DE10210630B4 - Punktier-Prägekopf - Google Patents

Abstract

Punktier-Prägekopf, mit einer Traghülse (3) und einem darin längs einer Bewegungsachse (12) beweglichen Teil (4), der eine Nadel (8), welche entlang der Bewegungsachse (12) durch zumindest ein Führungselement (13, 15) geführt aus der Traghülse (3) vorsteht, und zum Vorstossen der Nadel (8) eine Kraftaufnahmefläche (11) umfasst, wobei eine Rückstelleinrichtung (14) zum Rückstellen des beweglichen Teils (4) kraftwirksam zwischen der Traghülse (3) und dem beweglichen Teil (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Steuergehäuse (20) ein Drehelement (21) um eine Drehachse (21a) drehbar angeordnet und zum Erzeugen einer Drehbewegung mit einem Fluid unter Druck beaufschlagbar ist, wobei ein Zuführkanal (24) Fluid zum Drehelement (21) zuführbar macht, das Drehelement (21) um die Drehachse angeordnete Vorsprünge (23a) umfasst und die Drehbewegung des Drehelementes (21) über eine Übertragungseinrichtung Stosskräfte auf die Kraftaufnahmefläche (11) übertragbar macht.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Punktier-Prägekopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Zum Beschriften von metallischen Werkstücken, Werkzeugen oder Platten werden Vorrichtungen eingesetzt, welche die Schrift als Vertiefung im Werkstück ausbilden. Die Erfindung betrifft nun Vorrichtungen, welche die Vertiefungen nicht durch das Abheben von Material, sondern durch ein Verdichten von Material erzeugen. Diese Vorrichtungen umfassen einen Punktier-Prägekopf mit einer in Oszillation versetzten Nadel. Die Spitze der Nadel bewegt sich oszillierend, beispielsweise mit einer Frequenz von 300Hz entlang ihrer Achse vor und zurück. Der Hub der Nadelspitze kann bei 1–2mm liegen. Im Kontakt mit einer Metalloberfläche verdichtet die schwingende Nadel das Metall bei der Nadelspitze. Der Punktier-Prägekopf wird entsprechend der gewünschten Beschriftung geführt und hinterlässt dabei am Werkstück dicht aneinander gereihte Vertiefungspunkte, die aufgrund der hohen Schwingungsfrequenz als Vertiefungslinie erscheinen. Punktier-Prägeköpfe können auf allen Maschinen und Führungsvorrichtugen eingesetzt werden, welche die zur Erzeugung des gewünschten Schriftzuges benötigte Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Punktier-Prägekopf ermöglichen. Dies sind vor allem Fräsmaschinen und Drehzentren, aber auch Graviermaschinen, Linearbewegungssysteme, und Kopiervorrichtungen.
• Bei den bekannten Lösungen ist die Nadel des Punktier-Prägekopfes jeweils linear beweglich geführt und mit einer Kraftaufnahmefläche sowie einer Rückstelleinrichtung, vorzugsweise einer Rückstellfeder, verbunden. Die Kraftaufnahmefläche setzt einen von der Druckluft erzeugten Druck in eine Kraft um, die über der Rückstellkraft liegt. Dadurch wird die Nadel gegen die zu bearbeitende Fläche gepresst. Zum Rückstellen der Nadel, muss der an die Kraftaufnahmefläche anliegende Luftdruck abgebaut werden, so dass die Rückstelleinrichtung die Nadel in die Ausgangsstellung zurück bewegen kann. Um immer die gleiche Punktierfrequenz zu erzielen, schlägt die EP 0 402 754 A2 vor die Punktierfrequenz zu erfassen und entsprechend der Abweichung von einer gewünschten Frequenz den Speisedruck mit einem Druckregulierventil zu verändern.
• Es hat sich nun gezeigt, dass bei Bearbeitungsmaschinen wie etwa Fräsmaschinen und Drehzentren im Bereich der Werkzeugaufnahme häufig keine Druckluft zur Verfügung steht. Zudem sind die neuen Bearbeitungsstationen auf einen automatischen Werkzeugwechsel ausgelegt. Dieser automatische Wechsel soll auch mit einem Punktier-Prägekopf möglich sein. Wenn nun ein Punktierprägekopf aus dem Stande der Technik eingesetzt würde, so müsste auch eine Druckluftquelle bereitgestellt und insbesondere an den Punktier-Prägekopf angeschlossen werden, was meist mit einem zu hohen Aufwand verbunden ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Punktier-Prägekopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und ohne Druckluft betrieben werden kann.
• Zur Lösung der Aufgabe wird ein Punktier-Prägekopf mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 verwendet. Die abhängigen Ansprüche beschreiben alternative bzw. vorteilhafte Ausführungsvarianten.
• Beim Lösen der Aufgabe wurde in einem ersten erfinderischen Schritt erkannt, dass bei den Fräsmaschinen und Drehzentren vermehrt mit Flüssigkeit gekühlte Werkzeuge eingesetzt werden, wobei die Speisung mit Kühlflüssigkeit durch die Werkzeugaufnahme erfolgt. Weil die Kühlkanäle in den Werkzeugen kleine Querschnitte haben und zum Kühlen ein genügend grosser Kühlmittel-Durchsatz gewährleistet werden muss, erfolgt die Speisung mit Kühlflüssigkeit meist mit Förderdrucken im Bereich von 5 bis 80 bar. In einem zweiten erfinderischen Schritt wurde erkannt, dass die unter hohem Druck bereitstehende Kühlflüssigkeit anstelle der Druckluft zum Antreiben der Nadelbewegung eingesetzt werden kann. Wenn Punktier-Prägeköpfe, die mit Druckluft eingesetzt werden, mit Kühlfüssigkeit unter Druck gespiesen werden, so kann die gewünschte Nadelbewegung nicht erreicht werden.
• Die Nadel der bekannten mit Druckluft betriebenen Punktier-Prägeköpfe ist jeweils linear beweglich geführt und mit einer Kraftaufnahmefläche sowie einer Rückstelleinrichtung, vorzugsweise einer Rückstellfeder, verbunden. Die Kraftaufnahmeflä che setzt einen von der Druckluft erzeugten Druck in eine Kraft um, die über der Rückstellkraft liegt. Dadurch wird die Nadel gegen die zu bearbeitende Fläche gepresst. Zum Rückstellen der Nadel, muss der an die Kraftaufnahmefläche anliegende Luftdruck abgebaut werden, so dass die Rückstelleinrichtung die Nadel in die Ausgangsstellung zurück bewegen kann. Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Lösungen den benötigten Druckaufbau und -abbau zu erzeugen. Bei einer steuerungstechnisch aufwendigeren Lösung wird ein steuerbares Ventilsystem eingesetzt, welches den Auf- und Abbau des Druckes erzielt. Diese Lösung ist insbesondere bei der Verwendung von Kühlflüssigkeit als antreibendes Fluid zu aufwendig, weil an der Bearbeitungsmaschine oder am Werkzeugadapter ein steuerbares Ventil eingesetzt werden müsste und eine Steuerung zum Erzeugen der Druckschwankungen vorgesehen werden müsste. Nebst den Änderungen an der Maschine oder am Adapter müsste nach dem automatischen Einsetzen des Punktier-Prägekopfes ein Anschluss- oder Einschaltschritt durchgeführt werden. Bei einer im wesentlichen steuerungsfreien Lösung mit Druckluft wird der Druck einer kontinuierlichen Druckluftzuführung durch eine Druckluft-Auslassanordnung im Bereich der Nadel bei vorgestossener Nadel abgebaut. Aufgrund des Druckabbaus wird die Nadel mit der Kraftaufnahmefläche von der Rückstelleinrichtung zurückgestellt und die Auslassvorrichtung verschlossen, so dass sich erneut ein Druck aufbaut. Es hat sich nun gezeigt, dass diese passive Lösung bei der Verwendung einer unter Druck stehenden Kühlflüssigkeit nicht funktioniert. Dies liegt daran, dass die Kühlflüssigkeit im Vergleich zur Luft inkompressibel ist und daher keine Federeigenschaft hat. Aufgrund der fehlenden Federeigenschaft kann auch im Zusammenwirken mit der Rückstellfeder kein Schwingsystem entstehen.
• In einem weiteren erfinderischen Schritt wurde erkannt, dass die Antriebswirkung der Kühlflüssigkeit über ein Turbinenelement erzielt werden soll, welches von der Kühlflüssigkeit in Drehbewegung versetzbar ist. Es versteht sich von selbst, dass unter Turbinenelement jedes Drehelement verstanden werden soll, das von durchströmender Flüssigkeit in Drehbewegung versetzt wird. Es handelt sich somit im weitesten Sinne um einen hydraulischen Drehantrieb. Das Turbinenelement soll drehbar gelagert und mit einem Schaufel- oder Flügelbereich an einen Kühlmittelfluss anschliessbar sein. Die Drehbewegung des Turbinenelementes kann beispielsweise über Nocken eine linear geführte Nadel mit einer Rückstell einrichtung, vorzugsweise mit einer Rückstellfeder, in die gewünschte Schwingbewegung versetzen. Um auf eine mechanische Übertragung der Bewegung verzichten zu können, wird das Turbinenelement oder ein damit verbundenes Teil vorzugsweise als Drehventil eingesetzt, das phasenweise Kühlflüssigkeit einer Kraftaufnahmefläche der Nadel zuführt und phasenweise Kühlflüssigkeit von dieser Kraftaufnahmefläche wegführt, so dass der Druck bei der Kraftaufnahmefläche auf- und abgebaut wird und im Zusammenwirken mit der Rückstelleinrichtung eine Schwingbewegung erzielbar ist. Das heisst also, dass die Drehbewegung des Turbinenelementes über eine Übertragungseinrichtung die Schwingbewegung der Nadel erzielbar macht.
• Mit dem Turbinenelement, einer Übertragungseinrichtung, der Nadel und der Rückstelleinrichtung kann ein einfach aufgebauter Punktier-Prägekopf bereitgestellt werden, der die Schwingbewegung der Nadel ausgehend von unter Druck stehender Flüssigkeit ohne aktive Steuerung, also passiv, erzielbar macht. Eine solche Lösung ist ohne zusätzlichen Aufwand vielfältig einsetzbar, insbesondere auch an Bearbeitungsmaschinen mit automatischem Werkzeugwechsel. Es hat sich gezeigt, dass Ausführungen dieser Lösung auch mit Druckluft betrieben werden können, insbesondere wenn eine mechanischen Übertragung eingesetzt wird.
• Bei einer bevorzugten Lösung umfasst der oszillierende Teil am einen Ende die Kraftaufnahmefläche, am andern Ende die Nadelspitze und dazwischen einen Mittelbereich zum Anordnen der Rückstellfeder. Die Nadel ist im Bereich ihres freien Endes und/oder im Bereich der Kraftaufnahmefläche in einer entsprechenden Bohrung bzw. Führungshülse geführt. Durch eine gute Führung des oszillierenden Teils, vorzugsweise sowohl beim freien Nadelende als auch im Bereich der Kraftaufnahmefläche, kann gewährleistet werden, dass der oszillierende Teil bei gleichem Kühlflüssigkeits-Speisedruck im wesentlichen mit der jeweils gewünschten bzw. gleichen Frequenz schwingt. Diese Führung kann Kippbewegungen und somit ein Verklemmen der Nadel im Wesentlichen verhindern. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Führungsanordnungen so ausgebildet werden können, dass deren Führungseigenschaften genügen.
• Bei Ausführungsformen, die einen möglichst grossen Hub bereitstellen sollen, wird das Turbinenelement gegebenenfalls als Drehelement eines Hydromotors ausgebildet. Es versteht sich von selbst, dass das Turbinenelement auch als von einem Hydromotor angetriebenes Drehelement ausgebildet werden kann.
• Die Zeichnungen erläutern die erfindungsgemäße Lösung anhand eines Ausführungs- ^` beispieles. Dabei zeigt
• 1 einen Längsschnitt durch einen Punktier-Prägekopf, der in eine Werkzeugaufnahme eingesetzt ist,
• 2 ein Teilschnitt A-A gemäss 1, und
• 3 einen Schnitt durch eine mechanische Übertragungseinrichtung
• 1 zeigt einen Punktier-Prägekopf 1, der einen Steuerteil 2 und eine Traghülse 3 mit einem beweglichen Teil 4 umfasst. Der Punktier-Prägekopf 1 ist in einen Adapter 5 eingesetzt, welcher zum Befestigen des Punktier-Prägekopfes 1 an der Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsmaschine ausgebildet ist. Der bewegliche Teil 4 umfasst eine Nadel 8 und einen Abschlussteil 10 mit einer Kraftaufnahmefläche 11. Die Nadel 8 ist mit einem zylindrischen Endbereich 9 des Abschlussteiles 10 in einer ersten Führungshülse 15 geführt. Die Nadel 8 erstreckt sich entlang der Bewegungsachse 12 und wird von einer zweiten Führungshülse 13 beim Austritt aus der Traghülse 3 geführt. Durch die an den beiden Endbereichen der Nadel angeordneten Führungsbereiche kann eine optimale Geradführung der Nadelbewegung gewährleistet werden. Zwischen der zweiten Führungshülse 13 und dem Abschlussteil 10 ist in der Traghülse 3 um die Nadel 8 ein Freiraum zur Aufnahme einer Rückstellfeder 14 ausgebildet. Die Nadel 8 wird von der Rückstellfeder 14 gegen die erste Führungshülse 15 gedrückt, wobei ein Anschlagsbereich des Abschlussteiles 10 an der ersten Führungshülse 15 anliegt. Um den möglichen Hub der Nadel zu beschränken, wird gegebenenfalls an der Innenfläche der Traghülse 3 ein nicht eingezeichneter Anschlagsbereich ausgebildet, an dem der Abschlussteil 10 bei genügend weit vorgeschobener Nadel 8 ansteht. Ein solcher Anschlagsbereich würde verhindern, dass der zylindrische Endbereich 9 aus der ersten Führungshülse 15 austreten kann.
• Der Steuerteil 2 umfasst ein Steuergehäuse 20 und ein darin angeordnetes Turbinenelement 21, welches um eine Turbinenachse 21a drehbar gelagert ist. Im Steuergehäuse 20 ist eine an die Aussenform des Turbinenelementes 21 angepasste Ausnehmung ausgebildet. Für die Drehlagerung des Turbinenelement 21 sind in Achsrichtung an den beiden Endbereichen Drehlager 22 vorgesehen. Die Drehlager 22 sind vorzugsweise als Gleit- gegebenenfalls aber auch als Rolllager, insbesondere Kugellager, ausgebildet. Dabei muss das verwendete Lager mit der verwendeten Kühlflüssigkeit verträglich sein. Das Turbinenelement 21 umfasst einen in 2 dargestellten Schaufelbereich 23 mit schaufelartigen Vorsprüngen 23a, die radial vorstehen. Zu diesem Schaufelbereich 23 führen durch das Steuergehäuse 20 ein Turbinen-Zuführkanal 24 und ein Turbinen-Auslasskanal 25, so dass Kühlflüssigkeit durch den Turbinen-Zuführkanal 24 zum Schaufelbereich 23 gelangt, das Turbinenelement 21 in Drehung versetzt und durch den Turbinen-Auslasskanal 25 aus dem Steuergehäuse 20 austritt. Es versteht sich von selbst, dass die Kanalrichtungen und die Ausgestaltung der Vorsprünge 23a so gewählt werden sollten, dass die gewünschte Drehbewegung möglichst effizient erzielt wird.
• Die Drehbewegung des Turbinenelementes 21 wird über eine Übertragungseinrichtung in eine Schwingsanregung der Nadel übertragen. Die Übertragungseinrichtung umfasst dazu beispielsweise gemäss 3 zumindest einen vom Turbinenelement 21 vorstehenden Nocken 26, der bei der Drehung des Turbinenelementes 21 um die Turbinenachse 21a die Kraftaufnahmefläche 11 und damit die Nadel 8 von der Turbinenachse 21a weg stösst, wobei die Rückstellfeder 14 die Kraftaufnahmefläche 11 gegen den Nocken 26 drückt. Es versteht sich von selbst, dass pro Umdrehung des Turbinenelementes 23 auch mehr als ein Hub vorgesehen werden kann. Dazu müsste am Umfang des Turbinenelementes 23 mehr als ein vorstehender Nocken ausgebildet werden. Durch die Wahl der Nockenform und/oder durch das Einsetzen von Federelementen kann gewährleistet werden, dass das Turbinenelement 21 mit dem mindestens einen Nocken ohne unnötig hohen Anlaufwiderstand in Drehung versetzt werden kann.
• Um auf eine mechanische Übertragung der Bewegung verzichten zu können, wird das Turbinenelement 21 gemäss 1 vorzugsweise als Drehventil eingesetzt, das der Kraftaufnahmefläche 11 phasenweise unter Druck Kühlflüssigkeit zuführt und phasenweise Kühlflüssigkeit von dieser Kraftaufnahmefläche wegführt, so dass der Druck bei der Kraftaufnahmefläche auf- und abgebaut wird und im Zusammenwirken mit der Rückstelleinrichtung eine Schwingbewegung erzielbar ist. Um diese Ventilfunktion zu ermöglichen, wird im Turbinenelement 21 beispielsweise zumindest eine Bohrung 27 schief zur Turbinenachse 21a ausgebildet, so dass deren Ein- bzw. Austrittsöffnungen nach einer Drehung des Turbinenelementes 21 um 180° so versetzt sind, dass zwei verschiedene Anschlusssituationen entstehen. In der einen Anschlusssituation – ausgezogene Linien – schliesst die Bohrung 27 an einen Ventil-Zuführkanal 28 an, welcher einen Teilstrom der Kühlfüssigkeit von einem Speisekanal 29 weiterleitet. In der anderen Anschlusssituation – strichpunktierte Linien – schliesst die Bohrung 27 an einen Ventil-Auslasskanal 30 an, durch den die Flüssigkeit aus dem Steuergehäuse 20 austreten kann. In beiden Anschlusssituationen schliesst die Bohrung 27 auch an einen der Kraftaufnahmefläche 11 zugeordneten Hohlraum 31 an. Es versteht sich von selbst, dass das alternierende Zu- und Wegführen von Flüssigkeit auch mit anderen Bohrungen und Zuführ- sowie Auslasskanälen erzielbar ist. Insbesondere können anstelle von Bohrungen auch Ausfräsungen vorgesehen werden. Mit den Bohrungen und/oder Ausfräsungen werden Steuerkanäle bereitgestellt, welche die gewünschte Ventilfunktion gewährleisten.
• Der Speisekanal 29 wird beim Einsetzen des Punktier-Prägekopfes 1 in den Adapter 5 mit einer Zuführleitung 6 für Kühlflüssigkeit in Verbindung gebracht. Um ein Austreten von Kühlflüssigkeit zwischen dem Adapter 5 und dem Punktier-Prägekopf 1 zu verhindern, wird vorzugsweise eine Dichtungsanordnung, insbesondere ein in einer Nut angeordneter Dichtungsring 32, eingesetzt. Die Zuführleitung 6 des Adapters 5 wird von der Werkzeugaufnahme der Bearbeitungsmaschine mit Flüssigkeit unter Druck gespiesen.

Claims (6)

1. Punktier-Prägekopf, mit einer Traghülse (3) und einem darin längs einer Bewegungsachse (12) beweglichen Teil (4), der eine Nadel (8), welche entlang der Bewegungsachse (12) durch zumindest ein Führungselement (13, 15) geführt aus der Traghülse (3) vorsteht, und zum Vorstossen der Nadel (8) eine Kraftaufnahmefläche (11) umfasst, wobei eine Rückstelleinrichtung (14) zum Rückstellen des beweglichen Teils (4) kraftwirksam zwischen der Traghülse (3) und dem beweglichen Teil (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Steuergehäuse (20) ein Drehelement (21) um eine Drehachse (21a) drehbar angeordnet und zum Erzeugen einer Drehbewegung mit einem Fluid unter Druck beaufschlagbar ist, wobei ein Zuführkanal (24) Fluid zum Drehelement (21) zuführbar macht, das Drehelement (21) um die Drehachse angeordnete Vorsprünge (23a) umfasst und die Drehbewegung des Drehelementes (21) über eine Übertragungseinrichtung Stosskräfte auf die Kraftaufnahmefläche (11) übertragbar macht.
2. Punktier-Prägekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (21) als Turbinenelement mit einen Schaufelbereich (23) mit radial vorstehenden Vorsprüngen (23a) ausgebildet ist.
3. Punktier-Prägekopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Drehlagerung des Drehelementes (21) in Achsrichtung an den beiden Endbereichen Drehlager (22) angeordnet sind, die vorzugsweise als Gleitlager, gegebenenfalls aber auch als Rolllager, insbesondere Kugellager, ausgebildet sind.
4. Punktier-Prägekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung ein am Drehelement (21) angeordnetes Drehventil umfasst, das der Kraftaufnahmefläche (11) phasenweise Fluid unter Druck zuführt und phasenweise Fluid von dieser Kraftaufnahmefläche (11) wegführt, so dass der Druck bei der Kraftaufnahmefläche auf- und abgebaut wird und im Zusammenwirken mit der Rückstelleinrichtung eine Schwingbewegung der Nadel (8) erzielbar macht.
5. Punktier-Prägekopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehventil im Drehelement (21) zumindest einen Steuerkanal (27) umfasst, der schief zur Turbinachse (21a) ausgebildet ist und dessen Ein- bzw. Austrittsöffnungen nach einer Drehung des Drehelementes (21) um 180° so versetzt sind, dass zwei verschiedene Anschlusssituationen entstehen, wobei der Steuerkanal (27) einerseits in beiden Anschlusssituation an einen der Kraftaufnahmefläche (11) zugeordneten Hohlraum (31) und andererseits in der einen Anschlusssituation an einen Zuführkanal (28) sowie in der anderen Anschlusssituation an einen Auslasskanal (30) anschliesst.
6. Punktier-Prägekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung zumindest einen vom Drehelement (21) vorstehenden Nocken (26) umfasst, der bei der Drehung des Drehelementes (21) um die Drehachse (21a) die Kraftaufnahmefläche (11) und damit die Nadel (8) von der Drehachse (21a) weg stösst, wobei die Rückstelleinrichtung (14) die Kraftaufnahmefläche (11) gegen den Nocken (26) drückt.