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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug und ein Verfahren zum Aufbringen kleiner Schlagimpulse gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 11 sowie einen Antrieb eines solchen Werkzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 12.
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Derartige Werkzeuge sind seit geraumer Zeit bekannt und dienen in aller Regel zum Gravieren von Blechen und anderen Gegenständen, die mittels eines Schlagmittels, wie beispielsweise eines Hammers, verformt und auf diese Weise graviert werden können.
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Ein wichtiger Punkt im Hinblick auf derartige Werkzeuge besteht darin, dass diese praktischerweise in übliche Aufnahmemittel von Werkzeugmaschinen integrierbar sein sollten.
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So ist beispielsweise aus der
DE 20 2009 001 619 U1 ein Werkzeug zur Erzeugung von Gravurmustern bekannt, wobei das Werkzeug Befestigungsmittel umfasst, die dazu geeignet sind, in einem Aufnahmemittel einer herkömmlichen Werkzeugmaschine aufgenommen zu werden. Das in der
DE 20 2009 001 619 U1 dargestellte Werkzeug hat allerdings den Nachteil, dass dieses mit Druckluft angetrieben wird. Somit ist der Einsatz dieses Werkzeugs auf solche Werkzeugmaschinen beschränkt, die ausreichend Druckluft zur Verfügung stellen können, was jedoch bei vielen Werkzeugmaschinen nicht oder in nicht ausreichendem Maße der Fall ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug sowie ein Verfahren zum Aufbringen kleiner Schlagimpulse und einen Antrieb zum Betrieb eines solchen Werkzeugs unter Vermeidung oben genannter Nachteile zur Verfügung zu stellen, wobei das Werkzeug mit einem alternativen Antriebsmedium angetrieben wird, das bei möglichst vielen, vorzugsweise allen Werkzeugmaschinen zur Verfügung steht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug zum Aufbringen kleiner Schlagimpulse gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Aufbringen kleiner Schlagimpulse gemäß Patentanspruch 11 und die Verwendung eines Antriebs zum Betrieb eines solchen Werkzeugs gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
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Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Werkzeug zum Aufbringen kleiner Schlagimpulse auf eine Oberfläche eines Werkstücks und zur Aufnahme in übliche Aufnahmemittel von Werkzeugmaschinen, denen jeweils ein Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf zugeordnet ist, gelöst, wobei das Werkzeug ein Schlagorgan aufweist, welches mit Hilfe des Kühl- und/oder Schmiermittelkreislaufs oszillierend antreibbar ist.
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Ein wesentlicher Vorteil eines solchen erfindungsgemäßen Werkzeugs besteht darin, dass sehr viele, wenn nicht alle Werkzeugmaschinen, mit welchen ein Schlagorgan betrieben werden kann, einen Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf aufweisen, der in erfindungsgemäßer, äußerst vorteilhafter Weise als Antriebsmittel für das Schlagorgan selbst nutzbar gemacht werden kann und somit kein externes Antriebsmittel, wie beispielsweise vorgenannte Druckluft, zum Betreiben des Schlagwerkzeugs notwendig ist.
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Somit kann das erfindungsgemäße Werkzeug auf äußerst einfache Weise mit vielfältigen Werkzeugmaschinen mit einer entsprechenden Aufnahme für das Werkzeug eingesetzt werden, ohne dass zusätzliche Antriebsmittel notwendig sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird zu diesem Zweck eine Turbine in dem vorzugsweise vorhandenen Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf der Werkzeugmaschine eingefügt, wobei die Turbine durch das Kühl- und/oder Schmiermittel angetrieben wird und ihrerseits als Antrieb für das erfindungsgemäße Werkzeug und speziell für das in oder an diesem Werkzeug angeordnete Schlagorgan dient.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Turbine hierbei in das erfindungsgemäße Werkzeug integriert, wobei das Werkzeug zumindest einen Anschlussstutzen aufweist, der über einen Schlauch mit dem Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf der Werkzeugmaschine verbindbar ist.
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Eine derartige Ausführungsform weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass das erfindungsgemäße Werkzeug auf einfache Weise an den Kühl- und/oder Schmiermittelkreislauf der Werkzeugmaschine anschließbar ist, wobei unter Umständen an der Werkzeugmaschine vorhandene Ein- und/oder Auslässe für das Kühl- und/oder Schmiermittel funktionell verwendbar sind.
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Des Weiteren ist an dem erfindungsgemäßen Werkzeug ein Übertragungsmechanismus vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, eine Drehbewegung der Turbine bzw. deren Welle auf eine oszillierende Bewegung eines Übertragungselements umzusetzen. Das Übertragungselement kann hierzu erfindungsgemäß einen Hohl zylinder umfassen, in dem ein Kolben axial verschieblich gelagert ist, wobei der Kolben bei Anregung durch die Oszillationsbewegung des Hohlzylinders periodisch auf das Schlagorgan des erfindungsgemäßen Werkzeugs einwirkt.
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Erfindungsgemäß ist zwischen dem Kolben und dem Hohlzylinder in axialer Richtung ein elastisch wirkendes Element vorgesehen, das kompressibel ausgebildet ist. Das elastisch wirksame Element kann hierbei beispielsweise als Feder oder bevorzugt als Luftkissen ausgebildet sein, das eine Wirkverbindung zwischen Hohlzylinder und Kolben darstellt. Ein solches Luftkissen ist hierbei besonders bevorzugt, da dieses einerseits Dämpfungseigenschaften aufweist und somit Lebensdauer verlängernd und Material schonend wirkt und des Weiteren einen Rückschlag aus dem Schlagorgan auf den Hohlzylinder abfedert. An dieser Stelle sei angemerkt, dass alternativ zu einem Luftkissen an dieser Stelle auch mechanische Elemente, wie beispielsweise eine Feder und/oder ein elastisches Polymer einsetzbar sind.
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Des Weiteren kann das Schlagorgan erfindungsgemäß entgegen der Schlagrichtung elastisch vorgespannt sein, beispielsweise mittels einer Feder, so dass das Schlagorgan in Ruhestellung gegen den Kolben gedrängt wird und sich mit diesem in Anlage befindet. Dies hat den erfindungsgemäßen Vorteil, dass eine Bewegung des Schlagorgans mittels des Übertragungselements exakt gesteuert werden kann, so dass das erfindungsgemäße Werkzeug spielfrei betreibbar ist. Letzteres bringt ferner den Vorteil mit sich, dass unnötige Schläge zwischen Kolben und Schlagorgan vermieden werden, durch die sowohl der Kolben als auch das Schlagorgan geschädigt werden könnten, da sich das Schlagorgan durch die Wirkung der Feder in Anlage an dem Kolben befindet.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der der Hohlzylinder zum Antrieb, respektive zur Erzeugung der Oszillationsbewegung des Hohlzylinders und damit auch des Schlagorgans eine sich quer zur Axialrichtung erstreckende schlitzartige Ausnehmung, respektive Aufnehmung, in die ein an der Turbinenwelle exzentrisch gelagerter Vorsprung, insbesondere ein Bolzen, derart in die Ausnehmung des Hohlzylinders eingreift, dass bei einer Drehung der Turbinenwelle der Hohlzylinder in axialer Richtung um den Betrag der Exzentrizität zwischen der Turbinenwelle und dem exzentrisch gelagerten Vorsprung bzw. Bolzen hin und her bewegt wird. Zu diesem Zweck ist die Turbinenwelle sowie der an deren Ende befindliche Vorsprung im Wesentlichen senkrecht zu der Ausnehmung in dem Hohlzylinder angeordnet. Der Vorsprung, insbesondere Bolzen, ist hierbei in der Ausnehmung gelagert, wobei beispielsweise ein Wälzlager zum Einsatz kommen kann. Dreht sich nunmehr die Turbinenwelle, so wird der exzentrisch gelagerte Vorsprung in der Ausnehmung des Hohlzylinders in einer Kreisbahn bewegt, wobei der Hohlzylinder, der Kreisbahn des Bolzen folgend, eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung, je nach der jeweiligen Stellung des Bolzens in dem Hohlzylinder, vollführt. Die Turbinenwelle selbst wird ihrerseits, wie vorerwähnt, über die Turbine und diese wiederum durch das Kühl- und/oder Schmiermittel der Werkzeugmaschine angetrieben.
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Somit nutzt das erfindungsgemäße Werkzeug in äußerst vorteilhafter Weise die in dem Kühl- und/oder Schmiermitteikreislauf der Werkzeugmaschine ohnehin vorhandenen hydrodynamischen Kräfte für einen Antrieb eines Schlagorgans aus, ohne dass zusätzliche Antriebsmittel elektrischer oder pneumatischer Natur notwendig wären, mit der Folge, dass das erfindungsgemäße Werkzeug nicht nur funktional, sondern auch in energetischer Hinsicht einfach, kostengünstig und unproblematisch mit sehr vielen Werkzeugmaschinen anwendbar ist.
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Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäß verwendete Schlagorgan variabel ausgebildet ist und an seiner dem Werkzeug zugewandten Seite beispielsweise eine Spitze oder, alternativ, eine großflächige Kontur mit glatter oder strukturierter Oberfläche aufweist. Gegebenenfalls könnte das Schlagorgan auch mit verschiedenen, ggf. austauschbaren Schlagflächen versehen sein.
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Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Aufbringen kleiner Schlagimpulse auf eine Oberfläche eines Werkstücks mittels eines Werkzeugs gemäß vorstehenden Ausführungen gelöst, wobei ein zentraler Kerngedanke der Erfindung darin besteht, dass das Werkzeug, respektive dessen Schlagorgan, mit Hilfe von Kühl- und/oder Schmiermittel eines Kühl- und/oder Schmiermittelkreislaufs der Werkzeugmaschine, in welche das Werkzeug eingespannt wird, antreibbar ist.
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Diesbezüglich sei ferner erwähnt, dass die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch die Verwendung eines Kühl- und/oder Schmiermittelkreislaufs nebst dem darin enthaltenen Kühl- und/oder Schmiermittel zum Antrieb eines Werkzeugs zum Aufbringen kleiner Schlagimpulse auf eine Oberfläche eines Werkstücks gemäß vorstehenden Ausführungen gelöst wird.
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Zusammenfassend kann somit festgehalten werden, dass der wesentliche Gedanke der Erfindung darin besteht, dass ein Flüssigkeitsstrom einer Werkzeugmaschine ein Turbinenrad in Drehbewegung versetzt, welche mechanisch, vorzugsweise mittels Kurbeltrieb oder Kurbelschleife in Oszillationsbewegung eines Hohlzylinders umgesetzt wird, welche wiederum ein pneumatisches Schlagsystem antreibt, wie es etwa von pneumatischen Hämmern bekannt ist. Das Werkzeuggehäuse ist hierzu mit einem Turbinengehäuse verbunden. Der Flüssigkeitsstrom gelangt über einen Anschlussstutzen mit Schlauchkupplung in das Turbinengehäuse, gibt Energie an das Turbinenrad ab und verlässt die Turbine nach außen.
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Die Umsetzung der Drehbewegung des Turbinenrades kann auf verschiedene Weise erfolgen, etwa über einen Kurbeltrieb oder eine Nockenwelle. Vorteilhaft erscheint hier die sog. Kurbelschleife. Hierzu besitzt die Turbinenwelle an der werkzeuginneren Stirnseite einen exzentrischen Bolzen. Dieser greift in eine Ausnehmung eines im Werkzeug axial verschieblich gelagerten Hohlzylinders ein und setzt diesen dadurch in oszillierende Bewegung.
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Im Hohlzylinder wiederum ist ein Kolben axial verschieblich gelagert, welcher im Zusammenspiel von Zylinderbewegung, Reibung, Massenträgheit, Luftdruckänderung und Dichtspalt in der von pneumatischen Hämmern bekannten Weise hochfrequente Schlagimpulse auf das innere Ende des Schlagorgans erzeugt. Dieses ist mit einer Feder vorgespannt und durch axiale Anschläge auf einen geringen Arbeitshub beschränkt. Der Rückschlag aus dem Schlagorgan wird durch ein Luftpolster zwischen Kolben und Hohlzylinder elastisch abgefangen.
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Das Schlagorgan selbst kann je nach gewünschter Eindringtiefe mit unterschiedlichen Spitzenwinkeln versehen werden.
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Ein Medium für einen solchen Flüssigkeitsstrom kann bei spanenden Werkzeugmaschinen beispielsweise der prozessbedingt in der Maschine zirkulierende Kreislauf von Kühl- und/oder Schmiermittel sein.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das anhand der Abbildungen näher erläutert wird. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeugs; und
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2 eine Explosionsdarstellung eines Werkzeugs gemäß 1.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Das Werkzeug nach diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gehäuse 1 mit einem Anschlussstutzen 2 für eine Schlauchkupplung und einem Turbinengehäuse 3. Im Turbinengehäuse 3 ist eine Turbinenwelle 5 mittels Wälzlagern 6 gelagert. Mit der Turbinenwelle 5 fest verbunden ist das Turbinenrad 4, welches durch den Flüssigkeitsstrom des Kühl-/Schmiermittels, der durch den Anschlussstutzen 2 und Bohrungen im Turbinengehäuse 3 heranströmt, in Drehbewegung versetzt wird. Der exzentrische Bolzen 5a an der Stirnseite der Turbinenwelle 5 ist mittels Wälzlagern 6 in einer Ausnehmung 12 im Hohlzylinder 7 gelagert. Die Ausnehmung 12 verläuft auf der Zeichnung senkrecht zur Zeichenebene, ist also daher nicht in ihrer Tiefenausdehnung erkennbar. Der Hohlzylinder 7 ist in einer Bohrung im Gehäuse 1 in axialer Richtung 13 verschieblich gelagert, wie in 1 mit einem Doppelpfeil angedeutet ist. Bei Drehung der Turbinenwelle wird der Hohlzylinder 7 jeweils um den Betrag der Exzentrizität zwischen der Turbinenwelle 5 und dem exzentrischen Bolzen 5a bin und her bewegt.
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In der Bohrung des Hohlzylinders 7 ist der Kolben 8 axial verschieblich gelagert. Die Oszillationsbewegung des Hohlzylinders 7 beschleunigt den Kolben über die Reibung, wobei Luftpolster 14 beidseits des Kolbens 8 die Bewegung abfedern und ein schwingendes System entsteht. Nach rechts bildet das Schlagorgan 9 einen metallischen Anschlag. Auf diese Weise entstehen Schlagimpulse in der Frequenz der Turbinendrehzahl, die zur Werkstückbearbeitung genutzt werden können. Der Hub des Schlagorgans ist durch Anschlag des teilerfömigen Endes des Schlagorgans am Gehäuse begrenzt. Im Ruhezustand wird das Schlagorgan mittels der Feder 10 ins Gehäuseinnere gedrückt.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Schlagorgan 9 mit einer Spitze 11 versehen, um damit Prägepunkte zu erzeugen, welche beispielweise ein Gravurmuster ergeben.
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2 zeigt eine Explosionszeichnung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden.
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Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Anschlussstutzen
- 3
- Turbinengehäuse
- 4
- Turbinenrad
- 5
- Turbinenwelle
- 5a
- exzentrischer Bolzen
- 6
- Wälzlager
- 7
- Hohlzylinder
- 8
- Kolben
- 9
- Schlagorgan
- 10
- Feder
- 11
- Spitze
- 12
- Ausnehmung
- 13
- axiale Richtung
- 14
- Luftpolster
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009001619 U1 [0004, 0004]
