DE102010003408B4

DE102010003408B4 - In eine Presse, eine Stanze oder dergleichen einbaubares oder autarkes Bearbeitungsmodul

Info

Publication number: DE102010003408B4
Application number: DE201010003408
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-12-29
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: DE102010003408A1

Abstract

In eine Presse, eine Stanze oder dergleichen einbaubares oder autarkes Bearbeitungsmodul (10), mit einem eine Hauptwelle (32) antreibenden Antrieb (16), mit einer koaxial in der, axial verschieblich in und drehfest zur Hauptwelle (32) gelagerten Antriebsgewindespindel (34), einem Zylinder (60) und einem im Zylinder (60) angeordneten, einseitig mit Druck beaufschlagten Kolben (46), wobei der Kolben (46) ein Innengewinde (44) aufweist und das dem Kolben (46) zugewandte Ende (40) der Antriebsgewindespindel (34) mit einem Außengewinde (42) versehen ist und in das Innengewinde (44) eingeschraubt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein in eine Presse, eine Stanze oder dergleichen einbaubares oder autarkes Bearbeitungsmodul.
Werden Stanzteile mittels Umform- und Stanzwerkzeugen hergestellt, sind oftmals Bearbeitungsmodule in das Umform- und Stanzwerkzeug eingebaut oder an dieses angebaut, mit welchem z. B. Gewinde in die Stanzteilen eingeformt oder eingeschnitten werden können. Das Bearbeitungsmodul weist üblicherweise einen Werkzeughalter auf, der zur Aufnahme des Gewindeformers oder Gewindeschneiders dient. Der Antrieb des Werkzeughalters erfolgt über einen Elektromotor und üblicherweise ein geeignetes Getriebe. Die axiale Verstellung des Werkzeughalters erfolgt auf unterschiedliche Weise.
Aus der EP 1 238 737 A1 ist eine Bearbeitungseinheit bekannt, bei der die axiale Verstellung des Werkzeughalters durch den Pressenhub erzeugt wird. Das Gewindeformen oder Gewindeschneiden kann daher nicht unabhängig vom Pressenhub und dem Arbeitstakt der Presse erfolgen.
Aus der DE 197 29 263 C2 ist eine Bearbeitungseinheit bekannt, bei der über einen elektrischen Servomotor mit einem Getriebe sowohl der Drehantrieb des Werkzeughalters als auch die axiale Verstellung erfolgt. Die axiale Verstellung und der Rotationsantrieb des Werkzeughalters sind daher zwangsgekoppelt, sodass die Bearbeitungseinheit jeweils nur ein vorgegebenes Gewinde schneiden kann.
Die IT 1 311 723 B1 offenbart eine Bearbeitungseinheit, bei der die axiale Verstellung des Werkzeughalters durch ein pneumatisches Aggregat erfolgt. Ein einseitig pneumatisch beaufschlagter Kolben bewegt den Werkzeughalter vorwärts, bis das Werkzeug mit dem Werkstück in Eingriff kommt. Das Gewindeformen oder Gewindeschneiden erfolgt dann mittels des Werkzeughalters, indem das Werkzeug das Gewinde selbstschneidend formt. Durch Umkehr der Drehrichtung wird das Werkzeug wieder aus dem soeben hergestellten Gewinde herausgedreht. Die Rückstellung des pneumatischen Antriebs erfolgt über eine Feder.
Aus der DE 103 25 719 A1 ist eine Bearbeitungseinheit bekannt geworden, bei der die axiale Verstellung des Werkzeughalters über einen doppelt wirkenden Kolben erfolgt. Über diesen wird das Werkzeug bis zur Anlage am Werkstück axial verschoben. Nachdem das Gewinde geformt oder geschnitten und das Werkzeug wieder herausgedreht wurde, wird dieses wieder vom Werkstück entfernt, indem die andere Arbeitsfläche des Kolbens mit Druck beaufschlagt wird. Einerseits wird bei dieser Vorrichtung Druckluft verbraucht, andererseits ist der Aufbau dieser Bearbeitungseinheit aufwändig, da neben dem Drehantrieb auch ein Steuerventil zur Verteilung der Druckluft angesteuert werden muss.
Aus der EP 1 775 049 A1 ist eine automatische Gewindebohreinrichtungbekannt geworden, bei der die Rückstellung des Werkzeugs mittels einer Feder erfolgt. Aus der EP 1 524 057 A2 ist ein Werkzeugtreiberaggregat für den Antrieb eines Gewindefertigungswerkzeugs in einer Gewindefertigungsvorrichtung bekannt geworden. Das Werkzeugtreiberaggregat umfasst eine axial verschiebbar in einem Treibergehäuse gelagerte Spindel als Halteelement für das Gewindeformerwerkzeug, eine Drehantriebseinrichtung für die Spindel und eine Axialvorschub- und Rückholeinrichtung für die Spindel, wobei die Axialvorschub- und Rückholeinrichtung einen pneumatischen Zylinder-Kolben-Antrieb mit der Spindel als Kolbenteil aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bearbeitungsmodul bereit zu stellen, das einfacher anzusteuern ist und das einfacher aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem in einer Presse, einer Stanze oder dergleichen einbaubaren oder autarken Bearbeitungsmodul gelöst, wobei das Bearbeitungsmodul einen eine Hauptwelle antreibenden Antrieb, eine koaxial in, axial verschieblich in und drehfest zur Hauptwelle gelagerten Antriebsgewindespindel, einen Zylinder und einen im Zylinder angeordneten, einseitig mit Druck beaufschlagten Kolben aufweist, wobei der Kolben ein Innengewinde aufweist und das dem Kolben zugewandte Ende der Antriebsgewindespindel mit einem Außengewinde versehen ist und in das Innengewinde eingeschraubt ist.
Das erfindungsgemäße Bearbeitungsmodul besitzt den wesentlichen Vorteil, dass es in axialer Richtung nur einseitig angetrieben wird, wofur ein einseitig mit Druck beaufschlagter Kolben dient. Dabei dient die Druckkammer als pneumatische oder hydraulische Feder. Die axiale Zustellung der Antriebsgewindespindel erfolgt dadurch, dass sie aus dem Kolben ausgeschraubt wird, bis die Spitze des Werkzeugs am Werkstück anliegt. Die Antriebsgewindespindel wird weiterhin gedreht und dadurch das Gewinde in das Werkstück eingeformt oder eingeschnitten. Wahrend des Anschnitts des Gewindeformers oder Gewindeschneiders und während des Schneidvorganges selbst wird der geringere axiale Vorschub des Werkstucks gegenuber der axialen Zustellung der Antriebsgewindespindel dadurch ausgeglichen, dass der Kolben im Zylinder angehoben wird. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Gewindeformer oder Gewindeschneider sofort oder erst nach einer gewissen Zeit im Werkstuck greift und ob mit dem Gewindeformer oder Gewindeschneider ein Feingewinde mit kleiner Steigung oder ein Gewinde mit einer großeren Steigung erzeugt wird. Auf jeden Fall wird der Steigungsunterschied zwischen dem umzuformenden oder zu schneidenden Gewinde und dem Gewinde im Kolben durch eine Verschiebung des Kolbens im Zylinder ausgeglichen. Da am Kolben nach wie vor der Druck anliegt, der vorteilhaft insbesondere zwischen 0,1 bar und 6 bar betragen kann, wird der Vorschub des Gewindeformers oder Gewindeschneiders entsprechend unterstützt.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Kolben drehfest im Zylinder gelagert ist. Die drehfeste Lagerung wird zum Beispiel durch eine Nut-Feder-Fuhrung oder einen polygonen Querschnitt des Kolbens gewahrleistet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsgewindespindel koaxial das Bearbeitungswerkzeug, zum Beispiel einen Gewindeformer oder Gewindeschneider, tragt und das Außengewinde der Antriebsgewindespindel größer ist als der Durchmesser des Bearbeitungswerkzeugs. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Steigung des Gewindes an der Antriebsgewindespindel stets gleich oder großer ist als die Steigung des Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere des Gewindeformers oder Gewindeschneiders, so dass das Bearbeitungswerkzeug stets mit dem am Kolben anliegenden Druck am Werkstück anliegt. Bei einem Bearbeitungswerkzeug mit Linksgewinde wird die Antriebsgewindespindel und der Kolben gegen eine Antriebsgewindespindel mit Kolben mit anders umlaufendem Gewinde ausgewechselt.
Mit Vorzug ist die dem Kolben zugewandte Stirnseite der Antriebsgewindespindel und/oder der Kolbenboden an seiner der Antriebsgewindespindel zugewandten Seite mit einem einen Referenzanschlag bildenden axialen Vorsprung versehen. Wird die Antriebsgewindespindel vollstandig in den Kolben eingeschraubt, dann schlägt der axiale Vorsprung der Antriebsgewindespindel an den axialen Vorsprung des Kolbenbodens an. Der die Antriebsgewindespindel in Drehung versetzende Antrieb erfährt einen Anstieg des Stroms und/oder Drehmoments, wodurch festgestellt wird, dass die Antriebsgewindespindel vollständig in den Kolben eingeschraubt ist. Der Antrieb wird abgeschaltet und die Stellung der Antriebsgewindespindel im Kolben als Referenznullpunkt gespeichert.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der einseitig auf den Kolben wirkende Druck variierbar ist. Insbesondere bei Werkzeugen mit kleinem Durchmesser wird ein geringerer Druck und bei Werkzeugen mit großem Durchmesser ein hoherer Druck verwendet, wobei zudem bei Werkstucken aus einem weicheren Material ebenfalls ein geringerer Druck am Kolben anliegt, als bei Werkstucken mit schwerer zu bearbeitendem oder harterem Material. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass alle Gewindearten herstellbar sind, unabhängig davon, ob es ein metrisches oder Zollgewinde ist, oder ob ein Fein- oder Normalgewinde zu formen oder schneiden ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der einseitig auf den Kolben wirkende Druck unabhängig von der Stellung des Kolbens im Zylinder gleichbleibend groß ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Vorschubkraft auf das Werkzeug stets gleich groß ist, unabhängig davon, welche Lage das Werkstuck einnimmt. Dies ist insbesondere bei mechanischen Federn nicht der Fall, bei denen die Federkraft linear mit der Komprimierung der Feder zunimmt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie die in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwahnten Merkmale Jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bearbeitungsmodul entlang der Linie I-I gemaß 2;
2 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils II gemaß 1 ohne Gehäusedeckel;
3 einen Schnitt III-III gemaß 2;
4 eine Ansicht der Innenseite des Kolbenbodens;
5 einen Langsschnitt durch die Antriebsgewindespindel; und
6 eine Seitenansicht des Kolbens ohne Kolbenboden.
Die 1 zeigt einen Längsschnitt I-I (gemäß 2) eines insgesamt mit 10 bezeichneten Bearbeitungsmoduls, welches ein mehrteiliges Gehause 12 aufweist, das von einem Gehäusedeckel 14 antriebsseitig abgedeckt ist. An das Gehäuse 12 ist ein insgesamt mit 16 bezeichneter elektrischer Antrieb angeflanscht, dessen Abtriebsritzel 18 von einem Antriebsband 20, insbesondere einen Zahnriemen, umschlungen ist. Dieses Antriebsband 20 treibt eine erste Scheibe 22 an, welche an einer drehbar gelagerten Welle 24 befestigt ist, welche wiederum eine zweite Scheibe 26 antreibt. Diese zweite Scheibe 26 ist von einem zweiten, insbesondere als Zahnriemen ausgebildeten Antriebsband 28 umschlungen, welches eine dritte Scheibe 30 antreibt.
Mit dieser dritten Scheibe 30 ist eine Hauptwelle 32 verbunden, die drehbar im Gehause 12 gelagert ist und eine Antriebsgewindespindel 34 umgibt. Dabei sind die Hauptwelle 32 und die Antriebsgewindespindel 34 zwar drehfest miteinander gekoppelt, zum Beispiel uber eine polygone Querschnittsform oder dergleichen, jedoch ist die Antriebsgewindespindel 34 in axialer Richtung in der Hauptwelle 32 verschiebbar. Die Antriebsgewindespindel 34 ist in 5 in vergrößerter Darstellung wiedergegeben, wobei deutlich erkennbar ist, dass am unteren Ende 36 in geeigneter Art und Weise, wie zum Beispiel aus der DE 103 25 719 A1 bekannt, ein Werkzeug 38, zum Beispiel ein Gewindeformer oder Gewindeschneider, drehfest und axial starr aufgenommen werden kann. Das obere Ende 40 weist ein Außengewinde 42 auf, über welches die Antriebsgewindespindel 34 in ein Innengewinde 44 eines Kolbens 46 (1) eingeschraubt ist. Die Einschraubtiefe wird dadurch begrenzt, dass ein als Referenzanschlag 48 dienender axialer Vorsprung 50 an einem als Referenzanschlag 52 dienenden axialen Vorsprung 54 anschlägt, welcher an der der Antriebsgewindespindel 34 zugewandten Seite 56 eines Kolbenbodens 58 vorgesehen ist. Schlägt der Vorsprung 50 am Vorsprung 54 an, wird dies durch einen Anstieg der Stromstärke und/oder des Drehmoments im Antrieb 16 von einer Stromüberwachungsschaltung (Servoregler) erfasst, wodurch der Antrieb 16 abgeschaltet und die Position der Antriebsgewindespindel 34 im Kolben 46 abgespeichert wird.
Der Kolben 46 ist in axialer Richtung verschieblich in einem Zylinder 60 geführt, wobei eine Verdrehung des Kolbens 46 im Zylinder 60 dadurch verhindert wird, dass der Kolben 46 an seiner Umfangsfläche eine in Längsrichtung verlaufende Nut 62 (6) aufweist, in welche eine Feder 64 oder ein Gleitstein (3) eingreift, welche an der Innenumfangsfläche des Zylinders 60 befestigt ist. Oberhalb des Kolbens 46 befindet sich ein Druckraum 66, in welchem sich ein unter Druck stehendes Fluid befindet, welches über einen Anschluss 68 zu- und abgeführt werden kann, wobei der Druck im Druckraum 66 auf beliebige Werte einstellbar ist.
Die Funktion des Bearbeitungsmoduls 10 wird im Folgenden beschrieben. Das Bearbeitungsmodul 10 wird oberhalb eines Werkstücks 70 positioniert und der Antrieb 16 gestartet. Die dritte Scheibe 30 treibt die Hauptwelle 32 an, welche wiederum die Antriebsgewindespindel 34, welche drehfest mit dieser verbunden ist, in Drehung versetzt, wodurch die Antriebsgewindespindel 34 aus dem Kolben 46 herausgeschraubt wird und sich dadurch dem Werkstück 70 annahert. Das sich zusammen mit der Antriebsgewindespindel 34 drehende Werkzeug 38 setzt auf dem Werkstuck 70 auf, wodurch der Vorschub zunächst gestoppt wird, so dass sich der an seinem unteren Anschlag sich befindende Kolben 46 im Zylinder 60 abhebt, wodurch der Druckraum 66 verkleinert wird. Der Druck im Druckraum 66 wird in bevorzugter Weise konstant gehalten, so dass das Werkzeug 38 mit einem definierten Druck auf dem Werkstuck 70 aufliegt. Sobald das Werkzeug 38, hier ein Gewindeschneider, in das Werkstück 70 eindringt, wird der Vorschub der Antriebsgewindespindel 34 von der Gewindesteigung des Gewindeschneidwerkzeuges definiert. Sollte diese Steigung unterschiedlich zur Steigung des Außengewindes 42 der Antriebsgewindespindel 34 sein, wird der Kolben 46 weiter innerhalb des Zylinders 60 angehoben. Sobald das Gewinde im Werkstuck 70 geformt oder fertig geschnitten ist, wird die Drehrichtung des Antriebs 16 umgekehrt und das Werkzeug 38 aus dem Werkstück 70 herausgedreht. Der Kolben 46 nähert sich dabei wieder dem unteren Ende des Zylinders 60, indem die Antriebsgewindespindel 34 wieder in den Kolben 46 eingeschraubt wird. Sobald das Werkzeug 38 vom Werkstück 70 freikommt, kann der Antrieb 16 gestoppt werden. Hierin besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenuber der Bearbeitungseinheit der DE 103 25 719 A1 , bei welcher das Werkzeug durch Zuruckziehen des Kolbens in seine obere Endstellung maximal vom Werkstück abgehoben wird. Bei der Erfindung muss das Werkzeug 38 nur so weit zurückgezogen werden, dass das Werkstuck 70 sicher gegen ein neues, zu bearbeitendes Werkstück 70 ausgetauscht werden kann. Der Zustellweg und somit die Zustellzeit des Werkzeugs 38 werden dadurch wesentlich kürzer.
Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass der Druck im Druckraum 66 an den Durchmesser und/oder an die Festigkeit und Härte des Werkstucks 70 so angepasst werden kann, dass das Werkzeug 38 den optimalen Vorschub beziehungsweise die optimale Unterstutzung besitzt. Das erfindungsgemäße Bearbeitungsmodul 10 besitzt außerdem den Vorteil, dass der Kolben 46 wesentlich einfacher aufgebaut ist, da er lediglich von einer Seite mit Druck beaufschlagt wird und dass ohne die Verwendung von Positionssensoren die Lage der Antriebsgewindespindel 34 in jeder Position innerhalb des Kolbens 46 ermittelt werden kann, da diese Lage direkt von den Umdrehungszahlen des Antriebs 16 abhangt.

Claims

In eine Presse, eine Stanze oder dergleichen einbaubares oder autarkes Bearbeitungsmodul (10), mit einem eine Hauptwelle (32) antreibenden Antrieb (16), mit einer koaxial in der, axial verschieblich in und drehfest zur Hauptwelle (32) gelagerten Antriebsgewindespindel (34), einem Zylinder (60) und einem im Zylinder (60) angeordneten, einseitig mit Druck beaufschlagten Kolben (46), wobei der Kolben (46) ein Innengewinde (44) aufweist und das dem Kolben (46) zugewandte Ende (40) der Antriebsgewindespindel (34) mit einem Außengewinde (42) versehen ist und in das Innengewinde (44) eingeschraubt ist.
Bearbeitungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (46) drehfest im Zylinder (60) gelagert ist.
Bearbeitungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsgewindespindel (34) koaxial das Bearbeitungswerkzeug (38), zum Beispiel einen Gewindeformer oder Gewindeschneider, trägt und das Außengewinde (42) der Antriebsgewindespindel (34) größer ist als der Durchmesser des Bearbeitungswerkzeugs (38).
Bearbeitungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (42) der Antriebsgewindespindel (34) eine großere Steigung aufweist, als das Bearbeitungswerkzeug (38).
Bearbeitungsmodul nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Kolben (46) zugewandte Stirnseite der Antriebsgewindespindel (34) mit einem einen Referenzanschlag (48) bildenden Vorsprung (50) versehen ist.
Bearbeitungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (58) an seiner der Antriebsgewindespindel (34) zugewandten Seite mit einem einen Referenzanschlag (52) bildenden Vorsprung (54) versehen ist.
Bearbeitungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einseitig auf den Kolben (46) wirkende Druck variierbar ist.
Bearbeitungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einseitig auf den Kolben (46) wirkende Druck unabhängig von der Stellung des Kolbens (46) im Zylinder (60) gleichbleibend groß ist.
Bearbeitungsmodul nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) mit einer Stromüberwachungsschaltung (Servoregler) oder Drehmomentüberwachung versehen ist.