-
Die
Erfindung betrifft eine Gewindeschneidvorrichtung, mit einem Arbeitskopf,
der einen Spindelträger aufweist, in dem mindestens eine
mit einem Gewindeschneidwerkzeug bestückbare Arbeitsspindel
drehgelagert ist, die mit einer motorisch zu einer rotativen Antriebsbewegung
antreibbaren Antriebswelle in Drehantriebsverbindung steht, die
während eines Gewindeschneidvorganges eine lineare Vorschub-
und Rückfahrbewegung in der Achsrichtung ihrer Längsachse
ausführen kann.
-
Die
DE 43 44 037 C1 zeigt
eine derartige Gewindeschneidvorrichtung in mehrspindliger Ausführung.
Die mit Gewindeschneidwerkzeugen bestückbaren Arbeitsspindeln
sind in einem Spindelträger eines Arbeitskopfes drehbar
gelagert, der gleichzeitig die Drehlagerung einer Antriebswelle übernimmt, über
die das Antriebsdrehmoment eingeleitet wird. Während eines
Gewindeschneidvorganges führt der Arbeitskopf zusammen
mit der Antriebswelle nacheinander zunächst eine Vorschubbewegung
und dann eine Rückfahrbewegung aus, um die Gewindeschneidwerkzeuge
zunächst in ein Werkstück einzudrehen und dann
wieder herauszudrehen. Die bekannte Gewindeschneidvorrichtung ist
mit einem Wendegetriebe ausgestattet, über das der Rechts-/Linkslauf
der Arbeitsspindeln von der unidirektional rotierenden Antriebswelle
abgeleitet wird, in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung
des Arbeitskopfes bei mit dem Werkstück in Eingriff stehenden
Gewindeschneidwerkzeugen.
-
Wie
bei maschinell angetriebenen Gewindeschneidvorrichtungen aller Art
unterliegt auch die bekannte Gewindeschneidvorrichtung der Problematik eines
eventuellen Bruches eines Gewindeschneidwerkzeuges. Aufgrund von
Werkzeugverschleiß und/oder Unregelmäßigkeiten
in der Werkstoffstruktur des Werkstückes kann ein Gewindeschneidwerkzeug
brechen und bleibt teilweise im Werkstück stecken, das
dann in vielen Fällen nur noch Ausschuss darstellt. Wird
vom Bedienpersonal auf einen Werkzeugbruch nicht sehr schnell reagiert,
um den weiteren Maschinenvorschub zu stoppen, drohen zudem Folgeschäden
auch an der Maschine.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beim maschinellen
Schneiden von Gewinden auftretende Problematik einer Zerstörung
des Gewindeschneidwerkzeuges zumindest weitgehendst auszuräumen.
-
Zur
Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Gewindeschneidvorrichtung
der eingangs genannten Art vorgesehen, dass zwischen die Antriebswelle
und die mindestens eine Arbeitsspindel eine bei einen Grenzwert überschreitendem
Drehmoment auslösende und dadurch die Drehmomentübertragung
unterbrechende Überlastkupplung eingeschaltet ist, und
dass die Antriebswelle und der Arbeitskopf in Richtung der Vorschub-
und Rückfahrbewegung zur Ausführung einer Kompensationsbewegung
relativ zueinander verschiebbar sind und durch eine zwischen ihnen
wirkende Stützfedereinrichtung in eine den Gewindeschneidvorgang
ermöglichende Grundstellung vorgespannt sind, derart, dass
eine Kompensationsbewegung ausführbar ist, wenn die Antriebswelle
bei aufgrund ausgelöster Überlastkupplung stillstehender
Arbeitsspindel ihre Vorschubbewegung relativ zum Arbeitskopf fortsetzt.
-
Auf
diese Weise kann in den allermeisten Fällen der Bruch eines
Gewindeschneidwerkzeuges vermieden werden. Die Überlastkupplung
trennt die Arbeitsspindel und mithin das daran gespannte Gewindeschneidwerkzeug
von der Antriebswelle ab, wenn während der Vorschubbewegung
ein voreingestellter Drehmoment-Grenzwert überschritten
wird. Der Grenzwert ist beispielsweise ein berechneter oder empirisch
bestimmter Erfahrungswert, der im Normalfall die Übertragung
des für den Schneidvorgang mindestens erforderlichen Drehmomentes
gewährleistet, gleichzeitig aber ausreichend weit unterhalb
derjenigen Schwelle liegt, bei der eine Zerstörung des
Werkzeuges zu befürchten wäre. Allerdings wird
nicht isoliert auf die Anwendung einer Überlastkupplung
gesetzt, sondern die Funktionalität der Überlastkupplung
mit der Möglichkeit einer Kompensationsbewegung zwischen
dem Arbeitskopf und der Antriebswelle kombiniert. Wenn die Überlastkupplung
während einer Vorschubbewegung der Antriebswelle anspricht,
stoppt wegen des dann nicht mehr weiter rotierenden Gewindeschneidwerkzeuges
augenblicklich auch die Vorschubbewegung des Arbeitskopfes, während
sich die Vorschubbewegung der Antriebswelle fortsetzen kann. Hierbei
können sich Antriebswelle und Arbeitskopf erfindungsgemäß zur
Kompensation der Vorschubdifferenz relativ zueinander axial bewegen,
was ein Auftreten von Schäden verhindert. In den meisten
Fällen wird sich sogar eine Not-Aus-Betätigung
der Bearbeitungsmaschine erübrigen. Die Stützfedereinrichtung
sorgt während nicht ausgelöster Überlastkupplung
für die zuverlässige Einhaltung einer Grundstellung
zwischen den relativ zueinander verschieblichen Teilen ohne bei Auslösung
der Überlastkupplung die Kompensationsbewegung zu behindern.
Ein schwergängiges oder festsitzendes, nicht abgebrochenes
Gewindeschneidwerkzeug lässt sich normalerweise ohne Beschädigung
relativ einfach wieder aus dem Werkstück entfernen, so
dass ein Nacharbeiten des Werkstückes möglich
ist und die Aus schussrate erheblich reduziert werden kann. Von Vorteil
ist hierbei, wenn das Herausdrehen des Gewindeschneidwerkzeuges durch
die in eine Ausdrehrichtung umschaltbare Arbeitsspindel selbst bewerkstelligt
wird und kein manueller Eingriff notwendig wird.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
-
Zweckmäßigerweise
ist die Antriebswelle in einem Lagergehäuse einer Antriebseinheit
drehbar und zugleich axial unbeweglich gelagert. Die Kompensationsbewegung
ist somit auch eine Relativbewegung zwischen dem Lagergehäuse
der Antriebseinheit und dem Spindelträger des Arbeitskopfes.
Die normalerweise für die Aufrechterhaltung der Grundstellung
zuständige Stützfedereinrichtung stützt
sich zweckmäßigerweise einerseits am Spindelträger
und andererseits am Lagergehäuse ab.
-
Eine
sehr präzise Kompensationsbewegung ohne Verkantungsgefahr
und mithin ohne Beschädigungsgefahr für ein festsitzendes
Gewindeschneidwerkzeug lässt sich besonders zuverlässig
gewährleisten, wenn der Arbeitskopf am Lagergehäuse
der Antriebseinheit verschiebbar gelagert ist. Diese Lagerung findet
zweckmäßigerweise zwischen dem Außenumfang
des Spindelträgers und dem Innenumfang einer bevorzugt
im Wesentlichen hohlzylindrischen Seitenwand des Lagergehäuses
statt.
-
Das
Lagergehäuse selbst verfügt zweckmäßigerweise
zusätzlich zu der schon erwähnten Seitenwand über
eine rückseitige Bodenwand, wobei diese Wände
einen Aufnahmeraum begrenzen, in den von der offenen Vorderseite
her der Arbeitskopf linear verschiebbar eintaucht. Zu Gunsten kompakter Abmessungen
kann das Lagergehäuse vor allem topfförmig ausgebildet
sein.
-
Um
unerwünschte Einflüsse des Antriebsdrehmomentes
auf den Spindelträger zu vermeiden, empfiehlt sich eine
Verdrehsicherung des Spindelträgers bezüglich
des Lagergehäuses. Hierzu kann am Außenumfang
des Spindelträgers mindestens eine Längsnut vorhanden
sein, die mit einer Längsnut des Lagergehäuses
korrespondiert, wobei in beide Längsnuten gleichzeitig
eine Verriegelungskugel eingreift.
-
Die
Stützfedereinrichtung befindet sich zweckmäßigerweise
im Innern des Aufnahmeraumes des Lagergehäuses und kann
folglich zur Umgebung hin gekapselt sein. Vorzugsweise besteht sie
aus einer Schraubendruckfeder.
-
Die Überlastkupplung
ist vorzugsweise als Bestandteil des Arbeitskopfes ausgebildet.
Sie ist hierbei insbesondere im Aufnahmeraum des Lagergehäuses
untergebracht und sitzt zweckmäßigerweise rückseitig
am Arbeitskopf. Durch das Lagergehäuse ist die Überlastkupplung
somit sehr gut nach außen hin abgeschirmt.
-
Vorzugsweise
umfasst die Überlastkupplung ein Eingangsteil, über
das das Antriebsdrehmoment von der Antriebswelle eingeleitet wird.
Prinzipiell könnte das Eingangsteil unmittelbar selbst
die Antriebswelle sein. Zur Ausgabe des Drehmomentes ist ein bezüglich
des Eingangsteils gesondertes Ausgangsteil vorhanden, das mit der
Arbeitsspindel in Antriebsverbindung steht. Je nach Ausführung
wäre es sogar denkbar, das Ausgangsteil unmittelbar als Bestandteil
der Arbeitsspindel auszuführen. Zwischen dem Eingangsteil
und dem Ausgangsteil wirken geeignete Drehmitnahmemittel, die bei
nicht ausgelöster Überlastkupplung das Antriebsdrehmoment zuverlässig
und insbesondere auch schlupffrei übertragen. Erst wenn
die Überlastkupplung anspricht, wird die Antriebsverbindung
unterbro chen und das Ausgangsteil drehmomentmäßig
vom Eingangsteil abgekoppelt.
-
Es
wäre prinzipiell denkbar, die Drehmitnahmemittel auf Reibschluss
basierend auszubilden. Wegen der hierbei allerdings auftretenden
Verschleißproblematik wird es als vorteilhafter angesehen,
ein oder mehrere Verriegelungsmittel als Drehmitnahmemittel vorzusehen,
die im nicht ausgelösten Zustand der Überlastkupplung
eine auf Formschluss basierende Drehmitnahme gewährleisten.
Wird der vorgegebene Drehmoment-Grenzwert überschritten, erfolgt
ein Ausrücken der Verriegelungsmittel. Im Normalfall wird
der Verriegelungseingriff durch eine Kupplungs-Federeinrichtung
aufrechterhalten, deren Vorspannkraft ein Maß für
den das Auslösen der Überlastkupplung bestimmenden
Drehmoment-Grenzwert ist.
-
Besonders
zweckmäßig ist eine Ausgestaltung der Verriegelungsmittel
als Wälzelemente. Wenn sie durch Ansprechen der Überlastkupplung beispielsweise
aus dem Ausgangsteil ausgerückt sind, können sie
weiterhin auf einer neben den Verriegelungsausnehmungen liegenden
ringförmigen Abwälzbahn abrollen, wenn sich das
Eingangsteil und das Ausgangsteil relativ zueinander drehen. Die Abwälzbahn
liegt zweckmäßigerweise radial innerhalb eines
Teilkreises, auf dem die Verriegelungsausnehmungen liegen. Die an
dem Ausgangsteil sich abwälzenden Wälzelemente
verursachen nahezu keinen Verschleiß, was eine lange Lebensdauer
verspricht.
-
Indem
die ausgerückten Verriegelungselemente vom Teilkreis der
Verriegelungsausnehmungen wegbewegt sind, kann man auch einen unerwünschten
Ratscheneffekt vermeiden. Es treten keine Schaltschläge
auf. Das Restdrehmoment ist nahezu bei Null.
-
Es
ist von Vorteil, wenn die Kupplungs-Federeinrichtung ohne Zerlegen
der Gewindeschneidvorrichtung von außen her einstellbar
ist, um den Drehmoment-Grenzwert zu variieren. Auf diese Weise kann
man beim Gewindeschneiden auftretenden unterschiedlichen Anforderungen
Rechnung tragen, insbesondere unterschiedlichen Gewindegrößen.
-
Eine
platzsparende Mechanik zur zuverlässigen Variation des
Drehmoment-Grenzwertes umfasst ein Schneckengetriebe, das durch
eine von außen her zugängliche Schneckenwelle,
insbesondere manuell, aktiviert wird. Die Schneckenwelle wirkt mit einem
Schneckenrad zusammen, das bei seiner Betätigung einen
insbesondere als Druckring ausgebildeten Druckkörper axial
verlagert, um die Federmittel der Kupplungs-Federeinrichtung hinsichtlich
ihrer Vorspannung zu variieren.
-
Ist
die Überlastkupplung ein Bestandteil des Arbeitskopfes,
empfiehlt sich eine bezüglich der Antriebswelle separate
Ausgestaltung des Eingangsteils der Überlastkupplung. Bei
der Kompensationsbewegung findet hierbei eine axiale Relativbewegung
zwischen dem Eingangsteil und der Antriebswelle statt. Damit gleichwohl
eine Übertragung des Antriebsdrehmomentes von der Antriebswelle
auf das Eingangsteil ununterbrochen gewährleistet ist, stehen
das Eingangsteil und die Antriebswelle zweckmäßigerweise
derart drehfest miteinander in Eingriff, dass gleichzeitig eine
axial teleskopierende Relativbewegung zwischen den Komponenten möglich
ist.
-
Als
optimal wird derzeit eine Bauform angesehen, die bei ausgelöster Überlastkupplung
eine Rotation der Arbeitsspindel in der Ausdrehrichtung hervorruft,
wenn nach Beendigung einer vorherigen Kompensationsphase zwischen
dem Arbeitskopf und der Antriebswelle bzw. der Antriebseinheit bei
der Rückfahrbewegung wieder die Grundstellung eingenommen
wird. Somit wird das zuvor während der Kompensationsphase
und der hierbei ablaufenden Vorschubbewegung im Werkstück
stillstehende Gewindeschneidwerkzeug durch die Gewindeschneidvorrichtung
selbst wieder herausgedreht, wenn die Antriebswelle nach sich wieder
eingestellter Grundstellung ihre axiale Rückfahrbewegung
fortsetzt.
-
Damit
ist der große Vorteil verbunden, dass ein Bearbeitungsvorgang
gänzlich ungestört und ohne Stillsetzen der Bearbeitungsmaschine
abgewickelt werden kann, als ob es sich um einen normalen, ungestörten
Bearbeitungsvorgang handeln würde. Man erspart sich jeglichen
manuellen Zusatzaufwand für das Herausdrehen des in der
Regel als Gewindebohrer ausgebildeten Gewindeschneidwerkzeuges aus
der unvollständig geschnittenen Gewindebohrung.
-
Bei
einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform
ist die Gewindeschneidvorrichtung mit mindestens einem Wendegetriebe
ausgestattet, das es ermöglicht, eine zugeordnete Arbeitsspindel
wahlweise im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn drehen
zu lassen und beide Drehbewegungen von einer stets mit gleichem
Richtungssinn rotierenden Antriebswelle abzuleiten. Die für
das Eindrehen des Gewindeschneidwerkzeuges in ein Werkstück
relevante Drehrichtung kann als Eindrehrichtung bezeichnet werden,
die entgegengesetzte Drehrichtung als Ausdrehrichtung, weil mit
ihr das Gewindeschneidwerkzeug aus dem eingeschnittenen Gewinde
wieder herausgedreht wird.
-
Ist
die Gewindeschneidvorrichtung mit nur einer Arbeitsspindel ausgestattet,
ist auch nur ein Wendegetriebe vorhanden. Verfügt die Gewindeschneidvorrichtung über
mehrere Arbeitsspindeln, kann sämtlichen Arbeitsspindeln
gemeinsam ein einziges Wendegetriebe zugeordnet sein, oder es verfügt
jede Ar beitsspindel nach dem Vorbild der
DE 43 44 037 C1 über
jeweils ein eigenes Wendegetriebe.
-
Jedenfalls
ist das Wendegetriebe zweckmäßigerweise so ausgebildet,
dass die Drehrichtungsänderung der Arbeitsspindel dadurch
ausgelöst wird, dass die Antriebswelle beziehungsweise
die Antriebseinheit aus der für das Eindrehen relevanten Vorschubbewegung
in die für das Ausdrehen relevante Rückfahrbewegung
umgeschaltet wird. Der Umschaltvorgang basiert insbesondere auf
einer dadurch hervorgerufenen axialen Relativbewegung zwischen der
Arbeitsspindel und dem diese lagernden Spindelträger.
-
Die
Gewindeschneidvorrichtung kann schließlich auch noch mit
Detektionsmitteln zur Detektion der Ausführung einer Kompensationsbewegung
ausgestattet sein. Die Detektionsmittel können im einfachsten
Fall aus einer an einem der relativ zueinander bewegbaren Teile
angeordneten Markierung bestehen, deren Änderung der Relativlage
man visuell wahrnehmen kann. Andere Detektionsmittel, insbesondere
solche, die zur Ausgabe elektrischer Signale ausgebildet sind und
vorzugsweise solche mit elektronischem Aufbau, sind jedoch ebenfalls möglich.
Beispielsweise kann auf diese Weise das Stattfinden einer Kompensationsphase
an eine elektronische Steuereinrichtung gemeldet werden, die dann
zum Beispiel ein Warnsignal ausgibt und/oder in der Folge veranlasst,
dass das unvollständig bearbeitete Werkstück aussortiert
und einer Nachbearbeitung zugeführt wird und/oder die sonstige
geeignete Maßnahmen veranlasst.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
-
1 einen
Längsschnitt durch die Gewindeschneidvorrichtung gemäß Schnittlinie
I-I aus 2, wobei die Grundstellung vorliegt
und die Überlastkupplung nicht ausgelöst hat,
-
2 die
Gewindeschneidvorrichtung in einem Längsschnitt entsprechend 1 bei
ausgerückter Überlastkupplung bei beendeter Vorschubbewegung
der Antriebswelle während der Kompensationsphase,
-
3 einen
Querschnitt der Gewindeschneidvorrichtung gemäß Schnittlinie
A-A aus 2 ohne Darstellung des Lagergehäuses,
-
4 einen
weiteren Querschnitt der Gewindeschneidvorrichtung gemäß Schnittlinie
B-B aus 2, und
-
5 erneut
einen Querschnitt der Gewindeschneidvorrichtung, hier gemäß Schnittlinie
C-C aus 2.
-
Die
in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Gewindeschneidvorrichtung
ist im Betrieb mit ihrer Rückseite voraus an einer lediglich schematisch
angedeuteten Spannvorrichtung 2 einer Bearbeitungsmaschine
festgespannt. Durch die nach Bedarf gesteuerte Bewegung der Spannvorrichtung 2 wird
die Bewegung der Gewindeschneidvorrichtung 1 vorgegeben.
-
Die
Gewindeschneidvorrichtung 1 verfügt über
einen im vorderen Bereich angeordneten Arbeitskopf 4 und
eine diesbezüglich separate, rückseitig angeordnete
Antriebseinheit 5. Diese beiden Komponenten 4, 5 sind
in Achsrichtung einer Hauptachse 3 aufeinanderfolgend angeordnet
und sind in der Lage, relativ zueinander eine durch einen Doppelpfeil
angedeutete Kompensa tionsbewegung 6 in der Achsrichtung
der Hauptachse 3 auszuführen.
-
Die
Antriebseinheit 5 verfügt über ein Lagergehäuse 7,
das zweckmäßigerweise zumindest im Wesentlichen
topfförmig gestaltet ist. Es weist im Bereich seiner Rückseite
eine Bodenwand 8 auf, von der eine bevorzugt im Wesentlichen
hohlzylindrische Seitenwand 12 koaxial nach vorne absteht.
Bodenwand 8 und Seitenwand 12 umgrenzen einen
Aufnahmeraum 13, der über eine der Bodenwand 8 axial entgegengesetzte
vordere Öffnung 14 von vorne außen her
zugänglich ist.
-
In
dem Lagergehäuse 7 ist eine Antriebswelle 15 drehbar
und zugleich axial unbeweglich gelagert. Ihre Längsachse 16 fällt
zweckmäßigerweise mit der Hauptachse 3 zusammen.
-
Für
die Lagerung zuständig ist zweckmäßigerweise
eine aus mehreren koaxial aufeinanderfolgend angeordneten Wälzlagern
bestehende Wälzlageranordnung 17. Diese sitzt
konzentrisch zwischen dem Außenumfang der Antriebswelle 15 und
dem Innenumfang einer zentralen Durchbrechung der Bodenwand 8.
Der Lagerungsbereich verfügt über eine relativ
große axiale Länge und kann somit zuverlässig
auch hohe Querkräfte aufnehmen. Um die große Länge
des Lagerungsbereiches zu realisieren, verfügt die Bodenwand 8 im
Anschluss an einen der Rückseite des Lagergehäuses 7 zugeordneten scheibenförmigen
Wandabschnitt 18 über einen axial in Richtung
zum Arbeitskopf 4 ragenden hülsenförmigen
Lagerungsdom 22 mit bezüglich des scheibenförmigen
Wandabschnittes 18 kleinerem Außendurchmesser.
Die Bodenwand 8 kann auf diese Weise eine hutähnliche
Gestalt haben.
-
Die
Antriebswelle 15 ragt rückseitig mit einem Antriebsabschnitt 23 aus
der Bodenwand 8 heraus. Mit diesem Antriebsab schnitt 23 ist
sie im Betrieb der Gewindeschneidvorrichtung 1 an der maschinell
zu einer Rotationsbewegung antreibbaren Maschinenspindel 24 der
Bearbeitungsmaschine festgespannt. Dies erfolgt beispielsweise unter
Zwischenschaltung eines an der Antriebswelle 15 fixierten
Steilkegels 25 oder anderer Haltemittel.
-
Über
die Maschinenspindel 24 kann die Antriebswelle 15 im
Betrieb zu einer unidirektionalen rotativen Antriebsbewegung 26 angetrieben
werden, und zwar relativ zum Lagergehäuse 7, das über
maschinenspezifisch ausgebildete Haltemittel 27 an der Spannvorrichtung 2 unverdrehbar
gehalten ist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Lagergehäuse 7 die Rotationsbewegung
der Antriebswelle 15 nicht mitmacht.
-
Durch
die Bearbeitungsmaschine kann die Antriebswelle 15 und
mithin das gesamte Lagergehäuse 7 zu einer nach
vorne, in 1 und 2 nach links
gerichteten Vorschubbewegung 28 oder alternativ zu einer
entgegengesetzt gerichteten, ebenfalls linearen Rückfahrbewegung 29 angetrieben
werden. Die beiden Bewegungen sind durch Pfeile markiert und verlaufen
in Achsrichtung der Längsachse 16.
-
Der
Arbeitskopf 4 taucht von vorne her, durch die vordere Öffnung 14 hindurch,
in den vom Lagergehäuse 7 umgrenzten Aufnahmeraum 13 hinein.
Er ist dabei, zur Ermöglichung der oben angesprochenen
Kompensationsbewegung 6, an dem Lagergehäuse 7 linear
verschiebbar geführt.
-
Genauer
gesagt enthält der Arbeitskopf 4 zweckmäßigerweise
einen ein- oder mehrteiligen Spindelträger 32,
der den Querschnitt des Aufnahmeraumes 13 ausfüllt
und mit seinem radial nach außen orientierten Außenumfang 33 am
Innenumfang 34 der Seitenwand 12 linear gleitverschieblich
anliegt. Verdrehsi cherungsmittel 35 verhindern eine relative
Drehbewegung zwischen dem Spindelträger 32 und
dem Lagergehäuse 7 bezüglich der Hauptachse 3.
Die Verdrehsicherungsmittel 35 umfassen beispielsweise
am Spindelträger 32 angeordnete, entlang dessen
Außenumfanges 33 verteilte innere Längsnuten 36 sowie
eine in Anzahl und Verteilung gleiche Anordnung mehrerer äußerer
Längsnuten 37, die sich mit den inneren Längsnuten 36 jeweils paarweise
gegenüberliegen und axial überlappen. In jedem
Paar innerer und äußerer Längsnuten 36, 37 sitzt
ein abrollfähiger Kugelkörper 38, der
durch Formschlusskontakt mit den Flanken der Längsnuten 36, 37 die
Verdrehsicherung bewirkt und gleichzeitig am jeweiligen Nutgrund
abrollen kann, um die lineare Kompensationsbewegung 6 zuzulassen.
Die maximale Wegstrecke der Kompensationsbewegung 6 beträgt
auf diese Weise etwa die zweifache Länge einer Längsnut.
-
In
dem Spindelträger 32 ist in zu der Hauptachse 3 koaxialer
Anordnung eine Arbeitsspindel 42 drehbar gelagert. Um einen
später noch erläuterten Drehrichtungswechsel hervorrufen
zu können, ist die Arbeitsspindel 42 außerdem
zweckmäßigerweise in Achsrichtung der Hauptachse 3 relativ
zu dem Spindelträger 32 verschiebbar. Sie kann
dadurch wahlweise in der aus 1 und 2 hervorgehenden eingefahrenen
Stellung oder in einer diesbezüglich axial weiter ausgefahrenen
Stellung positioniert werden. Normalerweise, und ohne Einwirkung
eines Werkstückes, liegt die eingefahrene Stellung vor,
die durch eine im Innern des Spindelträgers 32 koaxial um
die Arbeitsspindel 42 herum angeordnete Rückstellfedereinrichtung 43 aufrechterhalten
wird. Letztere beaufschlagt die Arbeitsspindel 42 axial
nach rückwärts, wobei die eingefahrene Position
durch einen sich am Spindelträger 32 abstützenden
Anschlagbund 44 oder andere Anschlagmittel der Arbeitsspindel 42 exakt
vorgegeben werden kann.
-
Für
die Drehlagerung der Arbeitsspindel 42 zuständig
ist insbesondere eine äußere Wälzlagereinheit 45,
die die Arbeitsspindel 42 im Innern des Spindelträgers 32 umschließt.
Die äußere Wälzlagereinheit 45 sitzt
in einer bevorzugt kreiszylindrischen Ausnehmung 46 des
Spindelträgers 32, die zu der Hauptachse 3 koaxial
angeordnet ist und in die auch die Arbeitsspindel 42 von
außen her koaxial eintaucht.
-
Die
Rückstellfedereinrichtung 43 stützt sich nach
axial vorne hin am Spindelträger 32 ab, insbesondere über
die äußere Wälzlagereinheit 45.
Mit ihrem axial innenliegenden Endabschnitt beaufschlagt sie eine
die Arbeitsspindel 42 umschließende Drucktasse 47,
die sich über einen Sicherungsring an der Arbeitsspindel 42 axial
abstützt, so dass auf die Arbeitsspindel 42 ständig
eine in Richtung der eingefahrenen Stellung wirkende Einfahrkraft
wirkt.
-
Die
Arbeitsspindel 42 weist an ihrem außerhalb des
Spindelträgers 32 liegenden vorderen Endabschnitt
ein Spannfutter 48 auf, an dem sich ein strichpunktiert
angedeutetes Gewindeschneidwerkzeug 52, insbesondere ein
Gewindebohrer, auswechselbar festlegen lässt.
-
Im
Innern des Aufnahmeraumes 13 befindet sich eine Stützfedereinrichtung 53,
die zwischen dem Arbeitskopf 4 und dem Lagergehäuse 7 wirksam
ist und diese beiden Komponenten in eine aus 1 ersichtliche
auseinandergefahrene Grundstellung vorspannt. Die Grundstellung
wird durch Anschlagmittel definiert, die exemplarisch von einem
die vordere Öffnung 14 umgrenzenden, nach radial
innen vorstehenden Anschlagkragen 54 gebildet sind sowie
einem dem Anschlagkragen 54 axial innen gegenüberliegenden,
am Außenumfang des Spindelträgers 32 angeordneten
und nach radial außen ragenden Anschlagbund 55.
Wenn ansonsten keine äußeren Kräfte auf
das System einwirken, drückt die Stützfedereinrichtung 53 den
Anschlagbund 55 gegen den Anschlagkragen 54, so
dass sich eine stabile Grundstellung ergibt. Diese Grundstellung
liegt dann selbstverständlich auch zwischen einerseits
dem Spindelträger 32 und andererseits der Antriebswelle 15 beziehungsweise
dem Lagergehäuse 7 vor.
-
Die
Stützfedereinrichtung 53 hat zweckmäßigerweise
einen relativ großen Durchmesser und kann unmittelbar am
Innenumfang 34 der Seitenwand 12 anliegen. Exemplarisch
ist sie als Schraubendruckfeder ausgebildet. Ihr vorderer Endabschnitt
drückt gegen den Arbeitskopf 4, insbesondere gegen
den Spindelträger 32. Ihr rückwärtiger Endabschnitt
drückt gegen die axial orientierte Innenfläche
des scheibenförmigen Wandabschnittes 18. Um eine
relativ große Federlänge zu ermöglichen, greift
die Stützfedereinrichtung 53 ein Stückweit
axial am Außenumfang des Spindelträgers 32 vorbei,
der zu diesem Zweck außen abgestuft ist, so dass sich zwischen
seinem Außenumfang 33 und der Seitenwand 12 ein
konzentrischer Ringspalt 56 ergibt, in den die Stützfedereinrichtung 53 je
nach Relativposition von Arbeitskopf 4 teilweise (1)
oder vollständig (2) eintaucht.
-
Unter
Ausführung der Kompensationsbewegung 6 kann der
Arbeitskopf 4 ausgehend von der in 1 gezeigten
Grundstellung relativ zur Antriebseinheit 5 axial weiter
in den Aufnahmeraum 13 einfahren. Hierbei nähert
sich der Spindelträger 32 axial an die Bodenwand 8 an.
Die eingefahrene Stellung des Arbeitskopfes 4 sei im Folgenden
als Kompensations-Endstellung bezeichnet. Hierbei sind Arbeitskopf 4 und
Antriebseinheit 5 regelmäßig weniger
weit axial zusammengefahren, als es die mechanischen Gegebenheiten
tatsächlich zulassen würden.
-
Während
eines Gewindeschneidvorganges führt die Antriebswelle 15 die
Antriebsbewegung 26 aus und die Antriebseinheit 5 wird
zunächst zu der Vorschubbewegung 28 angetrieben.
Im Innern des Spindelträgers 32 getroffene Maßnahmen
rufen hierbei eine mit der Drehrichtung der Antriebsbewegung 26 gleichgerichtete
Rotationsbewegung der Arbeitsspindel 42 hervor, wobei deren
Drehbewegung als Eindrehbewegung 57 bezeichnet sei und
die zugehörige Drehrichtung als Eindrehrichtung. Bei einem
störungsfreien Gewindeschneidvorgang macht der Spindelträger 32 einschließlich
der Arbeitsspindel 42 die Vorschubbewegung 28 mit,
wobei durch die Stützfedereinrichtung 53 insoweit
die Grundstellung zwischen Arbeitskopf 4 und Antriebseinheit 5 stabilisiert
und aufrechterhalten wird.
-
An
dieser Stelle sei bemerkt, dass ausgehend von der Grundstellung
prinzipiell jederzeit die Kompensationsbewegung 6 stattfinden
kann, wenn der Arbeitskopf 4 aufgrund irgendwelcher Hindernisse
an einem Mitmachen der Vorschubbewegung 28 gehindert ist,
beispielsweise wenn versehentlich kein Kernloch für das
zu erzeugende Gewinde gebohrt worden ist. Der Arbeitskopf 4 verharrt
dann in seiner momentanen Stellung, wobei er wegen der weiterhin stattfindenden
Vorschubbewegung 28 der Antriebseinheit 5 in Richtung
der Kompensations-Endstellung in das Lagergehäuse 7 einfahren
kann. Dass hierbei innerhalb des das Drehmoment übertragenden
Antriebsstranges in der axialen Richtung keine Blockade auftritt,
ist einer noch zu erläuternden Teleskopverbindung 63 zu
verdanken.
-
Ist
die gewünschte Gewindeschneidtiefe erreicht, wird auf noch
zu erläuternde Weise mittels eines im Spindelträger 32 untergebrachten
Wendegetriebes 58 eine Änderung des Drehrichtungssinnes der
Arbeitsspindel 42 hervorgerufen. Diese führt fortan
eine durch einen Pfeil angedeutete Ausdrehbewegung 62 mit
als Ausdrehrichtung bezeichneter Rotationsrichtung aus und schraubt
sich daher aus dem zuvor eingeschnittenen Gewinde des nicht näher
gezeigten Werkstückes wieder heraus. Dies geht einher mit
der zuvor hervorgerufenen Rückfahrbewegung 29,
die von der Antriebseinheit 5 und vom Arbeitskopf 4 einheitlich
gemeinsam ausgeführt wird.
-
Die
relative Verfahrbarkeit zwischen Antriebseinheit 5 und
Arbeitskopf 4 wird in Verbindung mit einer in den Kraftfluss
zwischen Antriebswelle 15 und Arbeitsspindel 42 eingeschaltete Überlastkupplung 64 in
vorteilhafter Weise ausgenutzt. Die Überlastkupplung 64 stellt
normalerweise eine den Drehmomentfluss gewährleistende
Antriebsverbindung her. Tritt im Antriebsstrang jedoch ein einen
vorgegebenen Grenzwert überschreitendes Drehmoment auf,
spricht die Überlastkupplung 64 an und unterbricht
die Drehmomentübertragung.
-
Der
Drehmoment-Grenzwert ist so eingestellt, dass das maximal durchleitbare
Drehmoment geringer ist als ein Drehmoment, das zum Abbrechen oder
sonstigen Zerstören des Gewindeschneidwerkzeuges 52 erforderlich
wäre, wenn dieses Gewindeschneidwerkzeug 52, zum
Beispiel durch ein zu wenig tief vorgebohrtes Kernloch, an einer
Drehbewegung gehindert wird.
-
Das
Verhindern einer Drehbewegung des Gewindeschneidwerkzeuges 52 tritt
typischerweise dann auf, wenn es zu einem Verklemmen mit dem zu bearbeitenden
Werkstück kommt. In diesem Fall wird wegen der Drehmoment-Begrenzung
ein Abscheren des Gewindeschneidwerkzeuges 52 verhindert.
Vielmehr wird die Überlastkupplung 64 ausgelöst,
so dass die Antriebswelle 15 ohne Mitnahme der Arbeitsspindel 42 weiter
rotiert. Aufgrund des festsitzenden Gewindeschneidwerkzeuges 52 kann
die Arbeitsspindel 42 der der Antriebseinheit 5 von
der zugeordneten Bearbeitungsmaschine auferlegten Vorschubbewegung
nicht folgen. Dass gleichwohl keine Schäden auftreten,
hat seine Ursache in der schon erwähnten Möglichkeit
zur Ausführung der Kompensationsbewegung 6. Die
Antriebswelle 15 ist zusammen mit der gesamten Antriebseinheit 5 in
der Lage, ihre Vorschubbewegung 28 relativ zu dem wegen
der stillstehenden Arbeitsspindel 42 ebenfalls an Ort und Stelle
verharrenden Arbeitskopf 4 fortzusetzen, wobei Letzterer
in der schon geschilderten Weise unter Ausführung der Kompensationsbewegung 6 in
das Lagergehäuse 7 einfährt, der Arbeitskopf 4 und
die Antriebseinheit 5 also aufeinander zu fahren.
-
Vorzugsweise
ist die Überlastkupplung 64 am Arbeitskopf 4 angeordnet.
Sie sitzt insbesondere gut geschützt rückseitig
am Arbeitskopf 4 zwischen dem Spindelträger 32 und
der Bodenwand 8 im Innern des Aufnahmeraumes 13.
-
Bevor
nun die Funktionsweise der Überlastkupplung
64 weiter
erläutert wird, soll auf das Wirkprinzip des Wendegetriebes
58 eingegangen
werden. Das Wendegetriebe
58 ermöglicht ohne Änderung
der Drehrichtung der Antriebswelle
15 eine Umkehrung der
Drehrichtung der Arbeitsspindel
42, und zwar allein durch
das Umschalten aus der Vorschubbewegung
28 in die Rückfahrbewegung
29.
Da die grundlegende Funktionsweise des Wendegetriebes
58 bereits
ausführlich in der
DE
43 44 037 C1 beschrieben ist, wird auf die dortigen Ausführungen ausdrücklich
verwiesen und beschränken sich die weiteren Darlegungen
auf die grundsätzlichen Maßnahmen.
-
Wesentlich
für die Funktion des Wendegetriebes 58 ist die
Ausbildung zweier paralleler Antriebszweige ausgehend von der Antriebswelle 15.
-
Das
Wendegetriebe 58 enthält ein Eindreh-Antriebsrad 65 und
ein hierzu axial benachbartes, koaxiales Ausdreh-Antriebsrad 66.
Beide Antriebsräder 65, 66 sind buchsen-
oder hülsenför mig ausgebildet und umschließen
die Arbeitsspindel 42 innerhalb der Ausnehmung 46 in
koaxialer Anordnung. Beide Antriebsräder 65, 66 sind,
insbesondere durch Wälzlagermittel 67, drehbar
bezüglich dieser Hauptachse 3 gelagert, zugleich
aber mit Bezug zum Spindelträger 32 in Achsrichtung
der Hauptachse 3 unbeweglich fixiert.
-
Das
Eindreh-Antriebsrad 65 sitzt näher zur Bodenwand 18 als
das Ausdreh-Antriebsrad 66.
-
Das
Eindreh-Antriebsrad 65 bildet das Ausgangsteil 68 der Überlastkupplung 64,
das unter Zwischenschaltung von Drehmitnahmemitteln 72 mit
einem axial rückseitig vorgeschalteten Eingangsteil 73 der Überlastkupplung 64 in
drehfester Verbindung steht, solange der Drehmoment-Grenzwert nicht überschritten
ist. Alternativ könnte auch ein eigenständiges
Ausgangsteil 68 vorhanden sein, mit dem das Eindreh-Antriebsrad 65 dann
drehfest verbunden wäre.
-
Bei
entsprechender Anordnung der Überlastkupplung 64 könnte
das Eingangsteil 73 unmittelbar von der Antriebswelle 15 gebildet
sein. Nachdem vorliegend jedoch die Überlastkupplung 64 am
Arbeitskopf 4 sitzt, bedarf es Maßnahmen, die
während der Kompensationsbewegung 6 eine Relativbewegung zwischen
dem Eingangsteil 73 und der Antriebswelle 15 ermöglichen.
Das Eingangsteil 73 ist deshalb bezüglich der
Antriebswelle 15 separat ausgebildet und steht mit der
Antriebswelle 15 zum einen drehfest, zum anderen aber auch
axial teleskopierbar in Eingriff. Hierzu dient die schon erwähnte
Teleskopverbindung 63.
-
Exemplarisch
verfügt das Eingangsteil 73 über einen
wellenförmigen Antriebsabschnitt 74, der koaxial
in die sich axial anschließende Antriebswelle 15 eintaucht,
welche an ihrem dem Arbeitskopf 4 zugewandten vorderen
Endabschnitt mit einem Hohlwellenabschnitt 75 versehen
ist.
-
Nach
dem Vorbild der Verdrehsicherungsmittel 35 sind am Außenumfang
des Antriebsabschnittes 74 und am Innenumfang des Hohlwellenabschnittes 75 einander
paarweise zugeordnete innere und äußere Längsnuten 76, 77 ausgebildet,
in die jeweils ein Kugelkörper 78 als Drehmitnahmeelement
eingreift.
-
Um
eine äußerst exakte Teleskopführung zu erzielen,
kann koaxial zwischen den Hohlwellenabschnitt 75 und den
Antriebsabschnitt 74 eine Kugelbüchse 82 eingesetzt
sein, die eine sehr verschleißarme Linearführung
gewährleistet. Sie fungiert zweckmäßigerweise
gleichzeitig als Käfig zum Festhalten der Kugelkörper 78.
-
Wenn
die Antriebswelle 15 mit ihrer Antriebsbewegung 26 rotiert,
so rotiert gleichfalls das mit dem Ausgangsteil 68 in Baueinheit
ausgeführte Eindreh-Antriebsrad 65 mit gleichem
Richtungssinn, der vorliegend die Eindrehrichtung darstellt. Auf
diese Weise ist ein Eindreh-Antriebszweig des Antriebsstranges realisiert.
-
Gleichzeitig
ist aber auch ein zu dem Eindreh-Antriebszweig paralleler Ausdreh-Antriebszweig
wirksam. Er verursacht, dass das Ausdreh-Antriebsrad 66 mit
bezüglich des Eindreh-Antriebsrads 65 entgegengesetztem
Richtungssinn rotiert, wobei es sich hier um die Ausdrehrichtung
handelt.
-
Der
Ausdreh-Antriebszweig beinhaltet im Spindelträger 32 gelagerte
Getriebemittel 83, die für die Drehrichtungsumkehr
verantwortlich sind. Zu den Getriebemitteln 83 gehört
eine erste Zahnradeinheit 84, die mit dem Eingangsteil 73 kämmt,
und zwar insbesondere mit einer Außenverzahnung eines topfförmigen
Abtriebsabschnittes 85 des Eingangsteils 73, der
das Eindreh-Antriebsrad 65 koaxial übergreift.
-
Eine
bezüglich der ersten Zahnradeinheit 84 ein Stückweit
in Umfangsrichtung um die Arbeitsspindel 42 versetzt angeordnete
zweite Zahnradeinheit 86 (3) kämmt
gleichzeitig mit der ersten Zahnradeinheit 84 und dem Ausdreh-Antriebsrad 66.
Auf diese Weise kommt die Änderung des Drehrichtungssinnes
zustande.
-
Zur
Vermeidung von Schaltschlägen kann die erste Zahnradeinheit 84 aus
zwei zueinander koaxialen Einzelzahnrädern 84a, 84b bestehen,
die über einen Torsionsdämpfer 87 miteinander
in Drehantriebsverbindung stehen. Das eine Einzelzahnrad 84a kämmt
mit dem Eingangsteil 74, das andere Einzelzahnrad 84b mit
der insbesondere aus nur einem einzigen Zahnrad bestehenden zweiten
Zahnradeinheit 86.
-
Man
hat somit die Möglichkeit, eine Aufteilung der Umschaltstoß-Torsionsdämpfung
in den für die Ausdrehbewegung relevanten Torsionsdämpfer 87 und
die quasi als Eindreh-Torsionsdämpfer fungierende und gewünscht ”härtere” federbelastete Überlastkupplung 64 vorzunehmen.
-
Je
nachdem, welche Axialposition die Arbeitsspindel 42 bezüglich
des Spindelträgers 32 einnimmt, steht sie entweder
mit dem Eindreh-Antriebsrad 65 oder mit dem Ausdreh-Antriebsrad 66 in
Antriebsverbindung. Beide Antriebsräder 65, 66 haben an
ihrem Innenumfang einen oder mehrere Mitnahmenocken 88,
mit denen von der Arbeitsspindel 42 getragene Schaltkugeln 89 alternativ
in Eingriff bringbar sind, um eine Drehmitnahmeverbindung herzustellen
oder aufzuheben.
-
Die
Schaltkugeln 89 sind in axialen Längsnuten am
Außenumfang der Arbeitsspindel 42 axial beweglich
aufgenommen und stehen unter der Vorspannung einer axial wirkenden
Federeinrichtung 93, die den Drehmitnahmeeingriff in Abhängigkeit
von der bezüglich des Spindelträgers 32 eingenommenen
Relativposition der Arbeitsspindel 42 koordiniert.
-
Während
eines Gewindeschneidvorganges stehen bei nicht ausgelöster Überlastkupplung 64 beide
Antriebsräder 65, 66 ständig
mit dem Eingangsteil 73 der Überlastkupplung 64 in
Drehantriebsverbindung. Welches der beiden Antriebsräder 65, 66 jedoch
tatsächlich das Antriebsdrehmoment auf die Arbeitsspindel 42 überträgt,
hängt davon ab, ob die Arbeitsspindel 42 bezüglich
dem Spindelträger 32 die eingefahrene Stellung
oder die nicht weiter abgebildete ausgefahrene Stellung einnimmt.
In der eingefahrenen Stellung ist das Eindreh-Antriebsrad 65 eingekuppelt
und es findet die Eindrehbewegung statt. In der ausgefahrenen Stellung
ist das Ausdreh-Antriebsrad 66 eingekuppelt und es findet
die Ausdrehbewegung statt.
-
Um
die zur Änderung der Drehrichtung erforderliche Änderung
der Axialposition der Arbeitsspindel 42 hervorzurufen,
ist lediglich der Vorschubantrieb der Antriebseinheit 5 aus
der Vorschubbewegung 28 in die Rückfahrbewegung 29 umzuschalten. Der
Spindelträger 32 wird dadurch bezüglich
der aufgrund des Gewindeeingriffes im Werkstück festgehaltenen
Arbeitsspindel 42 zurückgezogen, so dass die Arbeitsspindel 42 aus
dem Spindelträger 32 ausfährt.
-
Allein
durch das Umschalten zwischen der Vorschubbewegung 28 und
der Rückhubbewegung 29 kann also der Drehrichtungssinn
der Arbeitsspindel 42 von der Eindrehrichtung in die Ausdrehrichtung
umgeschaltet werden. Ein Reversieren der Antriebswelle 15 ist
hierzu nicht erforderlich. Letztere kann kon stant durchlaufen, was
einen sehr ökonomischen Betrieb ermöglicht.
-
Nun
zu weiteren vorteilhaften Details der Überlastkupplung 64.
-
Zu
Gunsten eines geringen Verschleißes sind die Drehmitnahmemittel 72 beim
Ausführungsbeispiel als Verriegelungsmittel 94 ausgebildet,
die das Drehmoment durch formschlüssige Verriegelung übertragen.
Dadurch kann auch unerwünschter Schlupf vermieden werden.
-
Exemplarisch
ist in der axial der Bodenwand 8 zugewandten rückseitigen
Stirnfläche 95 des Ausgangsteils 68 eine
Vielzahl von Verriegelungsausnehmungen 96 ausgebildet,
die allesamt auf einer gemeinsamen, zur Hauptachse 3 konzentrischen Kreislinie 97 liegen.
Es handelt sich insbesondere um konische Vertiefungen.
-
Das
Eingangsteil 73 verfügt über einen der Stirnfläche 95 axial
vorgelagerten scheibenförmigen Wandabschnitt 98,
der insbesondere den Boden des becherförmigen Abtriebsabschnittes 85 bildet
und der mit mehreren um die Hauptachse 3 herum verteilten,
schräg radial ausgerichteten Führungsschlitzen 99 versehen
ist. Die Führungsschlitze 99 haben einen radial äußeren
Schlitzendabschnitt, dessen Zentrum auf der Kreislinie 97 liegt,
sowie einen radial näher zur Hauptachse 3 angeordneten
inneren Schlitzendabschnitt 100. Das Zentrum aller inneren
Schlitzendabschnitte 100 liegt auf einer durch eine gestrichelte
Kreislinie angedeuteten Abwälzbahn 101, die sich
auf der Stirnfläche 95 mit radialem Abstand zu den
taschenförmigen Verriegelungsausnehmungen 96 konzentrisch
um die Hauptachse 3 herum erstreckt.
-
In
jedem Führungsschlitz 99 sitzt ein Verriegelungsmittel 94,
das als Wälzelement 94a in Form einer Kugel ausgebildet
ist.
-
Die
Dicke des scheibenförmigen Wandabschnittes 98 ist
so auf den Durchmesser der Wälzelemente 94a abgestimmt,
dass diese an der dem Ausgangsteil 68 axial entgegengesetzten
Seite über den scheibenförmigen Wandabschnitt 98 vorstehen,
wenn sie in einer Verriegelungsausnehmung 96 einsitzen.
An diesen überstehenden Abschnitten der Wälzelemente 94a liegt
ein dem scheibenförmigen Wandabschnitt 98 axial
rückseitig vorgelagerter Druckring 102 an, der
zweckmäßigerweise Bestandteil einer in Achsrichtung
der Hauptachse 3 beweglichen Drucktasse 103 ist,
die von einer Kupplungs-Federeinrichtung 104 axial, in
Richtung zu den Verriegelungsmitteln 94, beaufschlagt ist.
-
Die
Kupplungs-Federeinrichtung 104 drückt die Verriegelungsmittel 94 mittels
der Drucktasse 103 unter Vorspannung in die Verriegelungsausnehmungen 96 hinein.
Da sich die Verriegelungsmittel 94 gleichzeitig im äußeren
Schlitzendabschnitt an der Flanke des jeweils zugeordneten Führungsschlitzes 99 abstützen,
liegt unter Vermittlung der Verriegelungsmittel 94 eine
formschlüssige Drehmitnahmeverbindung zwischen dem Eingangsteil 73 und
dem Ausgangsteil 68 der Überlastkupplung 64 vor.
-
Die
Vorspannkraft der Kupplungs-Federeinrichtung 104 ist ausreichend
groß gewählt, um ein Drehmoment in der gewünschten
Höhe übertragen zu können, ohne dass
die Verriegelungsmittel 94 aus den Verriegelungsausnehmungen 96 ausgerückt werden. Überschreitet
das Drehmoment jedoch einen durch die Federvorspannung vorgegebenen Grenzwert,
rasten die Verriegelungsmittel 94 aus den Verriegelungsausnehmungen 96 aus,
so dass die Antriebsverbindung unterbrochen ist und das Eingangsteil 73 nurmehr
leer, d. h. mit praktisch nahezu keinem Restdrehmoment mehr, ohne
Mitnahme des Ausgangsteils 68, rotiert.
-
Das
Ausrücken der Verriegelungsmittel 94 wird durch
schräge Innenflächen der Verriegelungsausnehmungen 96 hervorgerufen,
die die Verriegelungsmittel 94 axial nach hinten drücken.
Durch die Verriegelungsmittel 94 wird dabei auch die Drucktasse 103 ein
Stückweit axial verschoben, bei gleichzeitiger Komprimierung
der auf die Drucktasse 103 einwirkenden Federmittel 105 der
Kupplungs-Federeinrichtung 104.
-
Beim
Ausrücken verlagern sich die Verriegelungsmittel 94 gemäß Pfeilen 94b in 4 in
den Bereich der inneren Schlitzendabschnitte 100 der Führungsschlitze 99.
Diese ausgerückte Position der Verriegelungsmittel 94 ist
in 1 und 2 gestrichelt angedeutet. In
Bezug auf 2 ist hierbei anzumerken, dass
die Überlastkupplung 64 der Einfachheit halber
im nicht ausgerückten Zustand gezeigt ist und tatsächlich,
bei der hier gegebenen Relativposition von Antriebseinheit 5 und
Arbeitskopf 4, die Verriegelungsmittel die gestrichelt
gezeigte ausgerückte Position einnehmen.
-
Wenn
die Verriegelungsmittel 94 ausgerückt sind, liegen
sie – geführt durch die Führungsschlitze 99 – an
der glattflächigen und keine Vertiefungen aufweisenden
Abwälzbahn 101 an. An dieser können sie sich
bei der zwischen dem Eingangsteil 73 und dem Ausgangsteil 68 stattfindenden
relativen Rotationsbewegung reibungsarm abwälzen. In gleicher
Weise wälzen sie sich an dem sie ständig beaufschlagenden
Druckring 102 ab.
-
Das
Verlagern der ausgerückten Verriegelungsmittel 94 auf
eine zu der Kreislinie 97 konzentrische, diesbezüglich
radial beabstandete Abwälzbahn 101 hat den Vorteil,
dass bei ausge rückter Überlastkupplung 64 ein
Ratscheneffekt vermieden wird und keine Schläge auftreten.
-
Pro
Führungsschlitz 99 ist ein Verriegelungsmittel 94 vorhanden.
Zweckmäßigerweise ist die Anzahl der Verriegelungsausnehmungen 96 jedoch
größer als diejenige der Verriegelungsmittel 94 und
weisen untereinander, in der Umfangsrichtung um die Hauptachse 3 herum
gemessen, auch einen geringeren Abstand auf. Auf diese Weise wird
die Länge des Ausrückweges vorteilhaft reduziert
und das Ansprechverhalten verbessert.
-
Vorzugsweise
ist die Kupplungs-Federeinrichtung 104 hinsichtlich der
auf die Verriegelungsmittel 94 ausgeübten Vorspannkraft
von außen her variabel einstellbar. Zweckmäßigerweise
wird die Einstellbarkeit durch ein Schneckengetriebe 106 gewährleistet.
-
Die
Federmittel 105 stützen sich mit ihrem vorderen
axialen Endabschnitt an einem äußeren ringförmigen
Randabschnitt 107 der Drucktasse 103 ab, insbesondere
unter Zwischenschaltung eines für geringe Reibung sorgenden
Axiallagers. Axial rückseitig stützen sich die
Federmittel 105 an einem verdrehsicher und axial verschieblich
am Spindelträger 32 fixierten Druckring 108 ab,
der über ein Außengewinde verfügt, mit
dem er mit dem Innengewinde eines Schneckenrades 109 des
Schneckengetriebes 106 in Gewindeeingriff steht. Das Schneckenrad 109 seinerseits
kämmt mittels einer an seinem Außenumfang angeordneten
Schrägverzahnung mit dem externen Schneckenprofil einer
im Spindelträger 32 axial fest und drehbar gelagerten
Schneckenwelle 110 des Schneckengetriebes 106.
Das Schneckenrad 109 ist koaxial zu der Hauptachse 3 angeordnet,
die Schneckenwelle 110 erstreckt sich rechtwinkelig dazu.
Vorzugsweise sitzt die Schneckenwelle 110 in einem radial
in der Nähe der Seitenwand 12 liegenden Bereich
und fluchtet axial mit einer die Seitenwand 12 durchsetzenden
Wanddurchbrechung 111. Durch die Wanddurchbrechung 111 hindurch
lässt sich ein Drehwerkzeug an einen Betätigungsabschnitt 112 der
Schneckenwelle 110 ansetzen, um diese wahlweise im Uhrzeigersinn
oder entgegen dem Uhrzeigersinn zu verdrehen.
-
Je
nach Drehrichtung der Schneckenwelle 110 verdreht sich
das Schneckenrad 109 in der einen oder anderen Richtung
und schraubt aufgrund seines diesbezüglichen Gewindeeingriffes
den Druckring 108 entweder nach vorne in Richtung zur Drucktasse 103 oder
in entgegengesetzter Richtung. Auf diese Weise werden die Federmittel 105,
die beim Ausführungsbeispiel aus einem von axial geschichteten
Tellerfedern gebildeten Federpaket bestehen, entweder komprimiert
oder dekomprimiert. Somit lässt sich die Vorspannung der
Federmittel 105 variabel einstellen, was sich unmittelbar
auf den Drehmoment-Grenzwert auswirkt, weil dadurch die Verriegelungsmittel 94 mehr
oder weniger stark in die Verriegelungsausnehmungen 96 gedrückt
werden.
-
Die
Federmittel 105 sind zweckmäßigerweise
in einer Federkammer 113 aufgenommen, die im rückwärtigen
Endabschnitt des Spindelträgers 32 ausgebildet
ist. Zur Bodenwand 8 hin weist die Federkammer 113 rückseitig
eine zentrale Öffnung 114 auf, in die der Lagerdom 22 in
Abhängigkeit von der momentan zwischen dem Arbeitskopf 4 und
der Antriebseinheit 5 eingenommenen Relativposition mehr oder
weniger weit eintaucht.
-
Die
periphere Umfangswand der Federkammer 113 wird von einem
zum bevorzugt mehrteiligen Spindelträger 32 gehörenden
Ringkörper 115 gebildet, der auch die Schneckenwelle 110 und
das Schneckenrad 109 trägt. Der oben erwähnte
Ringspalt 56 ist radial innen von dem Ringkörper 115 begrenzt.
-
Anstelle
aus Tellerfedern könnten die Federmittel 105 selbstverständlich
auch aus einer anderen Federarten aufgebaut sein.
-
Wenn
bei einem Gewindeschneidvorgang während der Vorschubbewegung 28 und
der damit einhergehenden Eindrehbewegung der Arbeitsspindel 42 ein
Verklemmen des Gewindeschneidwerkzeuges 52 auftritt, übersteigt
das im Eindreh-Antriebszweig des Antriebsstranges herrschende Drehmoment
den durch die Kupplungs-Federeinrichtung 104 vorgegebenen
Drehmoment-Grenzwert. Somit spricht die Überlastkupplung 64 an
und die Verriegelungsmittel 94 werden ausgerückt.
Ab diesem Moment steht das Eindreh-Antriebsrad 65 ebenso
still wie die über die Schalt kugeln 89 mit dem
Eindreh-Antriebsrad 65 in Drehantriebsverbindung stehende
Arbeitsspindel 42. Wegen der Möglichkeit zur Ausführung
der Kompensationsbewegung 6 kann sich die Vorschubbewegung 28 dabei
ungehindert fortsetzen, ganz so, wie wenn der Gewindeschneidvorgang
ordnungsgemäß ablaufen würde. Allerdings macht
der Spindelträger 32 die Vorschubbewegung nicht
mit, sondern verharrt an Ort und Stelle und taucht dadurch in die
Antriebseinheit 5 ein.
-
Bei
Erreichen einer in Abhängigkeit von der gewünschten
Gewindelänge vorgegebenen Vorschubposition schaltet die
Bearbeitungsmaschine von der Vorschubbewegung 28 in die
Rückfahrbewegung 29 um. Seitens der Gewindeschneidvorrichtung 1 verlagert
sich hierbei zunächst nur die Antriebseinheit 5 zurück,
da der Arbeitskopf 4 über das mit dem Werkstück
in Gewindeeingriff stehende Gewindeschneidwerkzeug 52 axial
unbeweglich festgehalten wird. Hierbei fährt der Spindelträger 32 allmählich wieder
aus der Antriebseinheit 5 aus, bis die ursprünglich
eingenommene Grundstellung wieder erreicht ist. Ab diesem Punkt
führen die Antriebseinheit 5 und der Spindelträger 32 die
Rückfahrbewegung 29 gemeinsam durch. Die Arbeits spindel 42 steht
allerdings weiterhin still, weil der Drehmoment-Grenzwert ja überschritten
ist.
-
Hier
kommt nun die Funktionalität des Wendegetriebes 58 ins
Spiel. Die oben erwähnte axiale Beweglichkeit der Arbeitsspindel 42 relativ
zum Spindelträger 32 führt dazu, dass
die Arbeitsspindel 42 bei der Rückfahrbewegung
des Spindelträgers 32 aus Letzterem herausgezogen
wird. Folglich gelangen die Schaltkugeln 89 außer
Eingriff mit dem Eindreh-Antriebsrad 65 und in Eingriff
mit dem weiterhin ununterbrochen in der Ausdrehrichtung rotierenden Ausdreh-Antriebsrad 66.
Nun wird die Arbeitsspindel 42 in der Ausdrehrichtung angetrieben
und kann das bis dahin festsitzende Gewindeschneidwerkzeug 52 während
der restlichen Rückfahrbewegung 29 aus dem Bohrloch
ausdrehen. Sobald das Gewindeschneidwerkzeug 52 außer
Eingriff mit dem Werkstück steht, wird die Arbeitsspindel 42 durch
die Rückstellfedereinrichtung 43 in die eingefahrene Stellung
zurückverlagert. Wegen der hierbei noch vorhandenen Restenergie
der Arbeitsspindel 42 wird das mit ihr wieder in Eingriff
gelangende Eindreh-Antriebsrad 65 ein Stückweit
in der Ausdrehrichtung mitbewegt, was den Verriegelungsmitteln 94 ermöglicht, selbsttätig
wieder in die Verriegelungsausnehmungen 96 einzurasten.
Dadurch ist die Überlastkupplung 64 wieder im
nicht ausgelösten, betriebsbereiten Zustand.
-
Detektionsmittel 116 in
Gestalt einer am Spindelträger 32 angeordneten
Markierung ermöglichen jederzeit eine Überwachung
dahingehend, ob eine Kompensationsphase stattfindet. Die Markierung
liegt in der Grundstellung außerhalb des Lagergehäuses 7 unmittelbar
vor der die vordere Öffnung 14 begrenzenden Gehäusekante.
Die Kompensationsphase lässt sich also durch den Umstand
detektieren, dass die Markierung in das Lagergehäuse 7 einfährt
und verdeckt wird.
-
Andere
Detektionsmittel sind allerdings ebenfalls möglich. Beispielsweise
könnten Detektionsmittel 116 verwendet werden,
die die Durchführung einer Kompensationsphase durch die
Abgabe mindestens eines elektrischen Signals anzeigen, das sich
dann beliebig weiterverarbeiten lässt. Zur Detektion des
Verlassens der Grundstellung könnten beispielsweise mechanische
Schalter oder magnetfeldempfindliche Sensoren eingesetzt werden.
-
Bei 117 ist
noch ein die diversen Wellen durchsetzender Kühlmittelkanal
einer Kühlmittelzuführeinrichtung ersichtlich.
-
Kurz
zusammengefasst sind mit der beispielhaften Gewindeschneidvorrichtung
insbesondere folgende Vorteile verbunden:
- – Das
Gewindeschneidwerkzeug, zum Beispiel ein Gewindebohrer oder Gewindeformer,
kann standzeitmäßig voll ausgenutzt werden, da
es durch die Überlastkupplung vor dem sonst unweigerlichen
Gewindewerkzeugbruch geschützt wird.
- – Damit kann auch in der Produktion das Gewindeschneidwerkzeug-Verschließende
problemlos und sicher ermittelt werden.
- – Bei fehlerhaft vorbearbeiteten Werkstücken,
in die beispielsweise durch Bruch des Kernlochbohrers kein oder
nur teilweise ein Kernloch eingebracht wurde, spricht die Überlastkupplung
zuverlässig an.
- – In diesen Fällen kann die Vorrichtung auch
zum Detektieren des Fehlers herangezogen werden. Dazu wird im Fehlerfall
eine stattgefundene Kompensationsbewegung sensorisch erfasst und
als Signal an eine prozessübergeordnete Steuerung gesendet.
-
In
der Massenproduktion kann es im verketteten automatischen Zyklus
von Vorteil sein, wenn über Unregelmäßigkeiten
im Fehlerfalle – entweder kein oder nur teilweise vorhandenes
Kernloch – oder die Erkennung des Verschleißendes
des Gewindeschneidwerkzeuges ein Signal an die prozessübergeordnete
Steuerung gesendet wird, die dann die Ausschleusung des betroffenen
Werkstücks ohne Beschädigung veranlasst und/oder
den Gewindebohrerwechsel anzeigt, bzw. direkt durch ein Schwesterwerkzeug
veranlasst. Diese komplexe Aufgabenstellung lässt sich
mit der erfindungsgemäßen Gewindeschneidvorrichtung
in ihrer vorteilhaften Ausgestaltung bewältigen.
-
Weitere
besondere Merkmale sind:
- – Hohe Produktivität
bei maximaler Sicherheit durch eine wälzgelagerte Überlastkupplung
mit nahezu keinem Restdrehmoment nach dem Auslösen. (Kein
Ratscheneffekt!)
- – Feinfühlige Variierung des Sicherheitskupplungsmomentes
durch ein Schneckengetriebe.
- – Alle auftretenden dynamischen Vorgänge werden
elastisch gedämpft. Das erbringt maximale Werkzeugstandzeiten
und sehr hohe realisierbare Produktionsstückzahlen bei
maximaler Flexibilität.
- – Dadurch einhergehend eine hohe Lebensdauer bei maximaler
Produktivität durch Torsionsdämpfung beim Eindrehen
des Gewindewerkzeuges durch die federbedämpfte wälzgelagerte
Sicherheitskupplung und den separaten Torsionsdämpfer im
Ausdrehgetriebezug.
- – Verschiedene Spindelsysteme, beispielsweise mit Doppelspannung
oder Schnellwechselspindel oder mit Spannzange, sind realisierbar.
- – Innere Kühlschmiermittelversorgung des Gewindewerkzeuges
ist problemlos möglich.
- – Universale Anbindung an alle Werkzeugmaschinen kann
bei Bedarf gewährleistet werden.
- – Integration von Detektierungssystemen ist möglich.
- – Die Vorrichtung ist auch für Mehrspindelbohrkästen
geeignet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4344037
C1 [0002, 0024, 0057]