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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gewindes
in einer Bohrung eines Werkstückes gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei
der Teilefertigung, insbesondere in Fertigungslinien, werden häufig
in den zu bearbeitenden Werkstücken Löcher gebohrt
oder gestanzt, die in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt mit
einem Gewinde versehen werden. Zur Erzeugung des Gewindes werden
Gewindeformer oder Gewindeschneider verwendet. Nachfolgend wird
der Einfachheit halber der Begriff „Gewindeformen” einheitlich
für beide Verfahren verwendet, sodass die Bezeichnung „Gewindeformen” stets
auch das „Gewindeschneiden” einschließen
soll.
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Zur
Erzeugung des Gewindes wird ein Gewindeformkopf verwendet, in welchem
ein drehend antreibbarer Gewindeformer gelagert ist. Der Gewindeformer
wird an der zuvor gebohrten oder gestanzten Bohrung angesetzt und
bewegt sich drehend in diese Bohrung, wobei das Gewinde durch Materialverdrängung
geformt bzw. durch Materialabtrag geschnitten wird. Der Drehantrieb
kann durch einen eigenen Antriebsmotor, insbesondere einen Elektromotor,
erfolgen. Damit ist ein flexibler Einsatz des Gewindeformkopfes
möglich. Für eine Automatisierung, insbesondere
in einer Fertigungslinie, ist dieser Antrieb jedoch aufwändig
und erfordert einen zusätzlichen Steuerungsaufwand.
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Es
ist daher bekannt, bei der automatischen Teilefertigung, bei welcher
Pressen zum Umformen, Stanzen und Schneiden der Werkstücke
verwendet werden, die Presse mit ihrem Hubantrieb auch für den
Antrieb des Gewindeformkopfes zu verwenden. Dabei wird die lineare
Hubbewegung des Stößels der Presse gegenüber dem
statischen Unterteil der Presse in eine rotatorische Bewegung für
den Antrieb des Gewindeformkopfes, d. h. des Gewindeformers, umgesetzt.
Die Umsetzung der linearen Hubbewegung in eine rotatorische Bewegung
kann dabei durch eine Spindel und eine Spindelmutter erfolgen (z.
B.
US 4,692,072 ;
EP 0 761 358 B1 ).
In einer anderen gattungsgemäßen Ausführung
(z. B.
EP 0 212 006
B1 ) läuft eine Antriebseinheit mit einem Ritzel
auf einer Zahnstange, wobei die Antriebseinheit und die Zahnstange
jeweils mit einem der gegeneinander bewegbaren Maschinenteile, nämlich
dem Unterteil bzw. dem Stößel, verbunden sind.
Beiden Lösungen ist gemeinsam, dass der Drehantrieb von
der Antriebseinheit, die die lineare Hubbewegung in die Rotationsbewegung
umsetzt, über ein Zahnradgetriebe zu dem Gewindeformkopf übertragen
wird, um dort den Gewindeformer drehend anzutreiben. Aufgrund dieser
als Zahnradgetriebe ausgebildeten Getriebeverbindung verläuft
die Achse des Gewindeformers parallel zur Achse der linearen Hubbewegung
der Presse, sodass nur Gewinde erzeugt werden können, deren
Achse parallel zur Achse der Hubbewegung verläuft. Weiter
hat die Ausbildung der Getriebeverbindung als Zahnradgetriebe zur
Folge, dass der Gewindeformkopf und die Antriebseinheit nur einen
relativ kleinen Abstand aufweisen können. Bei einem größeren
Abstand würden die Einbauabmessungen des Zahnradgetriebes
zu groß werden. Außerdem nehmen mit zunehmendem
Abstand auch auf den Gewindeformkopf wirkende Kippmomente zu, sodass ungleichmäßige
Belastungen bei der Erzeugung des Gewindes auftreten können.
Aus diesen Gründen sind bei den bekannten Vorrichtungen
die Antriebseinheit und die Zahnstange bzw. die Gewindespindel im
Arbeitsraum der Presse und in der Regel im Arbeitsraum des Werkzeuges
zwischen Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil angeordnet. Dies
bedeutet wiederum, dass der Antrieb den im Arbeitsraum des Werkzeuges
für das Werkstück zur Verfügung stehenden
Platz einschränkt. Außerdem ist der Antrieb in
das Werkzeug integriert, sodass die Vorrichtung zur Erzeugung des
Gewindes nicht flexibel bei unterschiedlichen Werkzeugen eingesetzt
werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines Gewindes in einer Bohrung eines Werkstückes der eingangs
genannten Gattung so auszubilden, dass die Vorrichtung vielseitiger
einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Der
wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, die lineare Hubbewegung
zwischen Stößel und Unterteil einer Presse in
einer Antriebseinheit in eine Drehbewegung umzusetzen und den Drehantrieb
von der Antriebseinheit zu dem Gewindeformkopf über eine
Welle zu übertragen, die nur das Drehmoment überträgt,
jedoch quer zu ihrer Achse beweglich ist. Vorzugsweise ist diese
Welle als Gelenkwelle ausgebildet. Abgesehen von der Übertragung des
Drehantriebes stellt die Welle keine mechanisch steife Verbindung
zwischen der Antriebseinheit und dem Gewindeformkopf dar. Der Gewindeformkopf kann
somit in frei wählbarer Anordnung in dem Arbeitsraum montiert
werden. Die Achsrichtung des Gewindeformers kann somit unabhängig
von der Achsrichtung der Hubbewegung der Presse gewählt werden.
Die zu erzeugende Gewindebohrung kann daher nicht nur achsparallel
zu der Hubachse verlaufen, sondern kann auch unter einem Winkel
zu dieser Achse verlaufen. Es können Bohrungen mit einem Gewinde
versehen werden, die parallel zur Hubachse der Presse verlaufen,
die senkrecht zur Hubachse verlaufen oder die einen beliebigen anderen
Winkel mit der Hubachse einschließen. Die Vorrichtung ist somit äußerst
flexibel auch an komplizierter geformte Werkstücke anpassbar.
Es ist ggf. auch möglich, den Gewindeformkopf schwenkbar
anzuordnen, sodass die Achse des herzustellenden Gewindes verstellt werden
kann.
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Auch
der Drehantrieb des Gewindeformers kann unabhängig von
dem Hubweg von Stößel und Unterteil der Presse
gewählt werden. Es muss lediglich eine entsprechende Getriebeübersetzung
bzw. -untersetzung in der Antriebseinheit gewählt werden. Auf
diese Weise ist es möglich, das Drehmoment des Gewindeformers
den individuellen Anforderungen anzupassen und den Antrieb entsprechend über
die numerische Steuerung des Pressenhubes zu bestimmen.
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Da
der Drehantrieb von der Antriebseinheit zu dem Gewindeformkopf über
die bewegliche Welle übertragen wird, ist die Vorrichtung
auch keinen Einschränkungen bezüglich des Abstandes
zwischen der Antriebseinheit und dem Gewindeformkopf unterworfen.
Da der Gewindeformkopf in dem Arbeitsraum mechanisch getrennt von
der Antriebseinheit montiert ist, wirken auf den Gewindeformkopf
keine Kippmomente ein, selbst wenn der Abstand zwischen dem Gewindeformkopf
und der Antriebseinheit groß ist. Es ist daher möglich,
die Antriebseinheit außerhalb der Arbeitsstation und außerhalb
des Arbeitsraumes an der Presse zu montieren, wobei lediglich die
Welle von der Antriebseinheit in den Arbeitsraum hineingeführt
werden muss. Die Antriebseinheit beansprucht daher keinen Platz
im Arbeitsraum, sodass der Arbeitsraum in vorteilhafter Weise für
die Aufnahme und das Handling der Werkstücke genutzt werden
kann. Die Vorrichtung kann dadurch außerdem auch vielseitig
eingesetzt werden, da eine einheitliche Vorrichtung mit ihrem Antrieb
an der Presse montiert werden kann, während nur der Gewindeformkopf
in das Werkzeug geführt und dort montiert werden kann.
Eine vielseitige Anpassung einer einheitlichen Vorrichtung an unterschiedliche
Werkzeuge ist auf diese Weise möglich.
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Schließlich
ist es auch möglich, in einer Fertigungslinie mehrere Gewindeformköpfe
anzuordnen, die über jeweilige Wellen von demselben Antrieb
angetrieben werden. Diese Gewindeformköpfe können
verschiedene Bohrungen eines Werkstückes oder Bohrungen
aufeinanderfolgender Werkstücke mit Gewinde versehen. Dabei
können die Gewindeformköpfe quer zur Transportrichtung
der Werkstücke in der Fertigungslinie nebeneinander oder
in der Transportrichtung hintereinander angeordnet sein.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines
Gewindes,
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2 die
in eine Presse eingebaute Vorrichtung,
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3a +
b schematisch die Erzeugung einer Gewindebohrung mit schräger
Achse,
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4a +
b schematisch die Erzeugung einer Gewindebohrung mit zur Hubrichtung
senkrechter Achse,
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5a +
b schematisch die Anordnung mit abschwenkbarem Gewindeformkopf,
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6a +
b schematisch eine abgewandelte Ausführung mit abschwenkbarem
Gewindeformkopf und
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7 schematisch
eine Draufsicht auf eine Anordnung mit mehreren Gewindeformköpfen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Erzeugung
eines Gewindes in einer Bohrung eines Werkstückes, wobei
diese Bohrung in einem vorangehenden Arbeitsschritt in das Werkstück
gestanzt oder gebohrt wird. Die Vorrichtung wird an einer Presse
eingesetzt, wie sie zum Umformen, Stanzen oder Schneiden von Werkstücken,
insbesondere von Blechteilen, verwendet wird. Mit „Presse” wird
dabei jede Maschine bezeichnet, die ein statisches Maschinenteil
und ein gegen dieses bewegbares Hubteil aufweist. Nachfolgend wird
das statische Maschinenteil als Unterteil und das bewegbare Hubteil
als Stößel bezeichnet.
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In 2 ist
schematisch eine solche Presse dargestellt. Die Presse weist ein
Unterteil 10 auf, welches z. B. Bestandteil des Pressenrahmens
ist. In dem Pressenrahmen ist gegenüber dem Unterteil 10 angetrieben
linear bewegbar ein Stößel 12 geführt.
In den meisten Fällen ist die lineare Hubbewegung des Stößels 12 eine
vertikale Hubbewegung. In dem Arbeitsraum der Presse zwischen dem
Unterteil 10 und dem Stößel 12 ist
eine Arbeitsstation angeordnet, die im Allgemeinen durch ein in
den Arbeitsraum eingesetztes Werkzeug gebildet wird. Das Werkzeug
besteht bspw. aus einem an dem Unterteil 10 angeordneten
Werkzeugunterteil 14 und einem an dem Stößel 12 angeordneten
Werkzeugoberteil 16. Das Werkzeugoberteil 16 ist
gegenüber dem Werkzeugunterteil 14 mittels Führungen 18 in
der Hubrichtung des Stößels 12 geführt
bewegbar. Zwischen dem Werkzeugunterteil 14 und dem Werkzeugoberteil 16 und
planparallel zu diesen ist eine Federplatte 20 angeordnet,
die ebenfalls auf den Führungen 18 geführt wird
und gegen die Kraft von Federn 22 bewegbar ist. Werkzeuge
dieser Art sind Stand der Technik, sodass diese hier nicht im Einzelnen
beschrieben werden. Werk zeuge dieser Art dienen zur Aufnahme eines vorzugsweise
automatisch zugeführten Werkstückes 24,
welches durch die Federplatte 20 positioniert fixiert wird
und mittels des Stößelhubes bearbeitet wird.
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Erfindungsgemäß ist
an dem Stößel 12 mittels Befestigungselementen 26 eine
Zahnstange 28 befestigt. Die Zahnstange 28 verläuft
achsparallel zur vertikalen Hubrichtung des Stößels 12 und
ragt von diesem Stößel 12 nach unten.
In dem unteren Bereich ist die Zahnstange 28 in einer Zahnstangenführung 30 vertikal
verschiebbar geführt. Die Zahnstangenführung 30 ist
an dem statischen Pressenrahmen montiert. Mittels weiterer Befestigungselemente 32 ist
an dem Unterteil 10 eine Antriebseinheit 34 befestigt.
Die Antriebseinheit 34 steht mit einem in der Antriebseinheit 34 gelagerten
Ritzel 36 mit der Zahnstange 28 in Zahneingriff.
Bei einer vertikalen Hubbewegung des Stößels 12 wird
die Zahnstange 28 vertikal in der Antriebseinheit 34 verschoben,
wodurch das Ritzel 36 der Antriebseinheit 34 um
seine horizontale Achse gedreht wird.
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Die
Drehung des Ritzels 36 wird in einem in die Antriebseinheit 34 integrierten Übersetzungsgetriebe übersetzt
bzw. untersetzt. An den Ausgang des Übersetzungsgetriebes
ist eine Gelenkwelle 38 angeschlossen. Die Gelenkwelle 38 ist
mittels eines ersten kardanischen Gelenks 40 mit dem Ausgang des Übersetzungsgetriebes 36 verbunden.
An das erste kardanische Gelenk 40 schließt sich
eine teleskopische Welle 42 an, die z. B. mittels einer
Keilführung teleskopisch längenveränderlich,
aber drehmomentsteif ist. Am anderen Ende ist die teleskopische Welle 42 über
ein zweites kardanisches Gelenk 44 mit einem Gewindeformkopf 46 verbunden.
Auf diese Weise ist der Gewindeformkopf 46 über
die Gelenkwelle 38 frei bewegbar mit der Antriebseinheit 34 verbunden,
wobei jedoch der Drehantrieb der Antriebseinheit 34 über
die Gelenkwelle 38 auf den Gewindeformkopf 46 übertragen
wird.
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Der
Gewindeformkopf 46 ist in an sich bekannter Weise ausgebildet,
sodass eine detaillierte Beschreibung überflüssig
ist und auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen
wird. Insbesondere wird durch den von der Gelenkwelle 38 über
das zweite kardanische Gelenk 44 in den Gewindeformkopf
eingeleiteten Drehantrieb ein Kegelrad angetrieben, welches seinerseits
eine in dem Gewindeformkopf 46 drehbar, aber axial unverschiebbare
Leitpatrone antreibt. In der Leitpatrone ist axial verschiebbar
und unverdrehbar ein Gewindeformer 48 bzw. ein Gewindeschneider
gelagert. An das innere Ende des Gewindeformers 48 schließt
sich eine Leitspindel an, die in einer Leitmutter läuft.
Die Leitmutter wird ebenfalls über den Drehantrieb in Drehung
versetzt, wodurch die Leitspindel vorwärts bewegt wird
und entsprechend den Gewindeformer 48 axial aus der Gewindepatrone
und damit aus dem Gewindeformkopf 46 vorschiebt. Die Steigung
der Leitspindel entspricht dabei der Steigung des Gewindeformers 48.
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Nachfolgend
werden verschiedene Einsatzfälle der erfindungsgemäßen
Vorrichtung schematisch erläutert.
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In
der Darstellung der 2 ist der Gewindeformkopf 46 auf
der Federplatte 20 mit vertikaler Achse des Gewindeformers 48 angeordnet.
Der Gewindeformer 48 ist dabei nach unten gerichtet. In
dieser Anordnung des Gewindeformkopfes 46 kann ein Gewinde
von oben in das Werkstück 24 eingebracht werden,
wobei die Achse der Gewindebohrung parallel zu der Hubrichtung des
Stößels 12 verläuft. Das Werkstück 24 wird
auf das Werkzeugunterteil 14 transportiert. Der Stößel 12 wird
abgesenkt, wodurch die Federplatte 20 auf das Werkstück
abgesenkt wird, so dass dieses durch Positionierungsmittel positioniert
und fixiert wird. Dabei kommt der beim Absenken des Stößels 12 drehend
angetriebene Gewindeformer 48 an die Bohrung des Werkstückes 24.
Beim weiteren Absenken des Stößels 12 bewegt
sich die Federplatte 20 gegen die Kraft der Federn 22,
sodass die Federplatte 20 mit dem auf dieser montierten
Gewindeformkopf 46 ihre Position bezüglich des
Werkstückes 24 beibehält. Das weitere
Absenken des Stößels 12 bewegt dabei
jedoch die Zahnstange 28 weiter nach unten, sodass der
Gewindeformer 48 in den Gewindeformkopf 46 rotierend
angetrieben wird und sich aus dem Gewindeformkopf 46 in
die Bohrung des Werkstückes 24 hineindreht und
das Gewinde formt. Die teleskopische Welle 42 nimmt dabei
Abstandsänderungen zwischen der Antriebseinheit 34 und
dem Gewindeformkopf 46 auf.
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In
den 3 bis 7 sind nur
die Teile schematisch gezeigt, die für die Funktion der
Vorrichtung wesentlich sind.
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In 3 ist der Gewindeformkopf 46 mittels eines
Schwenkgelenkes 50 um eine horizontale Achse schwenkbar
und feststellbar an der Federplatte 20 befestigt. Dadurch
kann die Achse des Gewindeformers 48 unter einem beliebigen
Winkel zur Federplatte 20 eingestellt werden. Unter diesem
einstellbaren Winkel kann ein Gewinde in eine Bohrung des auf der
Federplatte 20 fixierten Werkstückes 24 eingebracht
werden. Die Bohrung des Werkstückes 24 kann dabei
einen beliebigen einstellbaren Neigungswinkel gegenüber
der Ebene der Federplatte 20 und damit bezüglich
der vertikalen Hubachse des Stößels 12 aufweisen.
Ebenso kann wegen der Beweglichkeit der Gelenkwelle 38 der
Gewindeformkopf 46 mit einem beliebigen Azimutwinkel der
Achse des Gewindeformers 48 um die zur Hubachse parallele
vertikale Achse eingestellt werden.
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In
der Stellung der 3a ist das Werkstück 24 auf
der Federplatte 20 positioniert und der Gewindeformer 48 ist
am Eintritt der Bohrung des Werkstückes 24 positioniert.
Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Stößels 12 in
die Stellung der 3b wandert die Zahnstange 28 nach
unten und treibt über die Gelenkwelle 38 den Gewindeformer 48 an,
der das Gewinde in die Bohrung des Werkstückes 24 einbringt.
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4 zeigt eine Anwendung, bei welcher ein Gewinde
in eine Bohrung des Werkstückes 24 eingebracht
wird, die horizontal, d. h. senkrecht zur Hubachse des Stößels 12,
verläuft. Auch hier wird in der Stellung der 4a das
Werkstück 24 auf der Federplatte 20 positioniert
und fixiert und der Gewindeformkopf 46 kommt mit seinem
Gewindeformer 48 an den Eintritt der Bohrung. Beim weiteren
Absenken des Stößels 12 in die Stellung
der 4b wird die Antriebseinheit 34 durch
die Zahnstange 28 angetrieben und der Gewindeformer 48 bewegt
sich angetrieben aus dem Gewindeformkopf 46 in die Bohrung des
Werkstückes 24, um das Gewinde zu formen.
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In
dem Beispiel der 5 ist der Gewindeformkopf 46 unter
dem auf der Federplatte 20 positionierten und fixierten
Werkstück 24 angeordnet. Bspw. ist der Gewindeformkopf 46 in
einer entsprechenden Aussparung der Federplatte 20 gelagert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Gewindeformkopf 46 mittels
eines Schwenkhebels 52 an der Federplatte 20 gelagert,
sodass der Gewindeformkopf 46 mit dem Gewindeformer 48 nach
unten unter die Ebene der Federplatte 20 weggeschwenkt
werden kann, wie dies in 5a gezeigt
ist. In dieser Stellung ist die gesamte Oberfläche der
Federplatte 20 frei, sodass die Zuführung und
die Abführung des Werkstückes 24 äußert
einfach durchgeführt werden können. Nach dem Positionieren
und Fixieren des Werkstückes 24 auf der Federplatte 20 wird
der Gewin deformkopf 46 hochgeschwenkt, wie dies 5b zeigt.
Der Gewindeformer 48 gelangt dadurch an die Bohrung des
Werkstückes 24, die in diesem Falle parallel zur
Hubachse vertikal verläuft. Beim weiteren Absenken des
Stößels 12 arbeitet sich der Gewindeformer 48 von
unten in die Bohrung des Werkstückes 24, um das
Gewinde zu formen.
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6 zeigt eine Abwandlung der Ausführung
der 5. In dieser Ausführung
ist der Gewindeformkopf 46 mittels Parallelhebeln nach
unten unter die Ebene der Federplatte 20 schwenkbar. Der Gewindeformkopf 46 bewegt
sich aufgrund dieser Parallelogrammführung mit vertikaler
Achse des Gewindeformers 48 auf und ab. Die Vorteile für
den Werkstücktransport sind dabei dieselben wie bei der Ausführung
der 5. Da sich der Gewindeformkopf 46 jedoch
mit vertikaler Achse auf und ab bewegt, benötigt der Gewindeformkopf 46 einen
kleineren Bauraum für seine Bewegung und es können
auch größere Wege überbrückt
werden.
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7 zeigt
in einer Aufsicht mehrere aufeinanderfolgende Arbeitsstationen innerhalb
des Arbeitsraumes einer Presse. Eine mit dem Stößel 12 verbundene
Zahnstange 28 treibt ein Kitzel der Antriebseinheit 34 an,
welche wiederum über Zahngetriebe mehrerer Gelenkwellen 38 und über
diese mehrere Gewindeformköpfe 46 antreibt. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einer Arbeitsstation
I ein Gewindeformkopf 46 angeordnet, während in der
folgenden Arbeitsstation II zwei Gewindeformköpfe 46 angeordnet
sind. Die Gewindeformköpfe 46 der aufeinanderfolgenden
Stationen können unterschiedliche Anstellwinkel des Gewindeformers 48 aufweisen.
Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass in den aufeinanderfolgenden
Arbeitsstationen I, II usw. verschiedene Bohrungen mit einem Gewinde
versehen werden können, ebenso können in einer
Arbeitsstation (z. B. in der Arbeitsstation II) verschiedene Bohrungen
desselben Werkstückes parallel mit Gewinde versehen werden.
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- 10
- Unterteil
- 12
- Stößel
- 14
- Werkzeugunterteil
- 16
- Werkzeugoberteil
- 18
- Führungen
- 20
- Federplatte
- 22
- Federn
- 24
- Werkstück
- 26
- Befestigungselemente
- 28
- Zahnstange
- 30
- Zahnstangenführung
- 32
- Befestigungselemente
- 34
- Antriebseinheit
- 36
- Ritzel
- 38
- Gelenkwelle
- 40
- erstes
kardanisches Gelenk
- 42
- teleskopische
Welle
- 44
- zweites
kardanisches Gelenk
- 46
- Gewindeformkopf
- 48
- Gewindeformer
- 50
- Schwenkgelenk
- 52
- Schwenkhebel
- 54
- Parallelhebel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4692072 [0004]
- - EP 0761358 B1 [0004]
- - EP 0212006 B1 [0004]