DE2028932A1

DE2028932A1 - Schaltvorrichtung insbesondere fur Bohr spindeln

Info

Publication number: DE2028932A1
Application number: DE19702028932
Authority: DE
Inventors: Joseph Farmington Mich Nitkiewicz (V St A)
Original assignee: Ex-Cell-O Corp
Current assignee: Ex-Cell-O Corp
Priority date: 1969-09-25
Filing date: 1970-06-12
Publication date: 1971-04-22
Also published as: GB1317030A; JPS508140B1; FR2061383A5; CA938137A; US3620132A; DE2028932C2

Description

Dt.-tnm. OIPk.-IN·. M.ftC OI^-MV«. O«.

HÖGER - STELLRECHT -GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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6. Juni 1970

Ex-CeIl-O Corporation
Detroit, Michigan 48232/USA

Schaltvorrichtung insbesondere für Bohrspindeln

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, die sich insbesondere zum Anbau bzw. zur Verwendung in Verbindung mit einer Werkzeugspindel einer Bohrmaschine eignet.

Die Erfindung liegt auf den Gebiet flüssigkeitsgesteuerter Vorrichtungen, wie sie beispielsweise in den US-Patenten 3 215 046 und 2 793 623 dargestellt sind. Anordnungen dieser Art weisen eine Anzahl von rings ua eine Welle angeordneter Rippen bzw. -Flügel auf, wobei die Welle durch Druck einer '■· hydraulischen Flüssigkeit gegen diese Flügel selektiv in Drehung versetzbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Welle, die geeignet ist, sowohl eine Drehais auch eine lineare Bewegung, d.h. eine transversale Bewegung auszufünren.

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Es ist an sich bekannt, eine Welle selektiv festzuhalten, bzw.'anzuziehen und unter Verwendung von Auskuppelanordnungen wieder auszukuppeln bzw. freizugeben. Solche Einrichtungen zum Auskuppeln· einer Welle können beispielsweise elektromagnetische Kupplungen sein, Druckrollen oder STügelanordnungen wie in den weiter oben angeführten Patenten.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, bei einer solchen Welle bzw. allgemein bei einer Schaltvorrichtung sowohl eine transversal lineare Bewegung als auch eine Drehbewegung dieser Welle zu bewirken. .

Zur Lösung dieser Aufgabe., geht die Erfindung aus von einer Schaltvorrichtung, insbesondere zum Anbau bzw. zur Verwendung in Verbindung mit einer Werkzeugspindel "bei Bohrmaschinen und besteht darin, daß Drehbewegungen und lineare Bewegungen ausführende Schaltorgane vorgesehen sind.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist also sowohl eine Drehschalteinrichtung als auch ein Kolben mit einer sich drehenden Spindel und weiterhin mit einer hydraulischen-Druckquelle durch eine Drehkuppeleinrichtung verbunden. Die Betätigung des Kolbens bewirkt, daß eine Zugstange sich in einer linearen Richtung bewegt, wodurch gleichzeitig₉ wenn die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung mit einer sich drehenden Bohrspindel bzw. mit einer Bohrmaschine verbunden ist, aufgrund von sich verjüngenden Nocken das Zurückziehen des Schneidwerkzeuges bewirkt wird; eine solche Anordnung ist im Zusammenhang mit einer Bohrspindel in dem US-Patent 3 391 beschrieben, auf welches Patent in den nachfolgenden Erläuterungen noch öfter Bezug genommen wird, da die vorliegende Erfindung zwar allgemein verwendbar ist, jedoch insbesondere

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in Verwendung mit der in diesem US-Patent beschriebenen B'ohrspindelanordnune einsetzbar ist. Die Drehbewegung der Schaltanordnung bewirkt eine Teilverdrehung der Welle, wodurch die WerkzeuggröSe, wie ebenfalls in des erwähnten US-Patent 3 391 585 beschrieben, verändert bzw. sich ändernden Bedingungen angepaßt wird.

Im Zusammenwirken nit den ausführenden Organen.für die Drehbewegung ist dann noch eine, in einer einzigen Kchtung wir- ' kende Kupplung vorgesehen, die das Zurücklaufen der die Drehbewegung bewirkenden Teile erlaubt, wobei jedoch die von der Drehbewegung gesteuerte Welle "bzw. die Zug- und Übertragungsstange in der neu eingestellten Position verbleiben.

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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen &er Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung entnc-rren werden, in welcher Aufbau und Wirkungsweise eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren in einzelnen näher erläutert sind, dabei zeigt: .

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgezäSen Schalt- ä vorrichtung, wobei der sich drehende Teil der Schaltvorrichtung teilweise im Schnitt ausgeführt ist,

Fig. 2 zeigt, ebenfalls teilweise ir Schnitt,' eine Aufsicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, wobei insbesondere die drehbaren Fiügelteile erkennbar sind,

Fig. 3 zeigt in einer schesaxischen Darstellung die Anordnungen für den Zuflu3 des Hvdrauliknittels zu den Schaltanordnur.gen. 109817/1136

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Das Schneidwerkzeug einer Präzisionsbohrspindel benötigt Anordnungen für die Zurückziehung des Werkzeuges, nachdem der Bohrvorgang beendet wurde, um Markierungen des Werkzeuges während des Rücklaufs bzw. des Rückhubes der Spindel zu vermeiden. Y/eiterhin ist es wünschenswert, .Einrichtungen für eine geregelte bzw. bemessene radiale Ausdehnung des Schneidwerkzeuges vorzusehen, um die Abnutzung des Werkzeuges zu kompensieren, so daß die Abmessungen des Teiles innerhalb der gewünschten Größe oder innerhalb der Toleranzgrenzen verbleiben oder um ggf. das Schneidwerkzeug auf eine andere Bohrungsgröße einzustellen.

Es ist der Zweck der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung, eine kompakte, drehbare Anordnung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, sowohl Zurückzieh- als auch Kompensationsbewegungen, wie weiter oben beschrieben, durchzuführen. Die kompensierenden bzw. die Zurückziehbewegungen werden während der Spindelrotation bei normalen Arbeitsgeschwindigkeiten durchgeführt. Die Einrichtung zum Zurückziehen und zum Kompensieren arbeitet jedoch auch, wenn die Spindeluirdrehung gestoppt wird. Sie ist für jeden Anwendungszweck gedacht und geeignet, der eine kontrollierte bzw. geregelte lineare Bewegung und eine Drehbewegung von irgendeiner praktischen Länge und/oder eine spezifische Drehbewegung innerhalb einer vollen Umdrehung, wie beispielsweise in den; se:.::: erwähnten Patent 3 391 585 beschrieben, erforderlich macht.

Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, ist die aus einen; si er. drehenden Abschnitt 11 und einen feststehenden Abschnitt 51 bestehende Betätigungsanordnur.g mit der Riemenscheibe bzw. mit der Rolle 13 einer Präzisionsbohrspindel, wie in den: erwähnten Patent beschrieben, zusammengebaut.

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Der sich drehende Abschnitt 11 besteht aus einer rotierenden Betätigungsanordnung 15, aus einer Zylinderanordnung 31 und aus einer Verteileranordnung 41. Die rotierende Betätigungsanordnung 15 weist ein Gehäuseteil 21 mit einem Plansch 23 an seinem einen Ende auf, der dazu dient, die gesamte Vorrichtung mit der Riemenscheibe 13 zu verbinden. Weiterhin muß sich die gesamte Vorrichtung aus weiter unten noch zu beschreibenden Gründen in koaxialer Ausrichtung zu der Spindel befinden. Eine langgestreckte Welle 25 ist zur Durchführung einer Drehbewegung nur mit dem Gehäuse 21 verbunden und berührt bzw. grenzt an die innere Bohrungsoberfläche 24 des Flansches 23« Die Welle 25 ist geeignet, an die Anbauschiene bzw. an die Zugstange 27 eine indexähnliche Drehbewegung bzw. eine bezifferte und abgeteilte Drehung (Indexing Type of Rotory Motion) weiterzugeben. Die Anbauschierle 27 ist in dem erwähnten Patent 3 391 585» für welches die vorliegende Erfindung sich insbesondere als eine Verbesserung eignet, mit der Nummer 25 bezeichnet. Eine nur in einer Richtung wirkende Freilaufkupplung 29 stellt eine genaue drehungsmäßige Positionierung der \ Anbauschiene 27 sicher, die Anbauschiene läuft jedoch nicht zurück bzw. sie kehrt nicht zurück bei einer Zurückbewegung der rotierenden Betatigungsanordnung. Infolgedessen wird das Schneidwerkzeug in der kompensierten Stellung gehalten (in dem oben erwähnten Patent ist das Schneidwerkzeug mit der Nummer 38 bezeichnet). Ein besonderes Merkmal der Freilaufkupplung liegt in ihrer Fähigkeit, eine zusätzliche lineare Bewegung der Zugstange bzw. Anbauschiene 27 ohne Keile, Federn oder Nuten usw. zu ermöglichen.

Die Zylinderanordnung 31 besteht aus einer inneren Bohrung 32» die an einen Flansch 33 anstößt. Ein Kolben 35 innerhalb der Bohrung 32 weist eine ringförmige Ausnehmung 36 auf, innerhalb

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welcher sich eine Dichtung 17 befindet. Der Kolben 35 ist geeignet, hinsichtlich der Zugstange 27 eine Vorschub- und eine Rückzugbewegung auszuführen, aus Gründen, die weixer unten noch genauer erläutert werden, die jedoch insbesondere auch dem weiter oben schon erwähnten Patent entnommen werden können. Der Kolben ist mit einer Welle 37 verbunden, die beweglich innerhalb der Bohrung 26 der Welle 25 gleitet. Die Welle 37 weist weiterhin einen zentralen FlüssigkeitsdurchlaiB 38 auf, der aus weiter unten noch zu erläuternden Gründen nit zwei radialen Durchlässen 39 verbunden ist.

Die Verteileranordnung 41 weist eine ringförmige Ausnehmung 40 und Flüssigkeitsdurchlässe bzw. Kanäle 42 und 43 auf, die mit einem Flüssigkeitsdurchlaß 44 in der Zylinderanordnung 31 in Verbindung stehen, welche ihrerseits wieder mit eines Flüssigkeitskanal bzw» -durchlaß 45 in dem Gehäuse 21 in Verbindung stehen. Es ist die Aufgabe dieser Flüssigkeitsdurchlässe, einen Flüssigkeitsfluss bzw. einen -durchtritt in den Raum 46 auf die eine Seite der Rippen, Fahnen bzw. Flügel 47 in dem rotierenden Betätigungsteil 21 zu ermöglichen. . - ,.

Die ringförmige Ausnehmung bzw. der ringförmige Durchlas 40 ist mit einem Flüssigkeitsdurchlaß 48 in der Welle 49 verbunden. Die Welle 49 bildet einen integralen Teil der Verteileranordnung 41 mittels eines Preßsitzes mit der Ausnehmung 50 der Verteileranordnung 41.

Die von der Riemenscheibe 13 beweglichen bzw, drehbaren Teile dieser Vorrichtung sind das drehbare Schaltgehäuse 21, die Zylinderanordnung 31» die Verteileranordnung 41 und die Welle 49.

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Bei den feststehenden Teilen dieser Vorrichtung handelt es sich um die Drehverbindungsanordnung . bzw. Drehkoppeleinrichtung 511 die sich um die Welle 49 dreht. Die Drehkoppe !einrichtung 51 besteht aus zwei Einlassen 53 und 55. Der Einlaß 53 steht mit dem axial sich erstreckenden Flüssigkeitsdurchlaß 54 in Verbindung. Der Einlaß 55 ist nut einer Ausnehmung 56 in der Drehkoppeleinrichtung verbunden. I

Zur Inbetriebnahme wird ein in der Figur 3 dargestelltes, mit 61 bezeichnetes und in drei Positionen einstellbares gerichtetes Ventil verwendet, welches entweder in die Stellung A oder C gebracht werden kann, wobei die Stellung B die Neutralstellung bedeutet.

Befindet sich das gerichtete Ventil 61 in der Stellung B, wie in der Zeichnung dargestellt, dann sind beide Flüssigkeitsdurchlässe 53 und 55 mit dem Ablauf- bzw. dem Flüssigkeitsreservoir 58 verbunden. Beide Schalteinrichtungen, nämlich der Kolben 35 und die Schaltfahne bzw. Schaltflügel 47 befinden sich dann in ihrer normalen zurückgezogenen Stel- f lung bzw. Ruhestellung, wie das in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, und folglich befindet eich das Schneidwerkzeug in seiner normalen Arbeitsstellung.

Die Zurückziehung erfolgt durch Erregung der linken Kagnetspule in dem Ventil 61, die Gesamtanordnung verschiebt sich, in die Stellung A und von der Pumpe wird unter Druck Flüssigkeit in die Leitung 62 bis zu dem Einlaß 53 gepreßt, wie in Fig. 3 dargestellt. Wie der Fig. 1 und der Fig. 3 entnommen werden kann, dringt die Flüssigkeit in den Flüssigkeitsdurchlaß 54 ein und preßt sich gegen die Kolcenocerflache 35 und verursacht so, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Bewegung des

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Kolbens 35 nach rechts. Eine Bewegung des Kolbens 35 nach rechts drückt die Welle 37 gegen die Zug- bzw. die Druckstange 27, was ein radiales Zurückziehen des Schneidwerkzeuges zur FoU_-]Je hat; dies gilt zunächst in Bezug auf die Anordnung, wie sie in dein Patent 3 391 585 dargestellt ist, selbstverständlich ist es möglich, auf diese Art auch andere Schaltvorgänge zu betätigen. Der Hinweis auf das Patent 3 391 585 erfolgt in diesem Zusammenhang beispielsweise, so daß ein anschauliches Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung dargestellt wird.

Das Schneidwerkzeug verbleibt in dieser zurückgezogenen Stellung, bis es aus der Bohrung des V/erkstücks herausgezogen wird. Gleichzeitig fließt die Flüssigkeit auch durch den Durchgang 38 und die radialen Durchlässe 39 bis auf die Rückseite bzw. Rückfläche der Flügel 47. Die Flügel 4-7 verbleiben so gegen die festen Anschläge 59 gedrückt (siehe Fig. 2 und 3), so daß keine Drehbewegung der Zug- bzw. Druckstange 27 auftreten kann.

Bei Entregung der,linken Seite der Magnetspule in dem Ventil 61 wird die Anordnung durch Federkraft wieder in die Stellung B gedrückt, wodurch der Druck in den beiden Leitungen 62 und 63 gleich wird. Der Kolben 35 wird in seine normale zurückgezogene Kolbenstellung zurückgleiten, und zwar aufgrund des' Federdruckes der Feder 65 (siehe Fig. 3), die gegen die Zugstange 27 drückt, die wiederum auf die Welle 37 einwirkt und den Kolben 35 gegen den Anschlag 67 in der Verteileranordnung 41 drückt.

Die sich seinerzeit unterhalb des Kolbens 35 der Ausnehmung bzw. Bohrung 69 befindende Flüssigkeit wird durch die Druckwirkung des Kolbens nach rechts gedrückt, wie der Fig. 1

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entnommen werden kann, flieI3t durch die Querbohrung 34» durch die Durchlässe "bzw. Kanäle 44» 43, 42 in und durch die Ausnehmung 40 dann durch den Durchgang bzw. Kanal 48 in die Ausnehmung 56 und dort durch den Einlaß 55 in das Flüssigkeitsreservoir' 58.

Eine Erregung der rechten Seite des Ventils 61 verursacht eine Verschiebung der Anordnung in die Stellung C, so daß ' Flüssigkeit unter Druck in den Einlaß 55 gepreßt wird, von dort gelangt sie über die Ausnehmung 56 und die Flüssigkeitsleitung 58, die Ausnehmung 40, die Leitungen 42,43» 44 und in den Raum der Drehscheibenbetätigung und auf die Vorderfläche der Flügel 47. Weiterhin fließt Flüssigkeit durch den Durchlaß 34 in den Raum 69 und hält auf diese Art den Kolben 35 gegen den Anschlag 67» so daß leine gleichzeitige "lineare transversale Bewegung auftreten kann, die Flügel 47 werden, jedoch um einen Winkel o£ gedreht, bis sie an dem Anschlag anliegen. Eine solche Drehung bzw. eine Drehbewegung der Flügel 47 verursacht gleichzeitig eine Übertragung der Drehbewegung auf die Zug- bzw. Druckstange 27, und zwar mittels I der Welle 25 und der in nur einer Richtung wirkenden Freilaufkupplung 29. Die Zug- bzw. Druckstange 27 wird also bei jedem Teilvorgang (Indexing cycle) um einen festen, konstanten Drehwinkel, der als WinkelcC bestimmt ist, ausgelenkt. Diese Drehung wird dann in eine radiale Bewegung des Schneidwerkzeuges übertragen, wie sie für die Kompensierung der Abnutzung des Schneidwerkzeuges notwendig ist, oder auch um sich unterschiedlichen Bohrungsgrößen anzupassen, wie das in den in Bezug genommene Patent näher erläutert ist,.

Die Flüssigkeit, die sich in dem Raum 68 befunden hatte, varde von den Flügeln 47 durch die Durchlässe 39, 38, 54 und aus dem Einlaß 53 in das Flüssigkeitsreservoir 58 gedrückt.

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Wird das Ventil 61 wieder entregt, dann läuft die Anordnung unter der Feuerwirkung wieder in ihre aittlere Position B ein, wodurch die Auslässe 43 und 45 direkt mit dem Flüssigkeitsreservoir verbunden werden. Die Federn 70, die beispielsweise den ausgeschnittenen Teilanordnungen der Fig. 2 oder auch der Fig. 3 entnommen «erden können, verursachen einen Rücklauf der rotierenden Betätigungsseialtflügel 47 in ihre normale Ruheposition, d.h. wieder gegen den festen Anschlag 59.

Es ist jedoch offensichtlich, daß die nur in einer Richtung wirkende Freilaufkupplung 29 ein Eückdreken der Zugstange 27 verhindert. Diese Zugstange kann also nur teilweise in einer einzigen Richtung gedreht werden.

Es ist weiterhin offensichtlich, daß ein Rücklauf der Schaltflügel 47 gegen den festen Anschlag 59 auch durch Umschalten des Ventils 61 von der Stellung G in die Stellung A bewirkt werden kann, wodurch die Federn 70 auch noch durch den hydraulischen Preßdruck unterstützt werden.

Der vorhergehend beschriebene Zyklus kann entweder manuell oder auch automatisch von entsprechenden Befehlssignalen gesteuert und vorgenommen werden.

Es versteht sich weiterhin, daß die weiter vorn beschriebene Wirkung auch umgekehrt werden kann, wodurch die gleiche Betätigung mit entsprechend umgedrehten Schaltnocken und Schaltgliedern und einer entsprechend anderen Viirkungsrichtung der Freilaufkupplung vorgenommen werden kanu.

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Claims

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Patentans prüche

M Λ Schaltvorrichtung, insbesondere zum Anbau bzw. zur Ver- ^ wendung in Verbindung mit einer Werkzeugspindel einer Bohrmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß Drehbewegungen und lineare Bewegungen ausführende Schaltorgane (35, 47) vorgesehen sind.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewirkung der Drehbewegung intermittierend und nur in einer Richtung wirkende Drehschaltanordnungen (Flügel 4-7 und gerichtete Freilaufkupplung 29) vorgesehen sind, und daß zur Durchführung der linearen Bewegung ein mit einer Schaltstange bzw. Zugstange (27) in Verbindung stehender

Kolben (35) vorgesehen ist. |

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Bewirkung einer linearen Bewegung der Zugstange mit dieser in Wirkverbindung stehender Kolben (35) sit einer Flüssigkeitsdruckquelle verbindbar ist und daß die Zugstange (27) zusätzlich um einen bestimmten Teilbetrag von dem die Drehbewegung ausführenden Schaltorgan drehbar ist.

4. Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstange (27) beweglich mit eine Bohrspindel betätigenden Schaltteilen verbunden und an dieser angebracht ist.

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Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einer
drehbaren, Drehschalteinrichtungen (47) und lineare Schalteinrichtungen ("35, 37) enthaltenden Schaltanordnungen (15), aus einer feststehenden Drehkuppeleinrichtung (51) und aus einer sowohl von den Drehschaltanordnungen als auch von den linearen Schaltanordnungen betätigten Zugstange (27) besteht»

Schaltvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit den eine Drehbewegung bewirkenden Flügeln (47) eine nur in
einer Richtung wirkende Freilaufkupplung (29) vorgesehen ist» die auf die Zugstange (27) in einer'Richtung eine
Drehbewegung überträgt, daß Übertragungsteile (Welle 25) zur Betätigung der Freilaufkupplung vorgesehen sind und daß der Kolben (35)» der ebenso wie die Schaltflügel (47) von entsprechend gesteuerten hydraulischen Flüssigkeitsdrücken bewegbar ist, der Schaltstange (27) eine axiale Bewegungsrichtung verleiht.

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