseitig an einem schwenkbar gelagerten Werkzeughalter angeordnet ist, wobei das Messer mit dem Werkzeughalter in das Werkstück eingetrieben wird (vgl.
Aus der
Ferner kennt man eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes mit Hilfe eines Werkzeuges, wobei das Werkzeug an einen Messerhalter befestigt ist, welcher um eine Achse rotiert. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück in Abhängigkeit voneinander bewegt werden, um die gewünschte Schnittbewegung zu vollziehen (vgl.
Schließlich beschreibt die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von nutförmigen Vertiefungen an einer Innenwand eines rohrförmigen Werkstückes zu schaffen, welches sich durch eine hohe Produktivität und zugleich Flexibilität hinsichtlich der Form der nutförmigen Vertiefung auszeichnet.The invention has for its object to provide a method and an apparatus for producing groove-shaped depressions on an inner wall of a tubular workpiece, which is characterized by high productivity and flexibility at the same time in terms of the shape of the groove-shaped depression.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Durch die gezielte und gesteuerte Veränderung des Freiwinkels und des Schneidwinkels gelingt eine optimale Anpassung der Schneidverhältnisse. Der Messerhalter und damit auch das Messer sowie dessen Schneiden führen zyklische Hubbewegungen aus, und während jeder Hubbewegung eine Schwenkbewegung um eine Drehachse. Erfindungsgemäß wird nun während eines Bewegungshubes oder Zyklusses die Drehachse mit einem Steuerhub zumindest in Querrichtung (sowie gegebenenfalls auch in Längsrichtung) ausgelenkt, sodass das Messer während jedes Zyklus eine Drehbewegung ausführt, bei welcher sich der Schneidwinkel und der Freiwinkel gezielt ändern. Der Messerhalter kann in an sich bekannter Weise als Messerstange gerade bzw. im Wesentlichen gerade ausgebildet sein und Bewegungshübe im Wesentlichen in Längsrichtung ausführen, wobei diese Bewegungshübe in Längsrichtung eine (zusätzliche) Schwenkbewegung aufgezwungen wird. Auf diese Weise besteht zunächst einmal die Möglichkeit, mit mehreren Messerschneiden (gleichzeitig) mehrere Vertiefungen einzubringen, wobei eine erste Vertiefung zum Beispiel im Zuge der Abwärtsbewegung und eine zweite Vertiefung zum Beispiel im Zuge der Aufwärtsbewegung eingebracht wird. Dennoch können auch nutförmige Vertiefungen mit großer Nuttiefe bei gleichzeitig hoher Standzeit des Messers sowie hoher Schnittgeschwindigkeit eingebracht werden, weil das Messer während eines Arbeitshubes eine Drehbewegung ausführt, bei welcher der Schneidwinkel und der Keilwinkel gezielt zur Optimierung der Schneidverhältnisse gesteuert werden. Dieses gelingt im Rahmen der Erfindung durch die Kopplung einerseits der Antriebsbewegung des Messerhalters und andererseits der Steuerbewegung der Drehachse, wobei sich die Lage des Drehpunktes zwar während eines Bewegungszyklus relativ zu dem Werkstück ändert, jedoch relativ zu dem Messehalter konstant ist. Die Hebelverhältnisse des Messerhalters selbst ändern sich folglich nicht, und zwar auch nicht im Zuge der Erhöhung des Vorschubes von Zyklus zu Zyklus.This object is achieved by a method having the features of claim 1. By the targeted and controlled change of the clearance angle and the cutting angle succeeds an optimal adjustment of the cutting conditions. The knife holder and thus also the knife and its cutting perform cyclical strokes, and during each lifting movement a pivoting movement about a rotation axis. According to the invention, the axis of rotation is then deflected with a control stroke at least in the transverse direction (and possibly also in the longitudinal direction) during a movement stroke or cycle, so that the blade performs a rotational movement during each cycle in which the cutting angle and the clearance angle change in a targeted manner. The knife holder can be designed in a manner known per se as a knife bar straight or substantially straight and execute movement strokes substantially in the longitudinal direction, said movement strokes in the longitudinal direction of an (additional) pivoting movement is imposed. In this way, there is the first Possibility of introducing several recesses (simultaneously) with several knife edges, wherein a first recess is introduced, for example, in the course of the downward movement and a second recess, for example in the course of the upward movement. Nevertheless, grooved depressions with a large groove depth can be introduced with simultaneously high tool life and high cutting speed, because the knife performs a rotational movement during a working stroke, in which the cutting angle and the wedge angle are controlled specifically to optimize the cutting conditions. This is possible in the context of the invention by the coupling on the one hand the drive movement of the knife holder and on the other hand, the control movement of the rotation axis, wherein the position of the pivot point during a movement cycle relative to the workpiece changes, however, is relative to the fair holder constant. Consequently, the lever ratios of the knife holder itself do not change, not even as the feed rate increases from cycle to cycle.
Dabei kann die Auslenkung des Messerhalters und folglich des Messers in Längsrichtung während eines Zyklus wesentlich größer sein kann als die Länge der einzubringenden Nut. (Bezüglich der Definition der Begriffe ”Tiefe der Nut im Werkstück, Nuttiefe, Länge der Nut ...” wird auf die Figurenbeschreibung verwiesen). Der Messerhalter wird zwar antriebsseitig auf einer kurvenförmigen Bewegungsbahn, zum Beispiel Kreisbahn, geführt. Durch die Kopplung mit dem Steuerarm und folglich die Beeinflussung des Drehpunktes wird jedoch erreicht, dass das Messer und folglich dessen Schneide(n) während eines Zyklus eine gezielt beeinflussbare Bewegungsbahn durchläuft, wobei sich die Bewegungsbahn vorzugsweise von Zyklus zu Zyklus aufweitet. Folglich taucht das Messer zunächst ohne größere Querbewegungen in das Werkstück ein und erst dann setzt das Ausstellen bzw. der Vorschub im Sinne einer Drehbewegung ein, sodass zum Beispiel eine Bewegung mit einer Tropfenform entsteht. Dieses hat zur Folge, dass insbesondere Nuten großer Länge und in großer Werkstücktiefe und mit großer Nuttiefe erzeugt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch durch die gezielte Steuerung der Bewegungsbahn des Messers nicht auf das Einbringen derartiger Nuten beschränkt, sondern das Verfahren zeichnet sich durch hohe Flexibilität bezüglich der Nutform aus. Aufgrund der erfindungsgemäßen Steuerung des Messers und folglich der optimalen Anpassung der Schneidverhältnisse kann trotzdem mit Messern mit großem Keilwinkel gearbeitet werden, sodass hohe Standzeiten erreicht werden. Außerdem kann im Zuge des beschriebenen Verfahrens durch die Optimierung der Schneidbedingungen mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet werden. Dieses führt wiederum zur Erhöhung der Produktivität und Standzeit. Schließlich sind die Messer im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wenig sensibel.In this case, the deflection of the knife holder and consequently of the knife in the longitudinal direction during a cycle can be substantially greater than the length of the groove to be introduced. (For the definition of the terms "depth of the groove in the workpiece, groove depth, length of the groove ...", reference is made to the description of the figures). Although the knife holder is on the drive side on a curved path of movement, for example circular path out. However, the coupling with the control arm and consequently the influencing of the pivot point ensures that the blade and consequently its cutting edge (s) undergo a specifically influenceable trajectory during one cycle, the trajectory preferably expanding from cycle to cycle. Consequently, the knife first dives without major transverse movements in the workpiece and only then does the launching or the feed in the sense of a rotational movement, so that, for example, a movement with a teardrop shape arises. This has the consequence that in particular grooves of great length and can be produced in a large workpiece depth and with a large groove depth. The inventive method is not limited by the targeted control of the movement path of the knife on the introduction of such grooves, but the method is characterized by high flexibility with respect to the groove shape. Due to the inventive control of the knife and consequently the optimum adjustment of the cutting conditions can still be worked with knives with a large wedge angle, so that long service life can be achieved. In addition, in the course of the method described by the optimization of the cutting conditions can be worked with very high speeds. This in turn leads to an increase in productivity and service life. Finally, the knives are not very sensitive in the context of the method according to the invention.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zum Herstellen von nutförmigen Vertiefungen mit den Merkmal des Patentanspruchs 6. Dabei besteht die Möglichkeit, dass an dem Messerhalter ein Messer angeordnet ist, welches zwei oder auch mehrere Messerschneiden aufweist, welche zum Beispiel gegenüberliegend angeordnet sein können, um gleichzeitig mehrere Vertiefungen auf gegenüberliegenden Seiten einer Innenwand eines rohrförmigen Werkstückes einzubringen. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass an dem Messerhalter mehrere Messer mit jeweils zumindest einer Messerschneide (oder auch jeweils mehreren Messerschneiden) angeordnet sind. Die einzelnen Messer oder Messerschneiden können dabei unterschiedliche Geometrie und Position aufweisen, sodass insgesamt sehr flexibel gearbeitet werden kann. Der Anlenkpunkt kann vorzugsweise zwischen dem Antriebsende des Messerhalters und dem Messer oder auch im Bereich des Messers angeordnet sein. Der Messerhalter ist vorzugsweise mit seinem Antriebsende an einen Exzenter angeschlossen, welcher von dem Messerantrieb rotierend angetrieben ist. Mithilfe des Messerantriebes und des daran angeschlossenen Exzenters werden folglich zunächst einmal die zyklischen Bewegungshübe erzeugt. Nach besonders bevorzugter Ausführungsform erfolgt über den Messerantrieb zugleich die Auslenkung des Steuerarmes zur Beeinflussung der Drehachse des Messerhalters, so dass besonders bevorzugt eine Zwangskopplung zwischen der Bewegung des Messerhalters einerseits und des Steuerarmes andererseits während eines Zyklus über einen einzigen Antrieb erfolgt. Dieses gelingt in konstruktiv besonders einfacher und funktionsgerechter Weise dadurch, dass dem Messerantrieb bzw. dem Exzenter ein Steuerelement, zum Beispiel eine Steuerscheibe, zugeordnet ist, welche zum Beispiel über ein oder mehrere Verbindungshebel an den Steuerarm angeschlossen ist und auf diesen arbeitet. Vorzugsweise wird dieses Steuerelement von dem Exzenter selbst gebildet, der zugleich als Nockenscheibe bzw. Kurvenscheibe ausgebildet sein kann. Dabei kann das Steuerelement, zum Beispiel die als Komplementärscheibenkurve ausgebildete Nockenscheibe, von einem Steuerrahmen umgeben sein, welcher über den Messerantrieb hin- und herbewegt wird, zum Beispiel in einer Querrichtung. Dieser Steuerrahmen kann unmittelbar oder auch mittelbar über ein oder mehrere Verbindungshebel mit dem Steuerhebel in Verbindung stehen.The problem is solved by a device for producing groove-shaped depressions with the feature of
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist der Steuerarm mit seinem dem Anlenkpunkt abgewandten Ende schwenkbar an eine verschiebbare Führungskulisse angeschlossen. Mit dieser Führungskulisse wird der Anlenkpunkt des Steuerarmes während eines Zyklus über den Messerantrieb zyklisch und vorzugsweise periodisch hin- und herverschoben, was wiederum zu einer Verschiebung der Drehachse des Messerhalters in der beschriebenen Weise führt. Von besonderer Bedeutung ist nun die Tatsache, dass die Führungskulisse winkelverstellbar ausgebildet sein kann und zur Vergrößerung des Vorschubes bzw. des Ausschwenkens des Messers von Zyklus zu Zyklus um ein vorgegebenes Maß gedreht bzw. winkelverstellt wird. Dazu kann an die Führungskulisse ein separater Vorschubantrieb angeschlossen sein, welcher den Vorschub kontinuierlich oder schrittweise von Zyklus zu Zyklus vergrößert, indem die Führungskulisse gedreht wird.According to a further proposal of the invention, the control arm is pivotally connected with its pivot point remote from the end to a sliding guide slot. With this guide link, the pivot point of the Control arm during a cycle on the knife drive cyclically and preferably periodically reciprocated back and forth, which in turn leads to a displacement of the axis of rotation of the knife holder in the manner described. Of particular importance is now the fact that the guide slot can be designed adjustable in angle and rotated to increase the feed or the swinging of the blade from cycle to cycle by a predetermined amount or angle. For this purpose, a separate feed drive can be connected to the guide slot, which increases the feed continuously or step by step from cycle to cycle by the guide slot is rotated.
Insgesamt zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch einen einfachen und funktionsgerechten Aufbau aus. Sie ermöglicht es, mit hoher Schnittgeschwindigkeit mehrere Nuten zeitgleich in zum Beispiel eine Innenwand eines rohrförmigen Werkstückes einzubringen, wobei grolle Nutlängen und Nuttiefen sowie große Tiefen innerhalb des Werkstückes gewählt werden können. Zugleich kann eine hohe Messerstandzeit erreicht werden, so dass insgesamt eine hohe Produktivität bei gleichzeitig hoher Flexibilität erzielt wird.Overall, the device according to the invention is characterized by a simple and functional design. It makes it possible to introduce a plurality of grooves simultaneously into, for example, an inner wall of a tubular workpiece at a high cutting speed, whereby great groove lengths and groove depths as well as large depths within the workpiece can be selected. At the same time a high blade life can be achieved, so that a total of high productivity and high flexibility is achieved.
Die hohe Effektivität und Flexibilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere dadurch erreicht, dass gleichsam sowohl in Polarkoordinaten als auch in kartesischen Koordinaten gearbeitet wird. Dieses ermöglicht es insbesondere auch, dass Vertiefungen verschiedenster Form und folglich verschiedene Profile in die Werkstücke eingebracht werden können. Die rotierende Bewegung des Messers bildet gleichsam die Hauptbewegung, über die Steuerung mithilfe des Steuerarmes gelingt jedoch eine gezielte Beeinflussung der Bewegung während des einzelnen Zyklusses, so dass ganz gezielt verschiedene Profile erreicht werden können.The high effectiveness and flexibility of the device according to the invention or of the method according to the invention is achieved, in particular, by working, as it were, both in polar coordinates and in Cartesian coordinates. This also makes it possible, in particular, for depressions of very different shape and consequently different profiles to be introduced into the workpieces. The rotating movement of the knife forms the main movement, but the control by means of the control arm makes it possible to selectively influence the movement during the individual cycle so that different profiles can be achieved in a very targeted manner.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenIn the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings showing only one exemplary embodiment. Show it
In den Figuren ist eine Vorrichtung zum Einbringen von Nuten
Erfindungsgemäß ist nun an den Messerhalter
Ferner ist in
Während der Messerantrieb
Im Übrigen ist in
Schließlich ist in
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren sollen nun anhand der
Es sollen zeitgleich zwei Nuten
Die dargestellte Anordnung, bei welcher Steuerarm
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20140111 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |