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DREH- UND EINSTECHKOPF
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Die Erfindung betrifft einen Dreh- und Einstechkopf zur genauen Bearbeitung
der Endbereiche feststehender, nicht rotierender Werkstücke wie Stabilisatoren von
Automobilfederungen, Kreuzstücken von Kardangelenken usw., mit einer um eine geometrische
Längsachse antreibbaren Hohlwelle, mit einem hierzu koaxialen, fest mit der Hohlwelle
verbundenen Ringkorpus, mit einer koaxial in der Hohlwelle angeordneten, in dieser
bewegbaren Betätigungswelle, die an ihrem im Ringkorpus befindlichen Endbereich
einen gezahnten Körper trägt, mit mindestens zwei weiteren, im Ringkorpus gelagerten,
mit diesem sich drehenden und mit dem gezähnten Körper der Betätigungswelle kämmenden,
kleineren Zahnrädern, die ihrerseits mit Werkzeuge tragenden Werkzeughaltern in
Wirkungs-^ verbindung stehen, welche Werkzeughalter stirnseitig an dem Ringkorpus
mittels einer Befestigungsvorrichtung gelagert sind und welche Werkzeughalter durch
Betätigung der Betötigungswelle im Sinne einer Bewegung der Schneiden der Werkzeuge
auf die geometrische Längsachse zu und von ihr weg bewegbar sind.
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Es gibt unsymmetrische Werkstücke wie z. B. geschmiedete Achsschenkel,
Stabilisatoren für den Automobilbau, Kreuzstücke von Kardangelenken usw., die aus
sog. hochfesten
Materialien sind, die Festigkeiten bis zu 150 kg
haben können. Diese Werkstücke müssen mit sehr großer Genauigkeit bearbeitet werden.
Die Toleranzen liegen z. B. in der Gegend von zweihundertstel Millimeter. An solchen
Werkstücken muß man koaxial z. B.
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mehrere Stufen andrehen. Man kann sie nicht rotierend einspannen und
läßt deshalb den mit Werkzeugen bestückten Kopf rotieren. Die Köpfe müssen nicht
nur hochgenau arbeiten, Vielmehr muß man auch in der Lage sein, mit ihnen schnell
zu arbeiten und ein Programm fahren zu können, da sie häufig in automatisierten
Fertigungsstraßen vorgesehen sind. Die Durchmesser, die an den Werkstücken anzubringen
sind, liegen im Bereich von etwa 5 mm bis 70 mm.
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Bei einem bekannten Kopf dieser Art läuft die Betätigungswelle synchron
mit der Hohlwelle um. Der gezähnte Körper ist kein Zahnrad, sondern hat Umfangsrillen.
In diese Umfangsrillen greift ein Stirnrad, dessen Achse in der Drehrichtung des
Kopfes liegt. Ferner kämmt das Stirnrad mit einer Zahnstange, die radial beweglich
am Kopf gelagert ist und diese Zahnstange ihrerseits trägt den Werkzeughalter. Nachteilig
hieran ist folgendes: a) Bewegt man die Betätigungswelle beispielsweise um einen
Millimeter, dann ändert sich wegen der nicht zu umgehenden 1:1 Übersetzung und wegen
der Kreisgesetzmößigkeit der Durchmesser um 2 mm. Es ist also sehr schwer, genau
einzustellen. Die Einstellpunkte für unterschiedliche Radien liegen sehr dicht beieinander,
so daß die Steuerungsvorrichtung einen hohen Aufwand erfordert. Wenn man genau arbeiten
will, dann erreicht man dies nur über Festanschlöge.
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b) Da der Kopf einen kleinen Durchmesser haben soll, ist die Führung
der Zahnstange notwendigerweise kurz. Dies beeinträchtigt sowohl die Genauigkeit
als auch führt dies
dazu, daß die Führung sich verklemmen kann.
Kurze, tragende Flächen nützen sich auch schnell ab, so daß die -enauigkeit relativ
kurze Zeit anhält.
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c) Sowohl die Schnittkräfte als auch die Fliehkräfte wirken direkt
auf die Betätigungselemente ein und zwar ohne daß sie durch eine Übersetzung herabgemildert
würden.
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d) Die Drehzahl der Köpfe wird unter anderem auch dadurch beschränkt,
daß man ja bei laufendem Kopf in der Lage sein muß, die Werkzeughalter zu verstellen.
Da man die Einstellung beim Übergang auf kleinere Durchmesser gegen die Fliehkraft
durchführen muß, muß die Betätigungsvorrichtung hohe Kräfte aufbringen können. Hohe
Kräfte und hohe Genauigkeit vertragen sich jedoch schlecht.
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e) In die Getriebeteile (Zahnstange, Stirnrad; Rillenhülse) kann Schmutz
kommen, weil der Kopf systembedingt teilweise offen sein muß.
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f) Der Kopf hat einen relativ großen Durchmesser.
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g) Es ist ein spezieller Mikroskopaufsatz notwendig, um die Schneiden
einstellen zu können.
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h) Es müssen Genauigkeitswendeplatten verwendet werden die teuer sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dreh- und Einstechkopf der eingangs
genannten Art anzugeben, der die oben genannten Nachteile vollständig vermeidet,
dabei jedoch aber billiger als der bekannte Kopf ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst:
a)
Die Betätigungswelle dreht sich mit der Hohlwelle und ist axial verschiebbar.
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b) Der gezähnte Körper ist ein schräg verzahntes Stirnrad,das mit
den ebenfalls schräg verzahnten Stimrädern kämmt, die parallel zur geometrischen
Längsachse Planetenrad-artig angeordnet sind.
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c) Mit den Planetenrad-artigen Zahnrädern sind koaxial Wellen verbunden,
die an ihrem freien Ende je einen Exzenterzapfen tragen.
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d) Parallel zur geometrischen Längsachse erstrecken sich auf der Stirnseite
des Ringkorpus Lagerzapfen, auf denen mit einem Auge die Werkzeughalter in einer
Ebene senkrecht zur geometrischen Längsachse schwenkbar gelagert sind.
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e) Die Exzenterzapfen sind über eine Formschlußvorrichtung in erheblichem
Abstand mit den Lagerzapfen verbunden.
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Ein solcher Kopf ist billig, denn schräg verzahnte Zahnräder kann
man heutzutage sowohl billig als auch hochgenau herstellen. Ein solcher Kopf erlaubt
Drehzahlen bis zu 4000 U/Mtn was das Doppelte des seither Üblichen ist und zwar
ohne daß die Steuerung irgendwie beeinträchtigt wird.Man kann normale Wendeplatten
verwenden, die eine jährliche Einsparung von 3 - 4.000.-- DM bedeuten.
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Durch die Merkmale des Anspruchs 2 erreicht man, daß die Steigung
der Stirnräder tatsächlich voll ausgenutzt wird zur Feineinstellung. Dies wäre nicht
der Fall, wenn man die Betätigungswelle auch drehen könnte.
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Durch die Merkmale des Anspruchs 3 kann man auf einfache Weise eine
solche Geradführung erzielen.
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Durch die Merkmale des Anspruchs 4 erreicht man, daß irgendwelche
Herstellungsfehler kompensiert werden können, so daß trotzdem die Exzenterzapfen
stets in der gleiche Exzentrizitätslage sind.
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Durch die Merkmale s Anspruchs 5 kann man eine solche Verstellvorrichtung
besonders einfach realisieren, denn man braucht nur das Drucklager etwas zu verschieben
und festzustellen, um damit die Lage der Planetenrad-artigen Stirnröder und damit
die Lage der Exzenterzapfen zu beeinflußen.
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Durch die Merkmale des Anspruchs 6 erreicht man, daß man ein sehr
festes Drucklager erzeugen kann, dessen Lage in der Sacklochbohrung trotzdem fein
eingestellt werden kann.
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Durch die Merkmale dee Anspruchs 7 vermeidet man, daß das Stirnrad
in einer Richtung entgegengesetzt zum Zylinderstift ausweicht. Auch vermeidet man
hierdurch Beilagscheiben oder maßgerecht eingebaute Druckringe. Diese Bauelemente
wären jedoch grundsätzlich ebenfalls verwendbar.
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Durch die Merkmale des Anspruchs 8 erreicht man, daß man z. B. eine
Speeth-Klemmhülse einspannen kann, mit der man einen Zentrierbohrereinsatz oder
einen Fasenmesser od. dgl.
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haltern kann.
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Durch die Merkmale des Anspruchs 9 erreicht man, daß wegen der Fliehkraft
die Späne stets aus der Höhlung herausfliegen und sich die Höhlung nie mit Drehspänen
oder Schmutz vollsetzt.
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Durch die Merkmale des Anspruchs 10 erreicht man, daß sowohl bei radialen
als auch zentralen Kräften eine einwandfreie Verbindung vorhanden ist und daß der
Exzenterhub nur mit seiner in Richtung der Kulissenverbindung wirkenden Komponente,
dagegen nicht mit der hierzu senkrechten Komponente den Werkzeughalter verstellt.
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Durch die Merkmale des Anspruchs 11 erreicht man eine besonders einfache
Kulissenverbindung.
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Durch die Merkmale des Anspruchs 12 erreicht man mit minimalem Aufwand,
daß man die Schneidengeometrie einfach einstellen kann ohne die Tätigkeit der Exzenterzapfen
zu behindern. Mit der Schneidengeometrie ist gemeint, daß man die Schneide direkt
zur geometrischen Längsachse oder diesseits von dieser oder jenseits von dieser
richten kann. Dies ergibt bekanntlich bei der Arbeit unterschiedlich Spanformen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung geht aus der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels hervor. In der maßstäblichen,
teilweise im Maßstab 1 1 dargestellten Zeichnung zeigen: Fig. 1 Eine Darstellung
im Maßstab 1 : 2 eines Axialschnitts durch den Kopf ohne Werkzeughalter und zur
Steuerungsseite hin abgebrochen,
Fig. 2 ein Schnitt längs der Lnie
2-2 in Fig. 1 in verkleinertem Maßstab, Fig. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 in
Fig. 1, Fig. 4 eine Ansicht gemäß dem Pfeil A in Fig. 1 ohne Werkzeughalter, Fig.
5 eine Ansicht ähnlich Fig. 4, jedoch mit Werkzeughaltern und Werkzeugen, Fig. 6
die Draufsicht auf einen Werkzeughalter im Maßstab 1:1, Fig. 7 die Rückansicht zu
Fig. 6 im Maßstab 1:1, Fig. 8 die Stirnansicht zu Fig. 6 im Maßstab 1:1 Fig. 9 die
Draufsicht auf das Gleitstück im Maßstab 1:1 Fig. 10 die Ansicht gemäß dem Pfeil
B von Fig. 9.
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Ein Kopf 11 ist über Schrauben 12 und einen Flansch 13 mit einer Hohlwelle
14 verbunden, die rechts in nicht dargestellter, jedoch bekannter Weise angetrieben
wird. In der Hohlwelle 14 ist koaxial zur geometrischen Längsachse 16 eine Betätigungswelle
17 vorgesehen.
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Diese Betätigungswelle 17 ist in den Richtungen des Doppelpfeils 18
durch eine an sich bekannte Steuervorrichtung bewegbar. Um den Abfluß von Schmiermitteln
zu verhindern, ist in den Flansch 13 innen eine Dichtung 19 eingepaßt, an deren
Innenumfang die im Durchmesser reduzierte Kreiszylinderfläche 21 anliegt.
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Der Kopf 11 umfasst einen Ringkorpus 22 bestehend aus einem hinteren
Ring 23 und einem vorderen Ring 24. Der hintere Ring 23 und der vordere Ring 24
haben gleichen Außendurchmesser und im wesentlichen auch gleichen Innendurchmesser,
sind durch Zugschrauben 26 fest miteinander verbunden, die von der Stirnseite 27
des Kopfes 11 hereingeschraubt sind.
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Außerdem sind der hintere Ring 23 und der vordere Ring 24 längs komplementärer
Stufen 28 aneinander gehalten und zentriert. Diese Zweiteilung des Ringkorpus 22
trägt dazu bei,
den Kopf 11 billig herzustellen, zu justieren und
evtl. nachzujustieren.
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Im hinteren Ring 23 ist gemäß Fig. 5 oben eine Längsnut 28 eingearbeitet,
die sich ganz durch den Ring 23 hindurch erstreckt. Hier hinein und in den Hohlraum
29 erstreckt sich eine Schmiermittelbohrung 31, an deren äußerem Ende ein Schmiernippel
32 sitzt.
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Jeweils um 120 Grad um die Längsachse 16 versetzt ist von der linken
Stirnfläche 33 des Rings 23 her jeweils ein Sackloch 34 gebohrt, dessen Boden in
eine Kegelsenkung 36 übergeht, diese wiederum geht nach rechts in eine Hilfsbohrung
37 über. Diese Anordnungen sind koaxial zu geometrischen Längsachsen 38, 39, 41,
die ihrerseits parallel zur Längsachse 16 sind.
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In jedem Sackloch 34 ist ein Zylinderstift 42 koaxial und ohne besondere
Maßnahmen längs verschieblich auf dem größten Teil seiner Länge gelagert. Mit seinem
linken Endbereich ragt er in etwa kreiszylindrische Ausnehmungen 43, 44, 46 des
Rings 24. Jeder Zylinderstift 42 hat ein koaxiales Innengewinde 47,dos von seiner
rechten Seite her eingeschnitten ist. In das Innengewinde 47 ist eine Stiftschraube
48 eingedreht, die mit ihrer rechten Kegelfläche 49 sich in der Kegel senkung 36
abstützt undAxialschub aufnimmt. Damit kann die axiale Lage jedes Zylinderstifts
42 fein eingestellt werden. Um nach der Einstellung den Zylinderstift 42 an evtl.
Rotationen zu hindern, ist eine Madenschraube 51 radial und in das Sackloch 34 treffend
eingeschraubt.
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Am linken Ende trägt die Betätigungswelle 17 ein linkes Außengewinde
52, das in ein entsprechendes Innengewinde eines Zahnrads 53 eingeschraubt ist.
Das Zahnrad 53 ist koaxial
zur Längsachse 16 und hat eine kreiszylindrische
Innenbohrung 54,mit einem kreiszylindrischen Außenbund 56 ist es längsverschieblich
an den Außenflächen des Hohlraums 29 geführt. Gemäß Fig. 1 oben ist in den Außenbund
56 ein Keil 55 eingelassen, mit einer weiter vorne vorgesehenen Schraube 57 am Zahnrad
53 und ebenso mit einer längeren Schraube 58 befestigt, die zusätzlich als Verdrehsicherung
noch in das Außengewinde 52 eingeschraubt ist. Gegeben durch die Länge des Hohlraums
29 und durch die schüsselförmige Ausdrehung im Flansch 13 kann der Keil 55 und damit
auch das Zahnrad 53 um 66 mm maximal verschoben werden. Das Zahnrad 53 hat 24 Zähne,
sein Modul ist drei und der Schrägverzahnungswinkel ist 25 Grad. Die nutzbare Zahnlänge
beträgt etwa 100 mm. Befindet sich das Zahnrad 53 in seiner ganz linken Lage, dann
erstreckt es sich fast ganz in die kreiszylindrische Ausnehmung 59 des Rings 24.
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Damit das Zahnrad 53 nicht nur fliegend gelagert ist, ist an die linke
Seite des Zahnrads 53 ein Abstreifring 61 angeschraubt, der eine Innenbohrung 62
fluchtend mit der Innenbohrung 54 hat, dessen äußere kreiszylindrische Fläche 63
koaxial zur Längsachse 16 ist und in der Ausnehmung 59 anliegt und einige Umfangsnuten
hat, von denen eine mit einer Dichtung gefüllt ist.
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Die Ausnehmungen 43, 44, 46 schneiden, wie man am besten in Fig. 2
sieht, die Ausnehmung 59.
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In den Ausnehmungen 43,44,46 sitzen ähnlich wie Planetenräder kleinere
Stirnräder 64,66, 67 mit 16 Zähnen, einem Modul von drei und einem Schrägverzahnungswinkel
von ebenfalls 25 Grad und kämmen mit dem Zahnrad 53. Die Stirnräder 64, 66, 67 sind
koaxial zu den Längsachsen 38, 39, 41. Mit einem rechten Bund 68 liegen sie an der
linken Stirnfläche
der zugehörigen Zylinderstifte 42 an. Links
gehen sie einstückig in Wellen 68, 69, 71 über, die in ihrem mittleren Bereich ein
Kreiszyinderstück 72, 73, 74 haben, mit denen sie in ebensolchen Durchgangsbohrungen
76, 77, 78 gelagert sind. Zwischen den Stirnrädern 64, 66, 67 und den Kreiszylinderstücken
72, 73, 74 befinden sich jeweils ein im Querschnitt dreieckiges Verbndungsstück
79, das die Durchgangsbohrung 76, 77, 78 nicht vollständig füllt und damit den Schmiermittelfluß
begünstigt, Links setzen sich die Kreiszylinderstücke 72, 73, 74 in koaxialen Fortsätzen
81, 82, 83 fort, die fast bis zur Stirnseite 27 reichen.
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Die Fortsätze 81, 82, 83 gehen einstückig in Exzenterzapfen 84, 86,
87 über, von denen in Fig. 1 nur einer gezeichnet ist. Sie sind als kreiszylindrische
Körper ausgebildet, die gemäß Fig. 4 etwa 2/3 des Durchmessers der Fortsätze 81,
82, 83 haben, eine Exzentrizität von etwa 6 mm aufweisen und deren geometrische
Längsachse 88, 89, 91 parallel zur Längsachse 16 stehen und genau senkrecht zur
Stirnseite 27 stehen.
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In der Winkelhalbierenden der Längsachsen 38, 39, 41 und damit untereinander
um 120 Gra versetzt, sind von der Stirnseite 27 her Sacklochbohrungen 92, 93, 94
in den Ring 24 eingebracht, deren Boden jeweils in ein Gewindeloch 96 übergeht.
Die Sacklochbohrungen 92, 93, 94 und die Gewindelöcher 96 erstrecken sich längs
geometrischer Längsachsen 97, 98, 99, die ihrerseits parallel zur Längsachse 16
sird. In die Gewindelöcher 96 ist eine Innensechskant-Schraube 101 eingeschraubt,
die der besseren Übersicht halber nur in Fig. 1 einmal dargestellt ist.
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Drei Bundbolzen 102, 103, 104 werden von den Innenmehrkant-Schrauben
101 durchquert.
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Ihr kreiszylindrischer Schaft 106, 107, 108 sitzt praktisch spiellos
in den Sacklochbohrungen 92, 93, 94. Mit einem Kragen 109 sitzen die Bundbolzen
102, 103, 104 auf der Stirnseite 27 auf. Die Bundfläche 111, 112, 113 ist kreiszylindrisch,
hat jedoch eine Exzentrizität von etwa 1 mm gegenüber den Längsachsen 97, 98, 99.
Koaxial zur geometrischen Längsachse der Bundflöchen 11, 112, 113 ist jeweils der
Haltekopf 114, 116, 117 angeordnet.
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In Fig, 5 sind 3 Gleitstücke 118, 119, 121 dargestellt, die den dort
ersichtlichen Außenumriß haben. Das Gleitstück 118 ist in Fig. 9 und 10 herausgezeichnet.
Die Gleitstücke sind untereinander gleich und haben eine Durchgangsbohrung 122,
die mit sehr guter Sitzqualität auf die zugehörigen Exzenterzapfen 84, 86, 87 passen.
Ferner haben die Gleitstücke 118, 119, 121 jeweils eine Schwalbenschwanznut 123.
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In der Schwalbenschwanznut 123 ist ein Schwalbenschwanz 124 geführt,
der an Werkzeughaltern 126, 127, 128 vorgesehen ist. Der Werkzeughalter 126 ist
in den Fig. 6 - 8 herausgezeichnet. Der Werkzeughalter 126 hat dis dort gezeigte
Umrißform. Er liegt mit seiner Fläche 129 auf der Stimseite 27 auf und hat eine
Durchgangsbohrung 131, die senkrecht zur Fläche 129 steht und paßgenau an der Bundfläche
113 schwenkbar geführt ist. Der Haltekopf 117 liegt praktisch spiellos auf der Fläche
132 auf.
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Der Werkzeughalter 126 hat eine etwa dreikantprismatische Ausnehmung
133. In diese können an sich bekannte Werkzeuge 134, 136, 137 eingelegt und mit
Schrauben 138, 139 befestigt werden, die die Werkzeuge 134, 137, 136 unter einem
Winkel von 45 Grad durchqueren und in Innengewindebohrungen 141, 142 eingeschraubt
sind, die im Eck der
Ausnehmung 133 vorgesehen sind, Die Werkzeuge
134, 136, 137 umfassen in üblicher Weise eine Auflageplatte 143, eine Wendeplatte
144, eine Spanbrecherplatte 146 und eine Spannschraube 147.
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Bei der gewählten Geometrie der Zahnradsteigungen, der Übersetzung
von Zahnrad zu Zahnrad und der Exzentrizität der Exzenterzapfen 84, 86, 87 gelingt
es bei maximalem Hub des Zahnrads 53 die Exzenterzapfen 84, 86, 87 um 65 Grad um
die Längsachsen 38, 39, 41 zu drehen. Dies bewirkt, daß sich die Schwalbenschwanz
nut 123 relativ zum Schwalbenschwanz 124 verschiebt und damit die Wendeplatten 144
als das eigentliche Schnittwerkzeug näher auf die Längsachse 16 zu oder von ihr
weg bewegt werden.
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Der Kopf 11 des Ausführungsbeispiels hat einen Durchmesser von 200
mm, ist also klein.
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Seine Länge beträgt etwa 160 mm und auch diese Länge ist klein.
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Wegen der relativen Lage der Längsachsen 97, 98, 99 einerseits, der
Längsachsen 38, 39, 41 andererseits und der Schneiden der Wendeplatten 144 wird
sowohl die Zentrifugalkraft als auch die durch das Arbeiten entstehende Kraft günstig
aufgenommen und es entsteht zusätzlich zu der Zahnradübersetzung und der Exzentrizität
der Exzenterzapfen 84, 86, 87 nochmals eine günstige Untersetzung. Dabei brauchen
die Exzenterzapfen 84, 86, 87 nur einen Teil der Kräfte aufzufangen Statt die Stirn
räder 64, 66, 67 durch Feder belastete Druckbolzen 148 durch Anpressung spielfrei
zu machen, kann man auch z. ß einen Bronzering verwenden, der an der gem.
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Fig. 1 linken Seite der Stimräder 64, 66, 67 anliegt und jeweils so
breit ist, daß jedes
Stirnrad 64, 66, 67 seine richtige axiale
Lage einnimmt. In diesem Fall kann man den Zylinderstift 42 durch einen nicht einstellbaren
Stift, Bolzen oder Bundbolzen ersetzen.
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Durch die Übersetzung der Zustellung der Schneiden kann auch mit normalen
Hartmetallwendeplatten eine hohe Genauigkeit erreicht werden.
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Die relativ hohe Drehzahl ergibt durch die auftretende Fliehkraft
eine absolut spielfreie Übertragung der Einstellwerte.
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Durch gleichmässiges Verschieben des Zug rohres ist es möglich in
Verbindung mit der Vorschubbewegung Kegel und Fasen zu drehen.