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Die Erfindung betrifft ein Taumellager für eine Vorrichtung zum Taumeln von Werkstücken, und eine Vorrichtung zum Taumeln von Werkstücken mit einem solchen Taumellager.
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Zum Pressen von Werkstücken bei der Kaltumformung, insbesondere bei der Blechumformung, oder Warmumformung, insbesondere beim Schmieden von metallischen schmiedbaren Werkstoffen, sind verschiedene Umformmaschinen (Pressmaschinen) bekannt (siehe beispielsweise VDI-Lexikon Band Produktionstechnik Verfahrenstechnik, Herausgeber: Hiersig, VDI-Verlag, 1995, Seiten 1107 bis 1113). Wenigstens ein Stößel mit einem ersten Presswerkzeug der Pressmaschine wird von einem Antrieb angetrieben und relativ zu einem zweiten Presswerkzeug der Pressmaschine bewegt, so dass zwischen den Presswerkzeugen das Werkstück durch Presskräfte umgeformt werden kann.
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Die in der Regel weggebunden arbeitenden mechanischen Pressen nutzen mechanische Antriebe, beispielsweise Servomotorantriebe, mit verschiedensten Übersetzungsmechanismen, beispielsweise Exzenterantrieben (Exzenterpressen) oder Kniehebelantrieben (Kniehebelpressen). Die Umformkraft oder Stößelkraft ist abhängig von dem Weg oder der Stellung des Stößels.
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Die in der Regel kraftgebunden arbeitenden hydraulischen Pressen nutzen einen hydraulischen Antrieb mittels eines hydraulischen Mediums wie Öl oder Wasser, dessen Druckenergie von in Hydraulikzylindern laufenden Kolben in mechanische Umformarbeit umgesetzt wird. Die Stößelkraft entspricht dem Produkt von hydraulischem Druck und Kolbenfläche und ist weitgehend unabhängig von der Stellung des Stößels.
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Ferner sind sogenannte Taumelpressen bekannt, die zum Taumeln von Werkstücken verwendet werden.
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Das Taumeln ist ein Umformverfahren, insbesondere Kaltumformverfahren, bei dem immer nur Teilbereiche des Werkstücks umgeformt werden und somit die Umformkraft auch nur jeweils auf diesen Teilbereich des Werkstücks wirkt. Dabei wird das Werkstück zwischen zwei Taumelwerkzeugen (oder: Taumelgesenken) gepresst. Eines der beiden Taumelwerkzeuge ist ortsfest oder in einer vertikalen Zustellbewegung beweglich und das andere Taumelwerkzeug ist zentral an einem Taumelträger (oder: Taumelteller) befestigt, der in einem Taumellager über korrespondierende sphärische Taumellagerflächen schwenkbar gelagert ist. Mittels eines Taumelantriebs wird der Taumelträger in eine kippende oder auch kreisende oder wellenförmige Taumelbewegung unter einem bestimmten Neigungswinkel um eine durchs Taumellager verlaufende Taumelachse bewegt. Dabei wird, ähnlich wie beim Walzen, sukzessive immer nur ein kleiner Teilbereich des Werkstücks umgeformt und das Werkstück fließt nach und nach in die Taumelwerkzeuge hinein und nimmt deren Form an. Das taumelnde Werkzeug, das die Taumelbewegung ausführt, kann dabei mit seinem Taumelträger oben und das feststehende Taumelwerkzeug unten angeordnet sein oder auch umgekehrt.
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Die
DE 100 17 462 A1 offenbart eine Taumelpresse mit einem Werkzeugträger, der schwenkbar um einen Schwenkpunkt an einem Gestell gelagert ist und mit einer Mehrzahl von Linearverschiebungseinrichtungen, insbesondere hydraulischen oder pneumatischen Kolben-Zylinder-Einrichtungen oder auch Spindeleinrichtungen mit zugehörigen Spindelmotoren. Die Linearverschiebungseinrichtungen sind jeweils über Kopplungsgelenke mit dem Träger und dem Gestell verbunden, um den Träger um den Schwenkpunkt zu verschwenken, also in die Taumelbewegung zu versetzen. Die Kopplungsgelenke sind im Wesentlichen gleich beabstandet von dem Schwenkpunkt für eine gleichmäßige Krafteinleitung. Durch eine zyklische Ansteuerung der Linearverschiebungseinrichtung führt der Träger um den Schwenkpunkt der Taumelpresse die Taumelbewegung aus, ohne dass zusätzliche Ausgleichs- oder Gleitelemente vorgesehen sind.
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Die
CH 685 105 A5 offenbart eine Taumelpresse mit hydraulisch wirkenden Arbeitskolben als Taumelantrieb.
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Die
DE 41 17 250 C2 offenbart eine Adapterplatte für eine konventionelle Axialpresse mit einem in einem Pressenständer angebrachten Werkzeuggestell, das sich entsprechend der Pressen-Hubrichtung in ein oberes und ein unteres Werkzeugteil gliedert. Die Adapterplatte ist ein Werkzeug mit Taumelkopf zum Taumelpressen und ist gegen Bauteilgruppen des Werkzeuggestells austauschbar oder in diesem zusätzlich anbringbar. Die Adapterplatte besitzt eine Vorrichtung zur Erzeugung der Taumelbewegung des Taumelkopfes sowie Kupplungselemente für den Anschluss von Übertragungseinrichtungen, insbesondere Öldruckleitungen, über die sie mit einem außerhalb der Axialpresse befindlichen Antriebsaggregat für den Taumelkopf verbunden ist. Insbesondere bildet die Adapterplatte zusammen mit dem unteren Werkzeugteil eine Funktionseinheit zum Taumelpressen. Die Vorrichtung zur Erzeugung der Taumelbewegung umfasst mindestens sechs, in gleichen Abständen um die Taumelsachse angeordnete, mit der Taumelfrequenz zueinander phasenverschoben arbeitende, hydraulische Druckzylinder und -stempel.
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Die
DE 197 53 949 C2 offenbart eine flexible Umformpresse mit steuerbarer nicht linearer Stößelbewegung unter Anwendung eines numerisch gesteuerten Parallelkinematikantriebes, wobei mehrere, vorzugsweise sechs, am Pressengesell befestigte Aktoren einen Stößel im Arbeitsraum auf einer beliebigen Leitlinie bewegen, wodurch erreichbar ist, Umformverfahren die sich durch achsparallele Stößelbewegung kennzeichnen, mit Umformverfahren, die sich durch eine taumelnde Stößelbewegung kennzeichnen, flexibel zu kombinieren. Die Aktoren können als Hydraulikzylinder oder Spindeltriebe ausgeführt sein und verfügen zusätzlich über eine Längenmesseinrichtung, die die momentane Länge des Aktors an die angeschlossene Steuerung zurückführt.
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Abhängig von den Vorgaben an die Geometrie des zu taumelnden Werkstücks können sehr komplexe Bewegungen des Taumelträgers erforderlich sein. Darunter sind häufig auch Bewegungen mit einer wellenförmigen oder kreisenden Bewegungskomponente in einem Drehsinn um die Taumelachse oder um das Taumellager oder entlang des Umfangs des Taumelträgers ähnlich wie bei einer Nutation und/oder einer Präzession eines Kreisels. Bei solchen Bewegungen entstehen aber, vektoriell im Allgemeinen parallel oder unter dem Taumelwinkel zur Taumelachse gerichtete Drehmomente und dadurch in Umfangsrichtung gerichtete Kräfte auf die Taumelantriebselemente und deren Koppellager an dem Taumelträger, die zu einer Verdrehung und damit zu einer negativen Beeinflussung der Genauigkeit der Taumelbewegung und damit auch der Werkstückbearbeitung führen können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein neues Taumellager zur Verfügung zu stellen, das für eine Taumeleinheit oder eine Taumelvorrichtung geeignet ist und bei der die genannten Drehmomente kompensiert oder neutralisiert werden können, also bis zu einem gewissen Grad eine Verdrehsicherheit erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Taumellager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Taumellagers gemäß der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnungen Bezug genommen, in deren
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1 eine Umformmaschine mit einer Taumeleinheit in einer perspektivischen Ansicht,
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2 den in 1 mit einem mit II bezeichneten Kreis markierten Ausschnitt betreffend die Taumeleinheit in einer vergrößerten und teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht,
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3 die in 2 mit einem mit III bezeichneten Kreis markierten Teile in einer vergrößerten Schnittdarstellung,
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4 das Taumellager der Taumeleinheit gemäß 1 bis 3 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung von schräg oben,
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5 das Taumellager gemäß 4 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung von schräg unten,
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6 das in 4 mit VI bezeichnete Detail in einer vergrößerten perspektivischen Explosionsdarstellung,
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7 ein Taumellager in einer Draufsicht von oben,
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8 das Taumellager gemäß 7 in einem Schnitt entlang der in
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7 mit VIII-VIII bezeichneten Linie und
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9 das Taumellager gemäß 7 und 8 in einem Schnitt entlang der in 7 mit IX-IX bezeichneten Linie
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10 das Taumellager in der Darstellung gemäß 7 in einer um eine erste Schwenkachse verschwenkten Stellung,
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11 das Taumellager gemäß 10 in einem in 10 mit XI-XI bezeichneten Schnitt,
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12 das Taumellager in der Darstellung gemäß 7 in einer um eine zweite, zur ersten Schwenkachse orthogonalen Schwenkachse verschwenkten Stellung und
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13 das Taumellager gemäß 12 in einem in 12 mit XIII-XIII bezeichneten Schnitt
jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 15 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Umformmaschine oder Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken mit dem Bezugszeichen 1 in 1 umfasst einen Stößel 10, dem eine nicht weiter spezifizierte, z. B. hydraulische oder auch mechanische Stößelantriebseinheit 11 zum Antreiben des Stößels zugeordnet ist und an dem sich ein oberer Werkzeugträger 2 befindet, der üblicherweise an der Unterseite des Stößels 10 befestigt ist. Der Stößel 10 ist vorne und hinten seitlich in zwei Stößelführungen 21 und 22 an einem Gestellrahmen 16 des Maschinengestells 13 geführt und linear in einer durch einen Doppelpfeil veranschaulichten Arbeitsrichtung hin und her, im dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten und nach oben, bewegbar. Im unteren Bereich des Gestellrahmens 16 ist eine Bodenplatte 14 angeordnet, auf der sich Personen und/oder Handhabungsgeräte wie Bedienroboter, befinden und/oder bewegen können. Das Gestell 13 umfasst ferner vier unterhalb des Gestellrahmens 16 und der Bodenplatte 14 angeordnete Gestellfüße 15, die zur Dämpfung dienen.
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Unterhalb des Stößels 10 befindet sich innerhalb des Gestellrahmens 16 ein unterer Werkzeugträger 3, der auf einem Sockel 12 des Gestells 13 befestigt ist, der durch die Bodenplatte 14 hindurchragt und unten auf einem nicht weiter bezeichneten Boden, beispielsweise einer Fertigungshalle, steht. Das Gestell 13 steht bevorzugt auch mit den Gestellfüßen 15 oder, in einer nicht dargestellten Ausführung, auch direkt mit dem Gestellrahmen 16 auf diesem Boden auf.
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Der obere Werkzeugträger 2 und der untere Werkzeugträger 3 weisen in an sich bekannter Weise zueinander parallele Nuten und Bohrungen zum Befestigen von unterschiedlichen Umformwerkzeugen auf. Der Stößel 10 wird mit dem oberen Werkzeugträger 2 mit dem daran befestigten Umformwerkzeug auf den unteren Werkzeugträger 3 und das daran befestigte Umformwerkzeug zu bewegt und das Werkstück zwischen den beiden Umformwerkzeugen umgeformt. Nach dem Umformvorgang bewegt sich der Stößel 10 wieder nach oben und das Werkstück kann aus dem Zwischenraum zwischen den Umformwerkzeugen entnommen werden. Das Werkstück wird zuvor in der Regel auf das untere Umformwerkzeug aufgelegt.
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In der in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform ist die Vorrichtung 1 für einen Taumelbetrieb oder ein Taumeln von Werkstücken ausgerüstet und umfasst eine Taumeleinheit mit einem Taumelträger 9, der in einem Taumellager 8, das in einer Lagerplatte 18 gelagert ist, schwenkbar gelagert ist, und einem Taumelantrieb.
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An dem Gestell 13 sind ortsfeste (oder: feststehende) Antriebselemente 51, 52, 53 und 54 von Antriebseinheiten 31, 32, 33 und 34 des Taumelantriebs befestigt. Die ortsfesten Antriebselemente 51 bis 54 der Antriebseinheiten 31 bis 34 sind dabei bevorzugt an ihren unteren Enden jeweils über ein Lagergelenk 101 bis 104 an Lagerhalterungen 17 an dem Gestell 13 schwenkbar gelagert und an ihren oberen Enden über jeweils eine, beispielsweise käfig- oder teilkäfigartige Befestigungseinheit 91 bis 94 an dem Gestell 13 mit einer vorgegebenen Beweglichkeit befestigt. Alternativ ist auch eine Befestigung der ortsfesten Antriebselemente 51 bis 54 am Sockel 12 möglich.
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Ferner umfasst jede Antriebseinheit 31 bis 34 ein bewegliches Antriebselement, insbesondere einen Antriebskolben, 41 bis 44, das relativ zum ortsfesten Antriebselement, insbesondere einem Antriebszylinder, 51 bis 54 beweglich ist. Zum Antreiben des beweglichen Antriebselements 41 bis 44 gegenüber dem unbeweglichen Antriebselementen 51 bis 54 können die Antriebseinheiten 31 bis 34 über einen hydraulischen Antrieb verfügen oder auch über einen mechanischen, insbesondere motorischen, Antrieb, beispielsweise einen Spindelantrieb. Die Bewegung der Antriebselemente 41 bis 44 relativ zu den Antriebselementen 51 bis 54 ist bei jeder Antriebseinheit 31 bis 34 vorzugsweise linear oder axial zu einer jeweils durch die Antriebselemente 41 bis 44 verlaufenden zentralen Achse B.
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In den Befestigungseinheiten 91 bis 94 sind, insbesondere jeweils die vorgegebene Beweglichkeit ermöglichende, Durchführungen 91A bis 94A und 91B bis 94B vorgesehen, wie in 3 dargestellt, zum Durchführen entweder eines ringförmigen oberen Endes des unbeweglichen Antriebselements 51 bis 54 oder auch des beweglichen Antriebselements 41 bis 44, gegebenenfalls mit zwischengeschaltetem elastischen Ausgleichsmittel.
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Der obere Werkzeugträger 2 weist für den Taumelbetrieb, wie in 2 dargestellt, in seinem zentralen Bereich eine Halteeinrichtung 6 für das obere Umformwerkzeug auf, das in 2 ein oberes Taumelwerkzeug 4 ist, das an einem flachen Haltezylinder 61 befestigt ist, der wiederum über eine Halteplatte 60 an dem oberen Werkzeugträger 2 befestigt ist. Das untere Umformwerkzeug, das im Beispiel der 2 ein unteres Taumelwerkzeug 5 ist, ist in einer Halteeinrichtung 7 gehalten, die auf dem Taumelträger 9 in einem zentralen Bereich befestigt ist. Die Halteeinrichtung 7 umfasst ein hohlzylindrisches Aufnahmeteil 72, innerhalb dessen das untere Taumelwerkzeug 5 aufgenommen ist, einen Haltezylinder 71, auf dem das Aufnahmeteil 72 befestigt ist, und eine beispielsweise quadratische Halteplatte 70, die zwischen dem Haltezylinder 71 und dem Taumelträger 9 angeordnet ist. Der Taumelträger 9 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckig, vorzugsweise quadratisch, ausgebildet, kann aber auch eine andere Form haben.
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Durch die beschriebene Anordnung läuft zentral eine Achse A, die als Taumelachse der Taumelbewegung dient und die bevorzugt eine Eigen- oder Hauptträgheitsachse oder auch eine Rotationssymmetrieachse für die Halteeinrichtungen 6 und 7 und den Taumelträger 9 sowie das Taumellager 8 bildet.
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Der Taumelträger 9 ist zentral in dem Taumellager 8 gelagert zur taumelnden oder schwenkbaren Lagerung des Taumelträgers 9 in zwei Schwenkkoordinaten bezüglich eines zentralen Drehpunktes auf der Taumelachse A, der insbesondere dem Schnittpunkt von zwei zueinander orthogonalen Schwenkachsen und der zu beiden Schwenkachsen orthogonalen Taumelachse 8 entsprechen kann.
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Das Taumellager 8 umfasst bevorzugt ein rotationssymmetrisch zur Taumelachse A oder einer dazu in einem Schwenkwinkel stehenden Achse A' bei der Taumelbewegung ausgebildetes kugelsegmentartiges erstes Taumellagerteil 80, das eine untere sphärische Taumellagerfläche 82 aufweist, und ein korrespondierendes zweites Taumellagerteil 81 an der Lagerplatte 18, welches zweite Taumellagerteil 81 ebenfalls eine sphärische Taumellagerfläche 83 aufweist, die komplementär zur sphärischen Taumellagerfläche 82 am ersten Taumellagerteil 80 ausgebildet ist. Die beiden sphärischen Taumellagerflächen 82 und 83 sind während der Taumelbewegung aufeinander gleitend gelagert. Die Lagerplatte 18 ist über die zur Werkzeugbefestigung vorgesehenen Nuten und Schraubbohrungen des unteren Werkzeugträgers 3 an diesem befestigt.
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An den vier Ecken des quadratischen Taumelträgers 9 sind vier Befestigungsabschnitte 90 vorgesehen, an denen die beweglichen Antriebselemente 41 bis 44 der Antriebseinheiten 31 bis 34 des Taumelantriebs mit einer gewissen Schwenktoleranz gelagert sind.
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Der Taumelträger 9 weist dazu, wie besonders in 3 zu sehen, oberhalb und unterhalb jedes Befestigungsabschnitts 90 einen Einschnitt auf, in dem jeweils ein kugelsegmentartiger Kugelring 92A unten und 92B oben auf den Befestigungsabschnitten 90 jeweils mit einer Flachseite aufliegen. Auf der vom Befestigungsabschnitt 90 abgewandten sphärischen Lagerfläche 94A des Kugelrings 92A und 94B des Kugelrings 92B liegt eine komplementär ausgebildete sphärische Lagerfläche 93A bzw. 93B eines Lagerrings 91A bzw. 91B auf. Auf dem oberen Lagerring 91B liegt wiederum ein Bund eines Schraubbolzens 95 auf.
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Am oberen stirnseitigen Ende des beweglichen Antriebselements 44 und auch der anderen Antriebselemente 41 bis 43 ist jeweils stirnseitig eine zentrale Gewindebohrung 55, insbesondere eine Gewindesacklochbohrung, vorgesehen, in der der Schraubbolzen 95 mit einem Bolzengewindeteil 105 verschraubt oder verschraubbar ist.
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Zu den Lagerringen 91A und 92A sowie 92B und 91B sowie dem Befestigungsabschnitt 90 weist der jeweils durch zentrale Öffnungen oder Löcher in diesen geführte Schraubbolzen 95 dagegen ein Spiel auf, das durch einen Spalt 56 gebildet ist. Unterhalb des unteren Lagerrings 91A ist ein weiterer Lagerring 97 vorgesehen, der auf dem stirnseitigen oberen Ende des beweglichen Antriebselements 44 mit einer ebenen ringförmigen Auflagefläche aufliegt. Außen weist der Lagerring 97 eine sphärische Lagerfläche 98 auf, die auf einer komplementären sphärischen Lagerfläche 99 eines Lagerteils 96 gleitend aufliegt, welches Lagerteil 96 wiederum innen an dem Taumelträger 9 befestigt ist. Über die verschiedenen sphärischen Lagerflächen 93A und 94A sowie 93B sowie 94B sowie 98 und 99, die ein Koppellager zum mechanischen Koppeln von Antriebelementen 41 bis 44 an den Taumelträger 9 bilden und angepasst an die jeweiligen Radien eine gleiche Schwenkbewegung erlauben, ist das bewegliche Antriebselement 44 mit einer gewissen Schwenktoleranz oder einem Schwenkspiel an dem Taumelträger 9 befestigt, so dass die Taumelbewegung des Taumelträgers 9 in der Abweichung von der linearen Bewegung der Antriebseinheiten ausgeglichen werden kann. In einer horizontalen Stellung des Taumelträgers 9, bei der der Taumelträger 9 senkrecht zur zentralen Taumelachse A gerichtet ist, sind auch die zentralen Achsen B, dargestellt in 3, der Antriebseinheiten 34 parallel zueinander und zu der zentralen Taumelachse A.
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Die Anordnung oder Ankopplung der Antriebseinheiten 31 bis 34 des Taumelantriebs 30 an den Ecken des Taumelträgers 9 ermöglicht größere Momente oder Hebel bei gleicher linearer Auslenkung oder umgekehrt gleiche Momente bei kleinerer Auslenkung der beweglichen Antriebselemente 41 bis 44.
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Die für den Taumelbetrieb vorgesehenen Komponenten der in den 1 und 2 dargestellten Taumeleinheit mit Ausnahme des Taumelantriebs sind durch Lösen der Halteeinrichtung 6, insbesondere deren Halteplatte 60, vom oberen Werkzeugträger 2, und durch Lösen der Lagerplatte 18 vom unteren Werkzeugträger 3 sowie durch Lösen der Schraubbolzen 95 aus den Antriebselementen 41 bis 44 aus der Umformmaschine oder Vorrichtung 1 herausnehmbar oder demontierbar und durch ”normale” Presswerkzeuge für einen Pressbetrieb ersetzbar.
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Die Antriebseinheiten 31 bis 34 bleiben dagegen am Gestell 13 befestigt und werden nicht demontiert. Diese Anordnung der Antriebseinheiten 31 bis 34 des Taumelantriebs außerhalb der Außenabmessungen des Stößels 10 und damit des Arbeitsbereiches der Umformmaschine 1 am Gestell 13 hat den Vorteil einer größeren Baufreiheit und dass bei der Demontage oder Montage der Taumelkomponenten 6 bis 9 keine hydraulischen oder elektrischen Anschlüsse unterbrochen oder wiederhergestellt werden müssen.
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In vielen Taumelbearbeitungen werden durch eine phasenverschobene, beispielsweise sinusartige, Ansteuerung der Antriebseinheiten 31 bis 34, so dass diese mit einer vorgegebenen Phasenverschiebung den Taumelträger 9 an seinen Ecken oder seinen Befestigungsabschnitten 90 jeweils heben und senken, wellenartige oder kreisende Bewegungen des Taumelträgers 9, insbesondere eine erzwungene Nutation und/oder Präzession des Taumelträgers 9 als eine Art Kreisel. Dabei entstehen nun aber Drehmomente und Verdrehkräfte auf die Koppellager und die Antriebseinheiten 31 bis 34 und damit auf den Taumelträger 9, die wiederum Ungenauigkeiten bei der Taumelbearbeitung zeitigen.
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Um einer solchen Verdrehung entgegenzuwirken, wird nun gemäß der Erfindung in dem Taumellager 8 eine Drehmomentkompensationseinrichtung (oder: Verdrehsicherungseinrichtung) 89 eingebaut und damit ein verdrehsicheres Taumellager 8 vorgesehen.
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Die 4 bis 13 zeigen nun Ausführungsbeispiele für solche verdrehsicheren Taumellager 8. In einem zentralen Bereich um die Taumelachse A ist zwischen dem ersten Taumellagerteil 80 und dem zweiten Taumellagerteil 81 die Drehmomentkompensationseinrichtung 89 angeordnet. Im Bereich außerhalb der Drehmomentkompensationseinrichtung 89 das erste Taumellagerteil 80 und das zweite Taumellagerteil 81 über ihre korrespondierenden sphärischen Taumellagerflächen 82 und 83 gleitend und in zwei Schwenkkoordinaten oder wie bei einem Kugelgelenk schwenkbar gelagert.
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Die Drehmomentkompensationseinrichtung 89 umfasst eine zentrale Lagerscheibe 86, einen Lagerbolzen 84, eine Nut 120 in dem ersten Taumellagerteil 80 sowie ein Lagerzwischenteil 88.
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Der Lagerbolzen (oder: Lagerzylinder) 84 ist als länglicher Kreiszylinder ausgebildet mit einer in Längsrichtung entlang einer Längsachse LA gemessenen Länge I1 und einem senkrecht dazu gemessenen Durchmesser d1, also einem (Krümmungs-)Radius d1/2 sowie einer Außenfläche oder Mantelfläche 84A. Der Lagerbolzen 84 weist mehrere, beispielsweise vier, Durchgangslöcher 185 zum Durchführen von Schrauben 184 mit, insbesondere versenkten, Schraubenköpfen und nicht näher bezeichneten Unterlagsringen auf, die insbesondere symmetrisch und/oder in gleicher Zahl zu einer bei I1/2 angeordneten Mittelebene des Lagerbolzens 84, z. B. zwei in jeder Hälfte, angeordnet sind.
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Das Lagerzwischenteil 88 ist als längliches flaches Teil, insbesondere stangenförmig oder hebelarmförmig, mit zwei voneinander abgewandten Flachseiten 88A und 88B und einer in Längsrichtung gemessenen Länge I3, einer Breite b3 sowie einer Höhe h3 als Abstand zwischen den Flachseiten 88A und 88B ausgebildet, wobei die Längsseitenwände senkrecht zu den Flachseiten 88A und 88B gerichtet sind. An den in Längsrichtung gesehenen Längsenden ist das Lagerzwischenteil 88 im dargestellten Ausführungsbeispiel abgerundet, beispielsweise um ein Standardteil einer Passfeder verwenden zu können.
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Schließlich weist das Lagerzwischenteil 88 wenigstens ein, insbesondere zentrales, Durchgangsloch 190 auf zum Durchführen einer zugehörigen Schraube 189 in einer versenkten Ausführung, wieder mit Unterlagsring.
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Die Lagerscheibe 86 ist in der Grundform als flacher Kreiszylinder mit einem Durchmesser d2 und einer Höhe h2 ausgebildet und weist eine obere kreisförmige Flachseite 86A und eine untere kreisförmige Flachseite 86B auf, die um die Höhe h2 beabstandet und zueinander parallel sind und beide den Durchmesser d2 aufweisen.
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An der oberen Flachseite 86A der Lagerscheibe 86 ist eine über den gesamten Durchmesser d2 mittig oder durch den Mittelpunkt der Flachseite 86A verlaufende und damit an den Enden nach außen offene erste Nut 85 vorgesehen, die zur Aufnahme des Lagerbolzens 84 in Längsrichtung dient und deshalb diesem in der Gestalt, insbesondere in ihrer konkaven Krümmung an die konvexe Krümmung des Lagerbolzens 84, angepasst ist. Die erste Nut 85 ist insbesondere als Teil eines länglichen Hohlzylinders ausgebildet, hat also einen kreisscheibensegmentförmigen Querschnitt, wobei der Krümmungsradius der ersten Nut 85 dem Radius d1/2 des Lagerbolzens 84 entspricht. Bei in der ersten Nut 85 aufgenommenem oder eingesetzten Lagerbolzen 84 kommt die zylindrische Mantelfläche 84A des Lagerbolzens 84 auf der zylindrischen Innenfläche der ersten Nut 85 aufgrund des gleichen Radius d1/2 flächig zur Anlage und ist dadurch flächig abgestützt. Die Lagerscheibe 86 weist außerdem in der ersten Nut 85 Gewindelöcher 187 auf, in die zur Befestigung des Lagerbolzens 84 mit der Lagerscheibe 86 die durch die jeweiligen Durchgangslöcher 185 im Lagerbolzen 84 durchgeführten Schrauben 184 mit ihren Außengewinden eingedreht werden.
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An der unteren kreisförmigen Flachseite 86B der Lagerscheibe 86 ist eine über den gesamten Durchmesser d2 der Lagerscheibe 86 mittig oder durch den Mittelpunkt der Flachseite 86B verlaufende und damit an den Enden nach außen offene zweite Nut 87 vorgesehen. Diese zweite Nut 87 dient zur Aufnahme des Lagerzwischenteils 88 und ist deshalb in der Form an die Form des Lagerzwischenteils 88 angepasst, insbesondere mit einem an die Flachseite 88A des Lagerzwischenteils 88 angepassten flachen Nutgrund 87A und mit an die flachen Längsseitenwände 88C des Lagerzwischenteils 88 angepassten flachen Nutlängsseitenwänden 87B, die einander zugewandt und um die Nutbreite b2 voneinander beabstandet sind, versehen.
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Das Lagerzwischenteil 88 ist in seiner Längsrichtung axial in der offenen Nut 87 verschieblich oder beweglich. Dabei liegen die Längsseitenwände 88C des Lagerzwischenteils 88 an den zugehörigen Nutlängsseitenwänden 87B an und gleiten auf diesen. Zwischen der Flachseite 88A des Lagerzwischenteils 88 und dem Nutgrund 87A ist dagegen normalerweise ein Spiel oder kleiner Spalt gelassen oder vorgesehen.
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Die beiden Nuten 85 und 87 in den voneinander abgewandten Flachseiten 86A und 86B der Lagerscheibe verlaufen nun orthogonal zueinander oder kreuzen sich in einer Projektion senkrecht zu den Flachseiten 86A und 86B in dem Mittelpunkt oder zentralen Bereich der Lagerscheibe 86.
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Die Nut 120 in dem ersten Taumellagerteil 80 verläuft linear über die sphärische, als Taumellagerfläche 82 dienende Außenfläche des ersten Taumellagerteils 80 und hat deshalb eine veränderliche Nuttiefe, die nach außen geringer wird.
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Die Nut 120 weist einen Nutgrund 120A und zwei einander zugewandte Nutlängsseitenwände 120B auf. Im Querschnitt hat die Nut 120 beispielsweise eine in der Tiefe veränderliche annähernd rechteckige Gestalt. Die Nutbreite b1 der Nut 120, die dem Abstand der beiden Nutlängsseitenwände 120B entspricht, ist dem Durchmesser d1 des Lagerbolzens 84 angepasst, insbesondere gleich oder nur geringfügig größer als der Durchmesser d1. Dadurch liegt der in die Nut 120 eingeführte oder in der Nut 120 laufende Lagerbolzen 84 mit seiner zylindrischen Außenfläche oder Mantelfläche 84A an beiden Nutlängsseitenwänden 120B der Nut 120 linienförmig an und gleitet in der Nut 120 bei der Schwenkbewegung in einer Schwenkkoordinate in einer die Längsachse des Lagerbolzens 84 enthaltenden Ebene. Bei einer Schwenkbewegung senkrecht dazu dreht sich der Lagerbolzen 84 relativ zur oder in der Nut 120.
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Vom Nutgrund 120A hat der Lagerbolzen 84 dagegen einen Tiefenabstand Δt, so dass der Lagerbolzen 84 axial zu seiner Längsachse LA, die parallel zu den Nutlängsseitenwänden 120B der Nut 120 verläuft, während der zulässigen Schwenkbewegung nicht am Nutgrund 120A anschlägt oder die Schwenkbewegung durch ein solches Anschlagen begrenzt wird. Diese Lagerung des Lagerbolzens 84 in der Nut 120 wird nachfolgend noch anhand der 10 bis 13 weiter erläutert.
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Die konkave untere sphärische Taumellagerfläche 83 ist an einer Erhöhung 280 an der Lagerplatte 18 ausgebildet und weist eine zentrale kreisförmige Ausnehmung 186 mit einem Durchmesser d zur Aufnahme der Lagerscheibe 86 auf, so dass eine kraterähnliche Form entsteht. Am Boden der Ausnehmung 186 ist eine zentral über den gesamten Durchmesser d verlaufende Nut 188 ausgebildet zur formschlüssigen Aufnahme des Lagerzwischenteils 88. In der Mitte, im Schnittpunkt mit der Taumelachse A, ist ein Gewindeloch 190 vorgesehen, in das die durch das Durchgangsloch 190 im Lagerzwischenteil 88 geführte Schraube 189 mit ihrem Gewinde eingeschraubt oder eingedreht wird zur Befestigung des Lagerzwischenteil 88 an der Lagerplatte 18 in der Nut 190.
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Der Durchmesser d der Ausnehmung 186 ist größer als der Durchmesser d2 der Lagerscheibe 86. Der Unterschied d – d2 zwischen dem Durchmesser d der Ausnehmung 186 und dem Durchmesser d2 der Lagerscheibe 86 limitiert die axiale Relativbewegung der Lagerscheibe 86 zum Lagerzwischenteil 88. Die Lagerscheibe 86 ist nämlich relativ zum in der Nut 188 befestigten und axial fixierten Lagerzwischenteil 88 mit ihrer offenen Nut 87 auf dem Lagerzwischenteil 88 und dem Grund der Ausnehmung 186 axial oder linear beweglich oder verschieblich und wird durch die zylindrische Innenfläche der Ausnehmung 186 in beide axiale Richtungen anschlagsbegrenzt. Durch dieses Verschieben der Lagerscheibe 86 mit dem aufgeschraubten Lagerbolzen 84 relativ in der Nut 120 des ersten Taumellagerteils 80 schwenkt sich das erste Taumellagerteil 80 und dadurch dreht sich der Lagerbolzen 84 in der Nut 120 in einer Achse parallel zur Längsachse LA.
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Damit ist die Einheit aus Lagerbolzen 84, Lagerscheibe 86 und Lagerzwischenteil 88 an der Lagerplatte 18 fixiert und bildet durch die Kreuznuten 85 und 87 eine Verdrehsicherung oder die Drehmomentkompensationseinrichtung 89, durch die zentral die Taumelachse A verläuft.
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Zugleich bleibt aber die Schwenkbarkeit der beiden Taumellagerteile 80 und 81 gegeneinander erhalten, da die Lagerung des Lagerbolzens 84 in der Nut 120 und auch die axial verschiebliche Lagerung des Lagerzwischenteils 88 in der Nut 87 weiterhin die Relativbewegung in zwei zueinander senkrechten oder linear unabhängigen Schwenkkoordinaten zulässt. In 10 und 11 ist eine Verschwenkung der beiden Taumellagerteile 80 und 81 gegeneinander um eine erste Schwenkachse S1 gezeigt. Die Mittelachse A' des Taumellagers 8, die in der unverschwenkten Ausgangslage gemäß 7 bis 9 mit der Taumelachse A zusammenfiel, ist nun um einen ersten Schwenkwinkel α1 in einer senkrecht zur erste Schwenkachse S1 gerichteten Schwenkebene gegen die vertikale Taumelachse A geschwenkt oder geneigt.
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Um diesen ersten Schwenkwinkel α1 hat sich auch der Lagerbolzen 84 relativ zu den Nutlängsseitenwänden 120B gedreht, liegt aber weiter von innen an diesen in linienförmiger Anlage an.
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Gleichzeitig wurde der Lagerbolzen 84 translatorisch von der geschwenkten Nut 120 senkrecht zur von der Taumelachse A und der ersten Schwenkachse S1 aufgespannten Ebene bewegt und seine Längsachse LA, die die Mittelachse A' schneidet, ist um einen Verschiebeweg zu der Taumelachse A beabstandet. Diese translatorische Bewegung des Lagerbolzens 84 bei der Schwenkbewegung um die erste Schwenkachse S1 wird ermöglicht durch das in der Nut 87 axial verschiebliche Lagerzwischenteil 88. Die Lagerscheibe 86 hat sich also gegenüber dem Lagerzwischenteil 88 axial oder linear senkrecht zur Schwenkachse S1 und parallel zur Schwenkachse S2 in der Ausnehmung 186 verschoben, wie in 11 zu erkennen.
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Ein zu 11 senkrechter Schnitt durch 10 ist nicht dargestellt, entspräche aber im Wesentlichen der zentralen Stellung der 8.
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In 12 und 13 ist eine Schwenkbewegung der beiden Taumellagerteile 80 und 81 gegeneinander um eine zweite Schwenkachse S2 um einen zweiten Schwenkwinkel α2 gezeigt. Die zweite Schwenkachse S2 ist orthogonal zur ersten Schwenkachse S1 gerichtet, der erste Schwenkwinkel α1 und der zweite Schwenkwinkel α2 bilden linear unabhängige oder zueinander orthogonale Schwenkkoordinaten.
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Die Mittelachse A' des Taumellagers 8 ist nun um den zweiten Schwenkwinkel α2 in einer senkrecht zur zweiten Schwenkachse S1 gerichteten Schwenkebene gegen die vertikale Taumelachse A geschwenkt oder geneigt.
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Um diesen zweiten Schwenkwinkel α2 ist nun auch die Längsachse LA des Lagerbolzens 84 relativ zu der Nut 120 gekippt, jedoch liegt der Lagerbolzen 84 weiterhin nicht an dem Nutgrund 120A an, hat also noch ein gewisses Spiel oder einen gewissen Tiefenabstand Δt zum Nutgrund 120A. Seitlich liegt der Lagerbolzen 84 mit seiner Mantelfläche 84A aber weiter von innen an den Nutlängsseitenwänden 120B an in einer nicht dargestellten, aber mit 9 vergleichbaren zentralen Lage. Ebenso bleibt auch das Lagerzwischenteil 88 in seiner Nut 87 (und natürlich auch in der Nut 188) formschlüssig gehalten und bewegt sich bei der Schwenkung um die zweite Schwenkachse S2 nicht mit in der Nut 87, sondern wirkt Drehmomenten entgegen.
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Somit liegt einerseits in jeder Schwenkstellung, sei es nach einer Schwenkbewegung um die erste Schwenkachse S1 um den ersten Schwenkwinkel α1 oder nach einer Schwenkbewegung um die zweite Schwenkachse S2 um den zweiten Schwenkwinkel α2, sei es nach einer aus diesen beiden zueinander orthogonalen Schwenkbewegungen zusammengesetzten (superponierten) Schwenkbewegung, immer sowohl der Lagerbolzen 84 mit seiner Mantelfläche 84A an den zugehörigen Nutlängsseitenwänden 120B an als auch das Lagerzwischenteil 88 mit seinen Längsseitenwänden 88C an den zugehörigen Nutseitenwänden 87B an. Diese formschlüssige Anlage in zwei zueinander senkrechten Richtungen bewirkt die Verdrehsicherung der Drehmomentkompensationseinrichtung 89.
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An der Oberseite des ersten Taumellagerteils 80 ist zentral eine kreisförmige Ausnehmung 180 vorgesehen und eine Anordnung von die Ausnehmung 180 konzentrisch umgebenden Gewindelöchern 181 zum Befestigen des in 5 bis 9 nicht dargestellten Taumelträgers 9 auf der Oberseite des ersten Taumellagerteils 80 mittels in 2, nicht aber in 5 bis 9 dargestellter Schrauben 184, wobei in die Ausnehmung 180 ein scheibenförmige Zwischenteil 182 formschlüssig angeordnet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- oberer Werkzeugträger
- 3
- unterer Werkzeugträger
- 4
- oberes Taumelwerkzeug
- 5
- unteres Taumelwerkzeug
- 6
- Halteeinrichtung
- 7
- Halteeinrichtung
- 8
- Taumellager
- 9
- Taumelträger
- 10
- Stößel
- 11
- Stößelantriebseinheit
- 12
- Sockel
- 13
- Gestell
- 14
- Bodenplatte
- 15
- Gestellfüße
- 16
- Gestellrahmen
- 17
- Lagerhalterung
- 18
- Lagerplatte
- 21, 22
- Stößelführung
- 30
- Taumelantrieb
- 31 bis 34
- Antriebseinheit
- 41 bis 44
- bewegliche Antriebselemente
- 51 bis 54
- ortsfeste Antriebselemente
- 55
- Bohrung
- 56
- Spalt
- 60
- Halteplatte
- 61
- Haltezylinder
- 70
- Halteplatte
- 71
- Haltezylinder
- 72
- Aufnahmeteil
- 80
- Taumellagerteil
- 81
- Taumellagerteil
- 82, 83
- sphärische Taumellagerfläche
- 84
- Lagerbolzen
- 84A
- Mantelfläche
- 85
- erste Nut
- 86
- Lagerscheibe
- 86A
- obere Flachseite
- 86B
- untere Flachseite
- 87
- zweite Nut
- 87A
- Nutgrund
- 87B
- Nutlängsseitenwand
- 88
- Lagerzwischenteil
- 88A, 88B
- Flachseite
- 88C
- Längsseitenwand
- 89
- Drehmomentkompensationseinrichtung
- 90
- Befestigungsabschnitt
- 91 bis 94
- Befestigungseinheit
- 91A, 91B
- Lagerring
- 92A, 92B
- Kugelring
- 93A, 93B
- sphärische Lagerfläche
- 94A, 94B
- sphärische Lagerfläche
- 95
- Schraubbolzen
- 96
- Lagerteil
- 97
- Lagerring
- 98, 99
- sphärische Lagerfläche
- 105
- Bolzengewindeteil
- 120
- Nut
- 120A
- Nutgrund
- 120B
- Nutlängsseitenwand
- 180
- Ausnehmung
- 181
- Gewindelöcher
- 182
- Zwischenteil
- 184
- Schrauben
- 185
- Durchgangslöcher
- 186
- Ausnehmung
- 187
- Gewindelöcher
- 188
- Nut
- 189
- Schraube
- 190
- Durchgangsloch
- 191
- Gewindeloch
- 280
- Erhöhung
- A
- Taumelachse
- A'
- Mittelachse
- B
- Achse der Antriebseinheit
- LA
- Längsachse
- S1
- erste Schwenkachse
- S2
- zweite Schwenkachse
- α1
- erste Schwenkwinkel
- α2
- zweiter Schwenkwinkel
- W
- Werkstück
- d, d1, d2
- Durchmesser
- I1, I3
- Länge
- b1
- Nutbreite
- b2
- Nutbreite
- Δt
- Tiefenabstand
- b3
- Breite
- h2, h3
- Höhe
