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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschriften von Oberflächen, insbesondere von plastisch verformbaren Oberflächen.
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Bei der Beschriftung von Metalloberflächen werden heutzutage oftmals Punktiergeräte oder Ritzmarkierer verwendet. Die Ritzmarkierer fügen in die Metalloberfläche bewusst Risse ein, die im Nachhinein, also bei entsprechender Führung des Ritzmarkierers, als Schrift erkennbar sind. Diese Markierer haben den Nachteil, dass während des Ritzens Späne entstehen können und im Bereich des Einritzens Materialschädigungen eingebracht werden, die sich negativ auf die Dauerhaftigkeit der Werkstücke auswirkt. Hierbei ist es auch möglich, dass der Markierer vibriert. Solche Markierer sind zum Beispiel aus
EP 0 982 152 bekannt.
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Aus
DE 102 10 630 ist ein Punktierwerkzeug bekannt, das durch Vibrationen Markierungen auf Werkstückoberflächen anbringen kann. Zur Erzeugung dieser Vibration ist ein Anschluss eines Druckmediums erforderlich, was einerseits die Anzahl der gleichzeitig einsetzbaren Markierwerkzeuge und die Flexibilität der Einsetzbarkeit einschränkt.
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Aus
US 6,834,434 ist ein vorgespannter Werkzeughalter für einen Ritzmarkierer bekannt, der einen relativ konstanten Druck des Ritzmarkierers auf das Werkstück ermöglicht. Die fest vorgegebene Vorspannung führt zumindest bei einzelnen Materialien bzw. Werkstücken dazu, dass Späne entstehen und das Ritzmarkierwerkzeug abbricht, falls das Werkstück Unebenheiten aufweist und das Markierwerkzeug an einer Kante hängen bleibt.
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Aus der
US 6,796,156 ist ein Markiergerät bekannt, das die Markierung mittels einer rotierenden, kugelgelagerten Kugel auf das Werkstück einbringt. Das Abrollen der Kugel führt zu einer plastischen Verformung der Oberfläche und ergibt so die erwünschte Beschriftung. Dieses Werkzeug ist sehr aufwändig und durch seine Grösse nicht flexibel einsetzbar. Durch die grossen Anpresskräfte kann es im Betrieb zu Rattern kommen. Auch ist die Kugelgrösse durch die Lagerung auf kleineren Kugeln beschränkt.
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Angesichts dieser Nachteile, hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Oberflächenbeschriftung zu schaffen, mit der die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.
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Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte, bzw. alternative Ausführungsformen.
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Während des Markierprozesses ist es erwünscht, dass das Markierelement sich dreht. Eine Drehung des Markierelements setzt einen Vorspanndruck voraus, der auf das zu beschriftende Material abgestimmt sein muss. Hierbei ist es wichtig, dass weder zu wenig Vorspanndruck noch zu viel Vorspanndruck aufgebaut werden. Für den Fall von zu wenig Vorspanndruck ist die Rollreibung des Markierelements geringer als die Reibung im Lager und das Markierelement wird nicht rollen, sondern gleiten. Hierdurch wird das Material des Markierelements abgeschliffen, so dass das Markierelement von seiner ursprünglichen Form abweicht und damit eine gleichmässige Markierung im Rollzustand nicht mehr möglich ist. Für den Fall von zu viel Vorspanndruck verklemmt sich das Markierelement und die Funktionsweise wäre die eines Ritzmarkierwerkzeugs mit all seinen beschriebenen Nachteilen. Auch hier würde das Material des Markierelements abgeschliffen, so dass das Markierelement von seiner ursprünglichen Form abweicht und damit eine gleichmässige Markierung im Rollzustand nicht mehr möglich ist.
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Während des Bearbeitungsprozesses wird das Markierelement auf die Werkstückoberfläche aufgesetzt, so dass sich Vorspannkraft und Anpresskraft addieren. Aufgrund des wesentlich längeren Einstellweges der Verstelleinrichtung ist die Anpresskraft jedoch im Verhältnis zur Vorspannkraft klein. Während des Markierprozesses bleibt die Vorspannkraft durch die Linearität der Vorspanneinrichtung im Wesentlichen konstant, so dass es möglich ist Unebenheiten auszugleichen und dabei die Beschriftungstiefe gleich zu halten.
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Der Beschriftungsnadelkörper ist durch mindestens eine Lagerung axial in einem Gehäuse gelagert und ist innerhalb des Gehäuses in einem durch zwei Endanschläge definierten Bereich relativ zum Gehäuse bewegbar. Der erste Endanschlag begrenzt die weitest mögliche Distanz, die der Beschriftungsnadelkörper aus dem Gehäuse im vorderen, dem Werkstück zugewandten, Abschnitt des Gehäuses, herausstehen kann. Eine Vorspanneinrichtung und eine Verstelleinrichtung sind innerhalb des Gehäuses angeordnet, wobei diese Verstelleinrichtung den zweiten Endanschlag bildet. Der zweite Endanschlag ist durch seine Ausbildung an einer Verstelleinrichtung verstellbar. Am freien Ende des Beschriftungsnadelkörpers, dem Werkstück zugewandt, befindet sich eine Markiervorrichtung.
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An der Spitze des Beschriftungsnadelkörpers ist ein Markierelement eingefügt, das es ermöglicht, eine Beschriftung im Wesentlichen ohne Materialschädigung herzustellen. Das zu beschriftende Material wird an den beschrifteten Stellen plastisch verformt. Hierdurch wird auch das Abbrechen des Beschriftungsnadelkörpers verhindert. Hierzu ist eine Lagerung des Markierelements nötig. Bevorzugter weise besitzt das Markierelement eine Kugelform. Es versteht sich von selbst, dass das Markierelement ebenfalls walzenförmig sein kann.
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In einem ersten erfinderischen Schritt wurde somit die Lagerung das Markierelement so ausgestaltet, dass sie einerseits möglichst einfach ist und andererseits einen möglichst geringen Reibungswiderstand besitzt. Die Lagerung des Markierelements in dem Beschriftungsnadelkörper umfasst das Markierelement im Wesentlichen um mehr als 180°. Bevorzugt wird eine Gleitlagerung, wobei auch andere Lagerungen so zum Beispiel Kugellagerungen oder Wälzlagerungen, möglich sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lagerfläche mit einer Beschichtung zur lokalen Härtung des Materials der Lagerfläche ausgeführt. Die Beschichtung dient der Beeinflussung des Reibungskoeffizienten zwischen Markierelement und Beschriftungsnadelkörper. Hierbei sind die bekannten technischen Verfahren einzusetzen, beispielsweise Hartverchromen, Dispersionsschichten, Umschmelzhärten, thermisches Spritzen oder Nitrieren. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Beschichtung aus TiN, TiC oder TiAlN verwendet. Insbesondere bevorzugt ist eine Beschichtung mittels PVD (Physical Vapour Deposition) oder CVD(Chemical Vapour Deposition)-Schichten. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Beschichtungsverfahren möglich sind. Das Markierelement besteht dabei aus einem härteren Material als die zu beschriftende Oberfläche, so zum Beispiel Hartmetall, gehärteter Stahl oder Keramik. Selbstverständlich sind auch andere Materialien möglich, die härter sind, als das zu beschriftende Material. Die Grösse des Markierelements befindet vorzugsweise sich in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 0,9 mm. Bei einem Durchmesser von 0,9 mm wird die erzeugte Schrift so fein und leserlich, dass sie sehr gut mit einer Maschine lesbar und nur eine verhältnismässig kleine Oberfläche benötigt. Weiterhin ist ab diesem Bereich der nötige Druck zur Erzeugung einer plastischen Verformung kleiner als bei grösseren Durchmessern, was sich in einer schmalen und flexibel einsetzbaren Beschriftungsvorrichtung niederschlägt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist innerhalb des Beschriftungsnadelkörpers eine Bohrung entlang der Längsachse als Zuleitung für Schmiermittel zur Lagerungsfläche vorgesehen.
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In einem weiteren erfinderischen Schritt wurde eine verstellbare Vorspannungsvorrichtung integriert, die eine Adaption der Vorspannung auf das Material ermöglicht. Durch die mit Hilfe der Einstellvorrichtung verstellbare Vorspanneinrichtung wird der Druck eingestellt, der auf das Werkstück wirkt und damit die Eindringtiefe des Markierelements. Diese muss auf die Härte des Materials des Werkstücks einstellbar sein, um eine optimale Beschriftung zu gewährleisten. Bevorzugt wird eine Vorspannvorrichtung, die in Form einer mechanischen Feder in die Vorrichtung zur Oberflächenbeschriftung eingefügt wird. Es versteht sich von selbst, dass auch pneumatische Vorspanneinrichtungen möglich sind. Die Verstellbarkeit wird durch eine Verstelleinrichtung gewährleistet. Durch die Verstelleinrichtung wird die maximale Längenausdehnung der Vorspannvorrichtung vorgegeben.
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Die Einstellvorrichtung erlaubt eine Verstellung des oberen Anschlags der Vorspannvorrichtung. Dies wird in einer bevorzugten Form durch eine schraubenförmige Einstellvorrichtung gewährleistet, die eine stufenlose Verstellung der Vorspannkraft erlaubt. Es versteht sich von selbst, dass auch eine Rastverstellung möglich wäre.
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In einem weiteren erfinderischen Schritt wurde erkannt, dass der Kombination von Markierelement und einstellbarer Vorspannungsvorrichtung eine besondere Bedeutung zukommt. Eine geeignete Vorspannkraft ist die Voraussetzung für eine gleichmässige, lesbare Beschriftung. Diese Vorspannkraft muss auf das Material abstimmbar sein. Des Weiteren darf die Vorspannkraft weder zu gross noch zu klein sein, sondern sich in einem definierten Bereich befinden. Mit der vorliegenden Ausführungsform ist dies möglich. Die Vorspannvorrichtung kann hierbei bevorzugt eine mechanische Feder sein, selbstverständlich sind auch pneumatische Federn möglich.
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In einem weiteren erfinderischen Schritt wurde erkannt, dass eine Einspannmöglichkeit in herkömmlichen Werkzeugmaschinen vorteilhaft ist. Hierbei ist es ausreichend im Wesentlichen nur diese eine Verbindungsmöglichkeit zur Beschriftungsmaschine zu haben. Weitere Zuleitungen, wie elektrische Zuleitungen, pneumatische Zuleitungen oder Kühlleitungen werden nicht benötigt. Hierzu befindet sich am Gehäuse eine Haltefläche, die der Einspannung in eine konventionelle Werkzeugaufnahme, wie beispielsweise eine Klemmhalter, ermöglicht. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn durch eine Bohrung in der Werkzeugaufnahme ein Zugang zur Einstellvorrichtung ermöglicht wird Und somit eine Einstellung in eingespannten Zustand möglich ist. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Werkzeugaufnahmen wie zum Beispiel Spannhalter möglich sind.
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Die Zeichnungen erläutern die erfindungsgemässe Vorrichtung anhand von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt
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1: einen Schnitt durch die Markiervorrichtung
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2: eine Variante der Lagerung des Markierelements
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3: eine zweite Variante der Lagerung des Markierelements
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4: Ausführungsform mit pneumatischer Vorspannvorrichtung
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5: Ausführungsform mit geschmierter Lagerung
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1 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemässe Markiervorrichtung zur Oberflächenbeschriftung. Hierbei befindet sich ein Beschriftungsnadelkörper 1 innerhalb eines Gehäuses 2 und wird in diesem an mindestens zwei Lagerungen 3, 4 geführt. Die Längsachse 5 entspricht der Längsachse des Beschriftungsnadelkörpers 1 und des Gehäuses 2. Die Lagerung 3 formt durch eine Endanschlagskante 6, die auf einer Anschlagskante 7 des Gehäuses eingreift, einen Endanschlag für den Beschriftungsnadelkörper 1. Der gegenüberliegende Endanschlag wird durch eine Verstelleinrichtung 8 gebildet. Diese Verstelleinrichtung 8 ist entlang der Längsachse 5 verstellbar. Um an dem Endanschlag 6 eingreifen zu können ist an dem Beschriftungsnadelkörper 1 eine Anschlagsfläche 9 ausgeformt. Zwischen der von der Endanschlagskante 6 abgewandten Seite der Anschlagsfläche 9 und der unteren Anschlagsfläche 10 der Verstelleinrichtung 8 ist eine Vorspanneinrichtung 11 platziert. An der vorderen Spitze des Beschriftungsnadelkörpers 1 befindet sich ein Markierelement 12. An der Aussenseite des Gehäuses befindet sich eine Haltefläche 15, an der in einer konventionellen Werkzeugaufnahme beispielsweise eine Klemmschraube zur Fixierung in der Werkzeugaufnehme ansetzt.
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2 zeigt einen Ausschnitt der vorderen Spitze des Beschriftungsnadelkörpers 1. Das Markierelement 12 ist in dem Beschriftungsnadelkörper 1 gelagert und wird dabei um mehr als 180° von einer Lagerfläche 13 kontinuierlich umfasst. Das kugelförmige Markierelement 12 besteht bevorzugt aus gehärtetem Stahl, Hartmetall oder Keramik. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Materialien denkbar sind, die härter sind, als das zu beschriftende Material. Die Reibung der Lagerfläche 13 kann zusätzlich durch eine härtende Beschichtung verringert werden. Hierbei sind die bekannten technischen Verfahren einzusetzen, beispielsweise Hartverchromen, Dispersionsschichten, Umschmelzhärten, thermisches Spritzen oder Nitrieren. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Härteverfahren möglich sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Beschichtung aus TiN, TiC oder TiAlN verwendet. Insbesondere bevorzugt ist eine Beschichtung mittels PVD (Physical Vapour Deposition) oder CVD(Chemical Vapour Deposition)-Schichten. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Beschichtungsverfahren möglich sind.
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3 zeigt eine zweite Variante der Lagerung des Markierelements 12 im Beschriftungsnadelkörper 1. Das Markierelement 12 wird von dem Beschriftungsnadelkörper um mehr als 180° umfasst, wobei die Berührungsflächen von Markierelement 12 und Beschriftungsnadelkörper einer Linien-Punkt-Lagerung entsprechen. Die Lagerfläche 13 besitzt in dieser Ausführungsform zwei Kontaktflächen zwischen Beschriftungsnadelkörper 1 und Markierelement 12. Eine im Wesentlichen punktförmige Kontaktfläche 13b, die sich auf der Längsachse des Beschriftungsnadelkörpers befindet und eine im Wesentlichen kreisförmige Kontaktfläche 13a, deren Ebenennormale in Wesentlichen auf der Längsachse 5 des Beschriftungsnadelkörpers liegt. Hier durch wird die Kontaktfläche zwischen Markierelement 12 und Beschriftungsnadelkörper 1 verkleinert, was einen geringeren Reibungswert nach sich zieht. Dies ist besonders vorteilhaft bei Werkstückmaterialien mit sehr geringem Reibungskoeffizienten. Es versteht sich von selbst, dass die Reduktion der Kontaktfläche auch durch Rillen in der Lagerfläche 5 ausgebildet sein kann.
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4 zeigt eine Ausführungsform der Markiervorrichtung mit pneumatischer Vorspannvorrichtung. Hierbei befindet sich ein Beschriftungsnadelkörper 1a innerhalb eines Gehäuses 2 und wird in diesem an mindestens zwei Lagerungen 3a, 4a geführt. Die Längsachse 5 entspricht der Längsachse des Beschriftungsnadelkörpers 1a und des Gehäuses 2. Die Lagerungen ermöglichen eine translatorische Bewegung des Beschriftungsnadelkörpers 1a relativ zum Gehäuse 2. Die Lagerung 4a hat gleichzeitig eine dichtende Funktion. Die Lagerung 3a formt durch eine Endanschlagskante 6a, die auf einer Anschlagskante 7a des Gehäuses eingreift, einen Endanschlag für den Beschriftungsnadelkörper 1a. Die Verstelleinrichtung 8a ermöglicht die Einstellung der pneumatischen Vorspannung. An der vorderen Spitze des Beschriftungsnadelkörpers 1a befindet sich ein Markierelement 12.
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5 zeigt eine Ausführungsform des freien Endes des Beschriftungsnadelkörpers 1 mit geschmierter Lagerung des Markierelements 12. Eine Bohrung 14 entlang der Längsachse 5 ermöglicht einer Schmierung der Lagerfläche 13. Dies reduziert die Reibung zwischen Markierelement 12 und Lagerfläche 13 noch weiter, so dass eine Bearbeitung mit weniger Vorspannkraft möglich wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0982152 [0002]
- DE 10210630 [0003]
- US 6834434 [0004]
- US 6796156 [0005]
