DE19729263A1 - Vorrichtung zum Gewindeformen und -schneiden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gewindeformen und -schneiden gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen sind ganz allgemein bekannt und dienen beispielsweise als sogenannte Folgewerkzeuge dazu, bei soeben gestanzten Teilen ein Gewinde in eine Bohrung einzubringen.

Zu diesem Zweck ist ein Aufnahmekörper vorgesehen, der sämtli­ che Baugruppen der Vorrichtung aufnimmt und im Bereich der Presse anbringbar ist. Im Aufnahmekörper ist eine Werkzeug­ aufnahme für ein Gewindeformwerkzeug oder dergleichen vorhan­ den, die über einen Servomotor gesteuert in beiden Drehrich­ tungen antreibbar ist. Zusätzlich ist ein axialer Vorschub, der zum Formen bzw. Schneiden des Gewindes erforderlich ist, dadurch realisiert, daß die Werkzeugaufnahme mit einer Ar­ beitswelle gekoppelt ist, die einerseits vom Servomotor rotie­ rend antreibbar und andererseits axial verschiebbar im Auf­ nahmekörper gelagert ist.

Bei den bekannten Vorrichtungen stellt sich regelmäßig das Problem, daß besondere Sicherheitsmaßnahmen für solche Fälle getroffen werden müssen, bei denen das Werkstück aufgrund eines Fertigungsfehlers nicht das zu bearbeitende Kernloch aufweist oder aber die Positionierung des Werkstücks in bezug auf die Vorrichtung nicht exakt erfolgt ist, so daß das Ge­ windeformwerkzeug bei einsetzendem Vorschub auf das Werkstück auftrifft und ein weiterer Vorschub demzufolge nicht möglich ist.

Um Beschädigungen des Gewindeformwerkzeugs bzw. der Vorrich­ tung selbst zu vermeiden, wurden bislang aufwendige Überwa­ chungssysteme installiert, die das Vorhandensein und die ex­ akte Positionierung des Kernlochs überwachen und gegebenen­ falls auf die Vorrichtung bzw. deren Steuerung einwirken. Nachteilig hierbei ist der hohe Aufwand, der für die Installa­ tion und insbesondere auch die Justierung und Programmierung eines solches Systems erforderlich ist.

Der Erfindung lag daher das Problem zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sie die geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere sollte eine konstruktiv besonders einfach aufgebaute Vorrich­ tung geschaffen werden, die ohne komplizierte Sicherungssysteme das Fehlen bzw. die Fehlpositionierung eines Kernlochs detektiert und den Antrieb gegebenenfalls sicher stillsetzt.

Gelöst wird dieses Problem durch eine Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.

Die Erfindung basiert auf der Idee, den Vorschub der Arbeits­ welle, die die Werkzeugaufnahme, und damit das Gewindeform­ werkzeug, antreibt, über eine Spindel zu realisieren, die mit einer Leitmutter zusammenwirkt. Die Besonderheit besteht dar­ in, die Leitmutter zwar verdrehfest im Aufnahmekörper fest­ zulegen, jedoch eine Axialverschiebung als Ausweichbewegung für den Fall zuzulassen, daß die vorgesehene Axialverschiebung der Arbeitswelle (Vorschub) nicht möglich sein sollte.

Konkret gelingt dies dadurch, daß die Spindel mit der Arbeits­ welle verdrehfest verbunden ist, beispielsweise an der der Werkzeugaufnahme gegenüberliegenden Stirnseite. Weiterhin ist die Leitmutter im Aufnahmekörper axial verschiebbar gegen die Wirkung einer Feder zwischen einer ersten Position, der Ar­ beitsposition, und einer zweiten Position, der Abschaltposi­ tion, gelagert. Die Feder sorgte dafür, daß die Leitmutter in der Arbeitsposition fixiert ist und somit über die Spindel der für das Ausformen des Gewindes erforderliche Vorschub erfolgt. Die Vorspannung der Feder muß somit so gewählt sein, daß die bei einem normalen Gewindeformvorgang auftretenden Axialkräfte die Leitmutter nicht aus ihrer axialen Position verdrängen können.

Erst im Falle darüber hinausgehender Kräfte, die eine Gefahr für das Gewindeformwerkzeug und/oder den gesamten Antrieb darstellen können, weicht die Leitmutter axial aus und drückt die Feder zusammen. Diese Verschiebebewegung wird durch ein­ fachste Mittel überwacht und löst ein Abschaltsignal für den Antrieb aus. Konkret ist ein Sensor vorgesehen, der das Er­ reichen einer bestimmten axialen Position der Leitmutter de­ tektiert, wobei diese Position als Abschaltposition bezeichnet wird. Der maximale Verschiebeweg zwischen der Arbeitsposition und der Abschaltposition ist einerseits so gewählt, daß klei­ nere Verschiebungen z. B. infolge kurzer reibungsbedingter Kraftstöße noch nicht zum Abschalten führen, andererseits ein sicherer Abschaltvorgang bei nicht vorhandenem Kernloch oder bei unzulässig hoher Überlastung gewährleistet ist.

Eine erste Gruppe von bevorzugten Ausführungsformen ist auf die Ausgestaltung und Plazierung der Leitmutter gerichtet.

Bevorzugt weist der Aufnahmekörper eine Bohrung auf, in der die Leitmutter gelagert ist. Eine derartige Bohrung kann ohne besonderen Aufwand in den im übrigen massiven Aufnahmekörper eingebracht werden und gewährleistet die für die Führung der Leitmutter erforderliche Stabilität.

Die Arbeitsposition für die Leitermutter kann besonders ein­ fach dadurch vorgegeben werden, daß die Bohrung einen Absatz aufweist. Gegen diesen Absatz ist die Leitmutter durch die Wirkung der Feder axial gedrückt gehalten. Diese Art des An­ schlags gewährleistet eine ausreichende mechanische Stabili­ tät, so daß die über die Feder ausgeübte Anpresskraft sicher übertragen werden kann. Die Leitmutter kann hierbei weitgehend vollflächig oder aber auch im Bereich einer angeformten Ring­ schulter zur Anlage gebracht sein.

Als Verdrehsicherung für die Leitmutter kann bevorzugt eine Paßfeder vorgesehen sein, die in an sich bekannter Weise am Aufnahmekörper in einer Axialnut festgelegt ist. Korrespondie­ rend hierzu ist die Leitmutter mit einer axial durchgehenden Nut versehen, die mit der Paßfeder zusammenwirkt. Somit ist gewährleistet, daß die Leitmutter in der Bohrung axial ver­ schiebbar und gleichzeitig gegen Verdrehen gesichert ist.

Zum Erzeugen der Anpresskraft ist die Feder vorteilhafterweise als Druckfeder ausgebildet, die axial wirkend zwischen der Leitmutter und dem Aufnahmekörper unter Vorspannung eingesetzt ist. Die Abstützung am Aufnahmekörper erfolgt im Bereich eines Deckels, der die die Leitmutter aufnehmende Bohrung ver­ schließt. Die Vorspannung der Druckfeder ist so gewählt, daß die Leitmutter sicher in der Arbeitsposition fixiert gehalten ist und die vom Gewindeformwerkzeug herrührenden Axialkräfte übertragen kann.

Am oberen Ende des Verfahrweges der Leitmutter kann die Ab­ schaltposition dadurch vorgegeben werden, daß ein Sensor in eine Aufnahmebohrung eingesetzt ist, die radial in die die Leitmutter aufnehmende Bohrung mündet. Die Aufnahmebohrung für den Sensor muß so plaziert sein, daß die Leitmutter die kor­ respondierende axiale Position ungehindert erreichen kann. Konkret bedeutet dies, daß in dieser Position die Druckfeder noch nicht ganz vollständig zusammengedrückt, d. h. nicht auf Block gefahren ist.

Der Sensor erzeugt ein Abschaltsignal und wirkt auf die Steu­ erung des Servomotors und auf den Pressenantrieb (Pressestop) ein. Durch das Stillsetzen des Antriebs wird zuverlässig eine Beschädigung der Vorrichtung einschließlich des Gewindeform­ werkzeugs und des Werkstücks verhindert.

Eine weitere Gruppe von bevorzugten Maßnahmen zielt auf die Gestaltung der Werkzeugaufnahme ab, um deren optimales Zusam­ menwirken mit dem erfindungsgemäßen Sicherungssystem ermögli­ chen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, daß die Werkzeugaufnahme in eine Axialbohrung der Arbeitswelle einge­ setzt ist. Hierdurch ist es möglich, unterschiedliche Werk­ zeugaufnahmen für unterschiedliche Werkzeugtypen, beispiels­ weise Gewindeschneideinsätze, Bohrer und dergleichen zu ver­ wenden.

Besonders bevorzugt ist die Werkzeugaufnahme radial verschieb­ bar in der Axialbohrung gelagert. Dies eröffnet die Möglich­ keit, daß auch im Falle einer nicht exakten Positionierung des Kernlochs das Gewindeformwerkzeug selbsttätig nachgeführt wird, ohne daß es einer Positionskorrektur des Werkstücks oder der Vorrichtung bedürfte. Für die Positioniergenauigkeit kön­ nen deshalb die Anforderungen reduziert werden, wodurch sich der Steuerungsaufwand des Fertigungsablaufs erheblich gün­ stiger gestalten läßt. Der maximal mögliche radiale Verschie­ beweg der Werkzeugaufnahme muß so bemessen sein, daß bei einem seitlich versetzten Auftreffen des Gewindeformwerkzeugs auf das Kernloch eine zentrale Ausrichtung erfolgen kann und dar­ über hinaus die für den Gewindeformvorgang erforderliche um­ laufende Rotationsbewegung des Gewindeformwerkzeugs gewähr­ leistet ist. Für die meisten Anwendungsfälle ist es ausrei­ chend, wenn der maximal mögliche radiale Verschiebeweg nach Art eines radialen Spiels vergleichsweise klein bemessen ist. Bei größeren Positionierfehlern ist das Gewindeformwerkzeug ohnehin nicht mehr in der Lage, selbsttätig infolge der Eigen­ rotation in das Kernloch hineingezogen zu werden. Maßgeblich hierbei ist neben dem Kernlochradius am Übergang von der Boh­ runginnenwandung zur Oberfläche des Werkstücks die Ausprägung des Gewindeformwerkzeugs im stirnseitigen Bereich nach Art eines Kegelstumpfs.

Eine verdrehfeste Ankopplung der Werkzeugaufnahme an die Ar­ beitswelle gelingt auf einfacher Art und Weise dadurch, daß wenigstens ein, bevorzugt jedoch vier Mitnehmerstifte in die Arbeitswelle eingesetzt sind, die auf die Werkzeugaufnahme ausgerichtet sind. Hierbei ist zu beachten, daß die Mitnehmer­ stifte hinsichtlich Gestaltung und Anordnung so gewählt sind, daß sie die vorgesehene Radialverschiebung der Werk­ zeugaufnahme in bezug auf die Arbeitswelle zulassen.

Bevorzugt ist an der Werkzeugaufnahme ein außen umlaufender Ringsteg angeformt, an dem axial und aneinander gegenüberlie­ gend zwei Wälzlager angreifen. Eines der Wälzlager liegt an einem Absatz der Axialbohrung an und stützt somit die Werk­ zeugaufnahme axial gegenüber der Arbeitswelle ab. Das gegen­ überliegend angeordnete Wälzlager ist in der Aufnahmebohrung von einem Distanzring abgestützt, der bevorzugt in an sich bekannter Weise von einem Sicherungsring gehalten ist, der in eine umlaufende Nut der Axialbohrung eingesetzt ist. Durch Entfernen des Sicherungsrings kann die Werkzeugaufnahme ein­ schließlich der Wälzlager leicht entnommen und beispielsweise ausgetauscht werden.

Vorteilhafterweise ist die Werkzeugaufnahme zweigeteilt ausge­ führt, nämlich in Form einer Hülse, in die eine Spannzange eingesetzt ist. Die Konfiguration ermöglicht die Verwendung handelsüblicher, kostengünstig erhältlicher Spannzangen, die über die Hülse radial verschieblich in der Vorrichtung aufge­ nommen sind.

Eine weitere Gruppe von Maßnahmen zielt auf die Optimierung des Antriebs ab, dem im Zusammenhang mit dem Sicherungssystem eine besondere Bedeutung zukommt.

Für einen besonders leicht gängigen axialen Vorschub der das Gewindeformwerkzeug tragenden Arbeitswelle ist eine Lager­ buchse vorgesehen, die in eine Lagerhohlwelle eingesetzt ist. Die Lagerhohlwelle wird in nachstehend noch näher beschriebe­ ner Art und Weise rotierend angetrieben, wodurch zwangsgekop­ pelt auch eine Axialverschiebung der Arbeitswelle als Vorschub für das Gewindeformwerkzeug bewegt wird. Die Lagerbuchse dient nun dazu, die Axialverschiebebewegung der Arbeitswelle in­ nerhalb der Lagerhohlwelle leichtgängig zu gestalten.

Die verdrehfeste Verbindung zwischen der Lagerhohlwelle und der Arbeitswelle erfolgt vorteilhafterweise durch ein Mitneh­ merelement, bevorzugt in Form einer Paßfeder, die an der Ar­ beitswelle festgelegt ist und mit einer korrespondierenden Nut an der Lagerhohlwelle zusammenwirkt. Die axiale Ausrichtung der Paßfeder und der korrespondierenden Nut an der Lagewelle ermöglichen eine axiale Relativbewegung zwischen der Arbeits­ welle und der Lagerhohlwelle, die für die Realisierung des Vorschubs nötig ist.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, an der Lagerhohlwelle ein Kegelrad anzubringen, insbesondere ein­ stückig anzuformen, das mit einem korrespondieren Kegelrad in Eingriff ist, welches mit der Abtriebswelle des Servomotors gekoppelt ist. Diese Art des Antriebs, der ohne Zwischenschal­ tung weiterer Getrieberitzel auskommt, ist äußerst platzspa­ rend und mit vergleichsweise geringen Reibungsverlusten behaf­ tet.

Die Einleitung des Drehmoments vom Servomotor auf das Kegelrad erfolgt mittels einer in die Abtriebswelle eingesetzten Paßfe­ der. Diese Konzeption ermöglicht eine sichere Übertragung des Antriebsmoments, auch unter großer Belastung.

Schließlich kann ein weiterer Sensor vorgesehen sein, um ein Referenzsignal für die axiale Ausgangsposition der Arbeits­ welle zu erzeugen. Diese Ausgangsposition ist als oberer Tot­ punkt der Werkzeugaufnahme bzw. des daran befestigten Gewinde­ formwerkzeugs zu betrachten.

Die Vorrichtung eignet sich nicht nur zum Einsatz bei einer Presse als Folgewerkzeug zum Formen bzw. Schneiden eines Ge­ windes, sondern kann universell für solche Zwecke eingesetzt werden, bei denen eine mit einer Rotationsbewegung zwangs­ gekoppelten Axialverschiebebewegung realisiert werden soll. Ebenso ist es möglich, die Vorrichtung losgelöst vom vorste­ hend beschriebenen Einsatzfall zu verwenden, insbesondere als eigenständige Vorrichtung zur Werkstückbearbeitung.

Die Erfindung wird näher anhand des in den Figuren dargestell­ ten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

Fig. 1: Vorrichtung in Ausgangsposition (oberer Tot­ punkt),

Fig. 2: Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Endstellung, Ge­ windeformwerkzeug im Werkstück eingedreht,

Fig. 3: Vorrichtung gemäß Fig. 1, Leitmutter in Ab­ schaltposition.

Die Vorrichtung weist einen im wesentlichen würfelförmigen Aufnahmekörper 2 auf, der sämtliche Bauteile aufnimmt. Am Aufnahmekörper 2 ist ein Servomotor 1 angeflanscht, der mit einer nicht näher dargestellten Steuerung versehen ist und einen Antrieb in beiden Drehrichtungen ermöglicht. Das Auf­ nahmegehäuse 2 ist infolge der plan verlaufenden Oberflächen in an sich beliebigen Positionen anbringbar, so daß auch in von der Vertikalen abweichende Vorschubrichtungen, bei­ spielsweise bei gekrümmten oder schräg verlaufenden Werkstück­ abschnitten, eine Bearbeitung ermöglicht wird.

Der Servomotor 1 besitzt eine Abtriebswelle 1a, die in das Innere des Aufnahmekörpers 2 hineingeführt ist. Die Abtriebs­ welle 1a ist über eine Paßfeder 17 verdrehfest mit einem Ke­ gelrad 1b verbunden, welches über Wälzlager 15 innerhalb des Aufnahmekörpers 2 abgestützt ist. Das Kegelrad 1b ist in Ein­ griff mit einem weiteren Kegelrad 5b, das seinerseits über ein Wälzlager 14 im Aufnahmekörper 2 gelagert ist. Die Wälzlager 14, 15 sind an den Kegelrädern 5b, 1b durch Sicherungsringe 14a, 15a fixiert. Als Verzahnung für die Kegelräder 1b, 5b wurde eine Zyklo-Palloidverzahnung gewählt, da diese in der Lage ist, ein hohes Drehmoment spielfrei zu übertragen.

Das Kegelrad 5b ist einstückig mit einer Lagerhohlwelle 5 gebildet, welche einerseits eine Lagerbuchse 6 und anderer­ seits eine Nut 5a besitzt. Die Nut 5a ist axial ausgerichtet und wirkt mit einer Paßfeder 18 zusammen, die eine verdreh­ feste Kopplung mit einer Arbeitswelle 19 herstellt. Die Nut 5a ist axial durchgehend ausgebildet, so daß die Arbeitswelle 19 eine axiale Verschiebebewegung vollführen kann, wie sie nach­ stehend noch näher beschrieben ist. Zu diesem Zweck ist eine Lagerbuchse 6 für die Arbeitswelle 19 vorgesehen, die aus einem Material gefertigt, das entsprechende Gleiteigenschaften aufweist. Eine derartiges Material ist beispielsweise die Lagerbronze.

In die Arbeitswelle 19 ist stirnseits eine Axialbohrung 19c mit einem Absatz 19d eingebracht. In die Axialbohrung 19c ist eine Hülse 7 eingesetzt, die ihrerseits eine Spannzange 8 verdrehfest aufnimmt.

Die Hülse 7 ist mit einem außen umlaufenden Ringsteg 7b verse­ hen, an dem axial und aneinander gegenüberliegend jeweils ein Wälzlager 11 angreift. Das obere der beiden Wälzlager 11 dient zur Abstützung am Absatz 19d. Das untere Wälzlager 11 wird von einem Distanzring 7a gehalten, der über einen Sicherungsring 7c in der Lagerhohlwelle 5 gehalten ist. Der Distanzring 7a ist so geformt, daß er zusammen mit einer Scheibe 7d eine Führungsnut für einen Dichtring 12 bildet, der an der Hülse 7 anliegt. Der Dichtring 12 verhindert somit ein Eindringen von Schmutzpartikeln in die Axialbohrung 19c.

Die Durchmesser der verschiedenen Axialabschnitte der Axial­ bohrung 19c sind größer gewählt als die korrespondierenden Durchmesserabschnitte der darin eingesetzten Hülse 7, so daß eine radiale Verschiebebewegung der Hülse 7 in bezug auf die Lagerhohlwelle 5 ermöglicht ist. Sie dient zur Realisierung der später beschriebenen Such-/Pendelbewegung der Werkzeugauf­ nahme. Zur Übertragung der Drehbewegung von der Arbeitswelle 19 auf die Hülse 7 sind Mitnahmestifte 13 vorgesehen.

Der Aufnahmekörper 2 wird im Bereich der Lagerhohlwelle 5 durch einen Deckel 3 verschlossen, der einerseits das Wälz­ lager 14 abstützt, andererseits einen Simmerring 4 zum Abdich­ ten der hindurchtretenden Lagerhohlwelle 5 trägt.

Zur Realisierung einer axialen Verschiebebewegung, dem Vor­ schub, weist die Arbeitswelle 19 eine Spindel 19a mit einem Außengewinde 19b auf, die mit einer ein korrespondierendes Innengewinde 20b aufweisenden Leitmutter 20 zusammenwirkt.

Die Leitmutter 20 ist in eine Bohrung 2a eingesetzt, die ge­ genüberliegend zur Axialbohrung 19c im Aufnahmekörper 2 an­ gebracht ist und einen Absatz 2b aufweist. Die Leitmutter 20 ist verdrehfest in bezug auf den Aufnahmekörper 2 durch eine Paßfeder 21 festgelegt, die in eine Nut 20a der Leitmutter 20 eingreift. Die Nut 20a ist axial durchgehend gestaltet, so daß die Leitmutter 20 eine axiale Verschiebebewegung ausführen kann, hierbei jedoch an der Rotation gehindert ist.

Die Leitmutter 20 weist eine Ringnut 20c auf, die der führen­ den Aufnahme einer Feder 22 dient. Die Feder 22 stützt sich unter Vorspannung gegenüberliegend an einem den Aufnahmekörper 2 verschließenden Deckel 23 ab. Infolge der Vorspannung der Feder 22 ist die Leitmutter 20 in der in Fig. 1 dargestellten Ausgangsposition gegen den Absatz 2b gedrückt gehalten.

Am Aufnahmekörper 2 sind Schmiernippel 28, 29 vorgesehen, durch die Schmiermittel zugeführt werden kann. Dies ist auf­ grund der starken Beanspruchung der Bauteile auch während des Betriebs von Zeit zu Zeit erforderlich.

Zum Erzeugen von Steuersignalen sind Sensoren 25, 26 vorgese­ hen. Der Sensor 25 ist in eine Aufnahmebohrung 2c eingesetzt und löst ein Abschaltsignal für den Servomotor 1 aus, sofern die Leitmutter 20 beispielsweise infolge einer Störung nach oben läuft, wie nachstehend noch näher beschrieben wird.

Der Sensor 26 ist als Referenzsensor für die Ausgangslage der Arbeitswelle 19 vorgesehen.

Zur Vermeidung einer Sensorhysterese ist der Aufnahmekörper 2 vollständig aus Aluminium gefertigt. Dieser Werkstoff hat darüber hinaus den Vorzug einer gegenüber Stahl stark ver­ besserten Wärmeabgabe, so daß sich weitere Vorteile im Betrieb ergeben.

Die Funktionsweise der Vorrichtung wird anhand der drei Figu­ ren verdeutlicht, die jeweils unterschiedliche Betriebszustän­ de einer im übrigen identisch aufgebauten Vorrichtung zeigen. Der Übersichtlichkeit halber wurde auf die vollständige Wie­ derholung sämtlicher Bezugszeichen in den Fig. 2 und 3 verzichtet.

Fig. 1 symbolisiert den Ausgangszustand, bei dem sich die Arbeitswelle 19 in der oberen Totpunktstellung (O.T.) befin­ det. In die Spannzange 8 ist ein Gewindeschneidwerkzeug 9 eingesetzt, die Leitmutter 20 befindet sich in Arbeitsstel­ lung, die durch ihr axiales Anliegen an den Absatz 2b defi­ niert ist. Sie wird dort infolge der vorgespannten Feder 22 angepreßt. Der Sensor 26 detektiert diesen Zustand als Refe­ renz- oder Ausgangsposition.

Unterhalb des Gewindeformwerkzeugs 9 ist ein Werkstück 10 mit einem ordnungsgemäß ausgeformten Kernloch 10a positioniert. Ausgelöst durch ein hier nicht näher interessierendes Start­ signal wird der Servomotor 1 in einer ersten Richtung in Be­ trieb gesetzt, wodurch über die Kegelräder 1b, 5b die Arbeits­ welle 19 in Rotation versetzt wird. Diese Rotationsbewegung wird über die Mitnahmestift 13, die Hülse 7 und die Spannzange 8 unmittelbar auf das Gewindeformwerkzeug 9 übertragen.

Gleichzeitig erzeugt die mit der Arbeitswelle 19 mitrotierende Spindel 19a infolge ihres Zusammenwirkens mit der verdrehfest fixierten Leitmutter 20 eine abwärts gerichtete, zwangsgekop­ pelte Verschiebebewegung. Somit wird das Gewindeformwerkzeug 9 rotierend abwärts auf das Werkstück 10 abgesenkt und trifft im Bereich des Kernlochs 10a auf.

Im Falle einer exakten koaxialen Ausrichtung von Gewindeform­ werkzeug 9 und Kernloch 10a dringt das Gewindeformwerkzeug 9 unmittelbar in das Kernloch 10a ein, wodurch der Reibungs­ widerstand rapide ansteigt. Die zur Umsetzung des Vorschubs weiterhin erforderlichen Kräfte nehmen zu, so daß die Leitmut­ ter 20 das Bestreben hat, gegenläufig auszuweichen. Dies wird einerseits durch die Paßfeder 21 und andererseits durch die Vorspannung der Feder 22 zuverlässig verhindert. Der Gewinde­ formvorgang wird solange fortgeführt, bis die Arbeitswelle 19 die in Fig. 2 dargestellte Endposition bzw. untere Totpunkt­ lage (U.T.) erreicht hat. In dieser Position ist die Arbeits­ welle 19 axial in bezug auf die Hülse 5 ausgefahren, wobei weiterhin die Paßfeder 18 die verdrehfeste Kopplung zu den Kegelrädern 1b, 5b sicherstellt. In Fig. 2 ist weiterhin zu erkennen, daß die Spindel 19a in bezug auf die in Arbeits­ stellung befindliche Leitmutter 20 nach unten gewandert ist.

Bei Erreichen der in Fig. 2 angedeuteten Stellung wird nunmehr der Servomotor 1 umgesteuert, so daß das Gewindeformwerkzeug 9 in ungekehrter Drehrichtung angetrieben und der Rückhub eingeleitet wird. Bei Erreichen der in Fig. 1 dargestellten oberen Totpunktstellung wird der Antrieb stillgesetzt. Das Werkstück 10 kann nunmehr entnommen bzw. zur Weiterbearbeitung zur nächsten Bearbeitungsstation transferiert werden.

Aus Fig. 1 kann weiterhin die sogenannte Suchfunktion der Vorrichtung abgeleitet werden. Sie ist dann wirksam, wenn abweichend von der Darstellung gemäß Fig. 1 das Gewindeform­ werkzeug 9 nicht exakt koaxial zum Kernloch 10a positioniert ist. Im Fall eines außermittigen Versatzes bewirkt die kegel­ stumpfförmige Gestaltung des Gewindeformwerkzeugs 9 im vorde­ ren Bereich, daß beim Auftreffen auf das Werkstück 10 und im weiteren Verlauf, bedingt durch den Vorschub, das Gewindeform­ werkzeug 9 einschließlich der Spannzange 8 und der Hülse 7 radial seitlich soweit ausweichen, bis eine exakt koaxiale Ausrichtung von Gewindeformwerkzeug 9 und Kernloch 10a er­ reicht ist. Diese Art der automatischen Zentrierung erfordert keinerlei zusätzliche Steuerungsmaßnahmen, sondern kann im Rahmen des konstruktiv vorgesehenen radialen Spiels der Hülse 7 in bezug auf die Lagerhohlwelle 5 erfolgen. Diese innerhalb der Arbeitswelle 19 vollständig integrierte Zusatzfunktion ersetzt die bislang verwendeten Pendeleinrichtungen, die als Aufsteckbares Zusatzaggregat konzipiert waren. Mit der vorlie­ genden Konzeption gelingt es, das Bauvolumen und den mecha­ nischen Aufwand erheblich zu reduzieren.

Ein weiterer Aspekt ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 links unten angedeutet, welche eine zusätzliche Maßnahme zur Über­ prüfung eines eventuellen Bruchs des Gewindeformwerkzeugs 9 im Werkstück symbolisiert. So kann es vorkommen, daß das Gewinde­ formwerkzeug beim Rücklauf aus der in Fig. 2 dargestellten Position bricht und ein Fragment im Kernloch 10a verbleibt. Dieser unerwünschte Zustand kann beispielsweise durch einen Sensor 27 detektiert werden, der überprüft, ob das Kernloch 10a frei ist. Der Sensor 27 kann hierbei einer weiteren Be­ arbeitungsstation zugeordnet sein.

In Fig. 3 ist schließlich diejenige Konstellation gezeigt, die sich im Fall eines fehlerhaften Werkstücks 10 ergibt, welches kein Kernloch aufweist bzw. welches so positioniert ist, daß das Gewindeformwerkzeug 9 ein fehlpositioniertes, hier nicht dargestelltes Kernloch 10a nicht erreichen kann.

Die Ausgangsposition ist wiederum diejenige, die in Fig. 1 dargestellt ist. Die axiale Vorschubbewegung wird jedoch beim Auflaufen des Gewindeformwerkzeugs 9 auf das Werkstück 10 gestoppt, wobei die Rotationsbewegung fortgesetzt wird. Dies hat zur Folge, daß die Spindel 19a bei gleichbleibender axia­ ler Position die Leitmutter 20 nach oben hin verdrängt. Die Vorspannung der Feder 22 ist so bemessen, daß sie die Auf­ wärtsbewegung der Leitmutter 20 ohne Beschädigung des Gewinde­ eingriffs zuläßt.

Die Paßfeder 21 ist so bemessen, daß sie auch im Verlauf der Aufwärtsbewegung der Leitmutter 20 diese an einer Verdrehbewe­ gung hindert.

In der in Fig. 3 dargestellten Situation ist die Leitmutter 20 soweit axial nach oben hin verschoben, daß der Sensor 25 deren Anwesenheit detektiert und ein Abschaltsignal für den Servo­ motor 1 generiert. Somit gelingt das Stillsetzen der Vorrich­ tung ohne Gefahr einer Beschädigung.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß sich durch die beschrie­ benen einfachen Maßnahmen Vorrichtungen realisieren lassen, die ein hohes Maß an Sicherheit bieten.

Bezugszeichenliste

1

Servomotor mit Elektronik

1

a Abtriebswelle

1

b Kegelrad

2

Aufnahmekörper

2

a Bohrung

2

b Absatz

2

c Aufnahmebohrung

3

Deckel

4

Simmerring

5

Lagerhohlwelle

5

a Nut

5

b Kegelrad

6

Lagerbuchse

7

Hülse

7

a Distanzring

7

b Ringsteg

7

c Sicherungsring

7

d Scheibe

8

Spannzange

9

Gewindeformer

10

Werkstück

10

a Kernloch

11

Wälzlager

12

Dichtring

13

Mitnahmestift

14

Wälzlager

14

a Sicherungsring

15

Wälzlager

15

a Sicherungsring

17

Paßfeder

18

Paßfeder

19

Arbeitswelle

19

a Spindel

19

b Außengewinde

19

c Axialbohrung

19

d Absatz

20

Leitmutter

20

a Nut

20

b Innengewinde

20

c Ringnut

21

Paßfeder

22

Feder

23

Deckel

24

Aufnahme für Sensor

25

Sensor

26

Sensor

27

Sensor

28

Schmiernippel

29

Schmiernippel

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Gewindeformen und -schneiden mit

• - einem Aufnahmekörper (2), der sämtliche Baugruppen aufnimmt und auf einer Presse oder dergleichen anbringbar ist,
• - einer Werkzeugaufnahme (7, 8) für ein Gewindeformwerk­ zeug (9),
• - einer Arbeitswelle (19), die von einem Servomotor (1) oder dergleichen in beiden Drehrichtungen antreibbar, mit der Werkzeugaufnahme (7, 9) gekoppelt, und axial ver­ schiebbar im Aufnahmekörper (2) gelagert ist,
• - einer Spindel (19a), die mit der Arbeitswelle (19) verdrehfest verbunden ist und ein Außengewinde (19b) trägt,
• - einer Leitmutter (20), die ein Innengewinde (20b) trägt, mit der Spindel (19a) in Eingriff ist, am Auf­ nahmekörper (2) verdrehfest und axial verschiebbar gegen die Wirkung einer Feder (22) zwischen einer ersten Posi­ tion (Arbeitsposition) und einer zweiten Position (Ab­ schaltposition) gelagert ist, und
• - einem Sensor (25) zum Erzeugen eines Abschaltsignals für den Servomotor (1), sobald die Leitmutter (20) die Abschaltposition erreicht hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (2) eine Bohrung (2a) aufweist, in der die Leitmutter (20) gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (2a) einen Absatz (2b) aufweist, an dem die Leitmutter (20) in Arbeitsposition axial zur Anlage ge­ bracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Paßfeder (21), an der die Leitmutter (20) über eine korrespondierend gestaltete, axial durchgehende Nut (20a) gegen Verdrehen gesichert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (22) axial wirkend zwischen der Leitmutter (20) und dem Aufnahmekörper (2), vorzugsweise im Bereich eines die Bohrung (2a) verschlie­ ßenden Deckel (3), unter Vorspannung eingesetzt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (25) in eine Aufnahmeboh­ rung (2c) eingesetzt ist, die radial in die Bohrung (2a) mündet und deren axiale Position die Abschaltposition vorgibt.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Arbeitswelle (19) eine Axialbohrung (19c) aufweist, in die die Werkzeugaufnahme (7, 8) eingesetzt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (7, 8) radialverschiebbar gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch wenig­ stens einen, vorzugsweise vier in die Arbeitswelle (19) eingesetzte Mitnahmestifte (13) für die Werkzeugaufnahme (7, 8).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Werkzeugaufnahme (7, 8) einen umlaufenden Ringsteg (7b) aufweist, an dem axial und einander gegen­ überliegend Wälzlager (11) angreifen, die einerseits an einem Absatz (19d) der Axialbohrung (19c) und anderer­ seits an einem Distanzring (7a) abgestützt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzring (7a) von einem Sicherungsring (7c) gehal­ ten ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme aus einer Hülse (7) besteht, in die eine Spannzange (8) eingesetzt ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine Lagerhohlwelle (5) mit einer Lagerbuchse (6) zur axial verschieblichen Aufnahme der Arbeitswelle (19).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein Mitnehmerelement, vorzugsweise in Form einer Paßfeder (18), die an der Arbeitswelle (19) festgelegt und mit einer korrespondierenden Nut (5a) an der Lagerhohlwelle zusammenwirkt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Lagerhohlwelle (5) ein Kegelrad (5b) angebracht, vorzugsweise einstückig angeformt ist, das mit einem korrespondierenden, mit der Abtriebswelle (1b) der Servomotors (1) gekoppelten Kegelrad (1b) im Eingriff ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kegelrad (Ib) über Wälzlager (15) im Aufnahmekörper (2) gelagert und über eine Paßfeder (17) mit der Ab­ triebswelle (1a) gekoppelt ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch einen Sensor (26) zum Erzeugen eines Referenzsignals für die axiale Ausgangsposition der Ar­ beitswelle (19) (oberer Totpunkt (O.T.)).