DE3249919C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beschriften der Oberfläche von Werkstücken aus insbesondere weichen und bzw. oder zähen Materialien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Schreibköpfe sind verschiedene Elemente, wie bspw. elektrochemische, pyrographische Schreibköpfe, Frässpindeln oder, wie aus der eine oben bezeichnete Vorrichtung behandelnden DE-OS 24 20 139 ersichtlich ist, Graviernadeln bekannt. Allen diesen Schreibköpfen gemeinsam ist der Nachteil, daß die Oberfläche des Werkstückes einen Grat aufweist und daß teilweise Späne oder dergleichen abgeführt werden müssen. Desweiteren sind derartige Schreibköpfe bei manchen Teilen, wie beispielsweise Flugzeugteilen unerwünscht, da sie eine gewisse Kerbwirkung auf das Material ausüben. Desweiteren wird in diesem Beschriftungsbereich das Werkstück nicht nur beschädigt, sondern unter Umständen geschwächt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Beschriften der Oberfläche von Werkstücken der eingangs nicht nur spanlos und gratfrei, sondern auch beschädigungsfrei erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer eingangs bezeichneten Vorrichtung zum Beschriften der Oberfläche von Werkstücken die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Ein solcher Schreibkopf hat gegenüber beispielsweise einer Frässpindel, einer Graviernadel oder dergleichen den Vorteil, daß die Beschriftung durch Eindrücken der Kugel in die Werkstückoberfläche erfolgt, was nicht nur spanlos erfolgt, sondern auch sehr sauber ist, da kein Grat stehenbleibt. Außerdem wird die Werkstückoberfläche nicht beschädigt und das Werkstück selbst in diesem Bereich nicht geschwächt. Diese Art des Beschriftens ist somit auch beispielsweise bei Flugzeugteilen anwendbar. Bei diesem Beschriften erfolgt eine Kaltverformung; außerdem ist es nahezu geräuschlos. In Versuchen wurden hohe Standzeiten erreicht. Diese Art der Beschriftung kann insbesondere bei weichen und bzw. oder zähen Materialien, wie Aluminium, Kupfer, Messing und gegebenenfalls auch Kunststoff erfolgen. Da sie mittels Eindrücken bewerkstelligt wird, ist sie aber auch bei rostfreien Edelstählen möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Beschriften von Werkstücken,

Fig. 2 die Vorderansicht gemäß Pfeil II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Werkzeughalter gemäß der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Werkzeughalters gemäß Pfeil IV der Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht gemäß einer Variante der Vorrichtung zum Beschriften von Werkstücken mit zylindrischer Oberfläche,

Fig. 6 die Vorderansicht gemäß Pfeil VI der Fig. 5,

Fig. 7 eine Ansicht eines bei einer Vorrichtung zum Beschriften von Werkstücken verwendeten mechanischen Schreibkopfes, und

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie IX-IX der Figur.

Die Vorrichtung 50 dient zum Beschriften von Werkstücken beliebigen Materials und beliebiger Form, wobei die Beschriftung der Werkstückoberflächen nach der Wahl des Beschriftungsverfahrens und dem Einsatz des entsprechenden Schreib­ kopfes 1 und des Inhalts der Beschriftung im wesentlichen vollautomatisch erfolgt. Mit der Vorrichtung 50 ist es möglich, die unterschiedlichsten Schreib- bzw. Arbeitsköpfe 1,1′ bzw. 1′′ rasch und einfach auszuwechseln, so daß jegliche Arten von Beschriftungsverfahren durchführbar sind, wie bspw. die elektrochemische, die pyrographische oder die einfache Farbschreibbeschrif­ tung oder auch eine Beschriftung mittels Rollkugeln Frässpindeln, Gravierspindeln, Vibratorköpfe od. dgl.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist bei der Vor­ richtung 50 ein schematisch dargestellter Arbeitskopf 1 an einem Werkzeughalter 24, der am Ende einer Führungsstange 25 befestigt ist, leicht auswechselbar gehalten. Die Füh­ rungsstange 25 hat einen Kreisquerschnitt und ist in einem Lagerbock 26 in Y-Richtung über Kugelführungsbüchsen durch einen Schritt­ motor 27 gesteuert geführt. Dieser Schritt­ motor wird durch eine elektronische, program­ mierbare Beschriftungs- und Bewegungssteuerung 4 angesteuert und treibt einen über eine Gegenrolle 28 geführten Zahnriemen 29 an, dessen eines Trumm mit dem dem Werkzeughalter 24 gegen­ überliegenden Ende der Führungsstange 25 ge­ koppelt ist. Der Schrittmotor 27 und die Gegen­ rolle 28 sind an einen entsprechenden Ausleger 30 des Lagerbocks 26 fest mit diesem verbunden angeordnet. Die Führungsstange 25 ist in nicht dargestellter Weise gegen Verdrehung gesichert, bspw. durch eine Längsnut mit Führungsstift.

Selbstverständlich kann die Führungsstange 25 zur stabilen Führung auch einen beliebigen anderen Querschnitt aufweisen. Sie muß nur im Lagerbock 26 längsverschiebbar geführt sein.

Der Lagerbock 26 seinerseits ist in X-Richtung senkrecht zur Y-Richtung über einen Schritt­ motor 31 ebenfalls durch die elektronische, programmierbare Beschriftungs- und Bewegungs­ steuerung 4 gesteuert verschiebbar geführt, und zwar wegen des höheren Gewichts, zweck­ mäßigerweise an zwei Stangen 32, die zur Herab­ setzung der Reibung ebenfalls in Kugelführungen im Lagerbock 26 leichtgängig geführt sind. Der Schrittmotor 31 treibt ebenfalls einen Zahn­ riemen 33 an, der über eine Gegenrolle 34 end­ los umläuft und dessen eines Trumm fest mit dem Lagerbock 26 gekoppelt ist. Die Stangen 32 und der Schrittmotor 31 mit der Gegenrolle 34 sind an einer Trägerplatte 35 angeordnet, die ihrerseits mittels einer Handkurbel 49 höhen­ verstellbar an einem Ständer 48 gehalten ist. Die X-Y-Ebene verläuft dabei parallel über der zu beschriftenden Oberfläche 11 eines Werkstücks 10. Mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten in Portalbauweise ausgeführten Vorrichtung 50 können daher ebene Flächen beschriftet werden. Bei einer Anordnung des Arbeitskopfes 1 mit der Möglichkeit einer vertikalen Ver­ schiebung gegenüber dem Werkzeughalter 24 können auch in begrenztem Umfang räumliche Oberflächen 11 beschriftet werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen im Detail ein be­ vorzugtes Ausführungsbeispiel eines Werkzeug­ halters 24, der die verschiedenartigsten Arbeitsköpfe 1 auswechselbar halten kann. Der Werkzeughalter 24 ist zweiteilig ausgebildet, d. h. er besteht im wesentlichen aus einem an der Führungsstange 25 befestigten ortsfesten Teil 51, an dem in Richtung der Z-Achse, also senkrecht zur X-Y-Ebene ein bewegbares Auf­ nahmeteil 52 für den oder die Arbeitsköpfe 1 verschiebbar gehalten ist. Das Aufnahmeteil 52 ist nach Art einer Klammer U-förmig ausgebildet, wobei die beiden kurzen Schenkel 53 und 54 die obere und untere Stirnfläche 46, 47 des orts­ festen Teils 51 im Abstand über- bzw. unter­ greifen. Der Verbindungsschenkel 56 zwischen den beiden Schenkeln 53 und 54 ist an der der Führungsstange 25 abgewandten Seite des ortsfesten Teils 51 angeordnet. Die beiden Schenkel 53 und 54 des beweglichen Aufnahme­ teils 52 sind an den beiden Enden einer Füh­ rungssäule 57 unverschiebbar befestigt, die an einem Seitenbereich im ortsfesten Teil 51 in Richtung der Z-Achse beweglich geführt ist. An der dieser Führungssäule 57 gegenüber­ liegenden Seite ist im ortsfesten Teil 51 eine zweite Führungssäule 58 in Richtung der Z- Achse verschiebbar geführt. Diese zweite Füh­ rungssäule 58 durchdringt an ihrem unteren Ende den unteren Schenkel 54 des beweglichen Aufnahmeteils 52 ebenfalls längsverschiebbar und ist an ihrem oberen Ende in einer Zylinder­ bohrung 59 im beweglichen Aufnahmeteil 52 längsverschiebbar aufgenommen. In dieses obere Ende der zweiten Führungssäule 58 ist ein Ver­ stellstift 61 eingeschraubt, der den oberen Schenkel 53 längsverschieblich durchdringt und an seinem freien äußeren Ende mit einem Ver­ stellrad 62 und einer Kontermutter 63 ver­ sehen ist. An einem Längsbereich zwischen dem oberen Schenkel 53 des beweglichen Aufnahmeteils 52 und der oberen Fläche 46 des ortsfesten Teils 51 ist an der zweiten Führungssäule 58 ein Abstützring 64 unverschiebbar befestigt. Am unteren den unteren Schenkel 54 durch­ dringenden Ende ist ggf. zusätzlich zum Ab­ stützring 64 ein Anlagefuß 66 befestigt. Der obere Schenkel 53 des beweglichen Auf­ nahmeteils 52 ist im Bereich zwischen den beiden Führungssäulen 57 und 58 mit einer Zylinderbohrung 67 versehen, in die ein Stift 68 greift, der sich einenends an der Ober­ seite 46 des ortsfesten Teils 51 abstützt und der andernends innerhalb der Zylinderboh­ rung 67 von einer Druckfeder 69 umgeben ist, die sich zwischen dem Ende des Stiftes 68 und einem unteren Bohrungsrand 71 der Zy­ linderbohrung 67 abstützt.

Die Wirkungsweise des Werkzeughalters 24 ist folgende: Das bewegliche Aufnahmeteil 52 wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel relativ zum ortsfesten Teil 51 pneumatisch bewegt, wo­ bei die Zylinderbohrung 67, in die eine pneuma­ tische Anschlußbohrung 72 mündet, und der Stift 68 eine erste Kolben-Zylinder-Einheit 73 und die Zylinderbohrung 59, die ebenfalls mit einer Anschlußbohrung 76 versehen ist, und die zweite Führungssäule 58 eine zweite Kolben- Zylinder-Einheit 77 bilden. Wird der An­ schlußbohrung 72 der ersten Kolben-Zylinder- Einheit 73 Druckluft zugeführt, so wirkt diese Druckkraft zwischen dem Grund der Zy­ linderbohrung 67 und dem Stift 68, so daß sich der bewegbare Aufnahmeteil 52 relativ zum ortsfesten Teil 51 nach oben bewegt, d. h. der am Werkzeughalter 24 bzw. dessen be­ wegbarem Aufnahmeteil 52 befestigte Arbeits­ kopf 1 bewegt sich nach oben. Dabei wird ein relativ großer Hub von bspw. etwa 10 mm durch­ geführt, so daß der Arbeitskopf 1 in ein­ facher Weise gegen einen anderen Arbeitskopf 1′, wie er in Fig. 4 bspw. als Ritznadel schematisch dargestellt ist, ausgewechselt werden kann. Wird Druckluft von dieser ersten Kolben-Zylinder-Einheit 73 weggenommen, so bewegt sich das bewegbare Aufnahmeteil 52 unter seinem Eigengewicht nach unten so lange, bis entweder, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, der Anlagefuß 66 auf der zu beschriftenden Oberfläche 11 des Werkstücks 10 aufliegt, oder, wenn dieser nicht vorhanden ist, so lange, bis der Abstützring 64 auf der Oberseite 46 des ortsfesten Teils 51 aufliegt. Wird nun der Anschlußbohrung 76, die mit der Zylinder­ bohrung 67 der zweiten Kolben-Zylinder-Ein­ heit 77 verbunden ist, Druckluft zugeführt, so ergibt sich auch hier eine Druckkraft zwi­ schen der zweiten Führungssäule 58 und dem Grund dieser Zylinderbohrung 67, so daß sich, da die zweite Führungssäule 58 sich entweder über den Abstützring 64 am ortsfesten Teil 51 oder über den Anlagefuß 66 am Werkstück 10 abstützt, der bewegbare Aufnahmeteil 52 nach oben bewegt, und zwar unter einem relativ geringen Hub, der vom Abstand h zwischen der Oberseite des Schenkels 53 und der Unterseite der Kontermutter 63 bestimmt ist. Da am be­ wegbaren Aufnahmeteil 52 der Arbeitskopf 1′ befestigt ist, wird dieser nach oben bewegt, wobei sich bspw. seine Schreibspitze von der Werkstückoberfläche 11 abhebt. Wird die Druck­ luft abgeschaltet und entlüftet, so bewegt sich das bewegbare Aufnahmeteil 52 unter seinem Eigengewicht nach unten, so daß die Schreib­ spitze des Arbeitskopfes 1′ auf die Oberfläche des Werkstücks 10 gelangt. Dieser von der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 77 ausge­ führte geringe Hub, dient dazu, den Arbeits­ kopf 1′ bzw. dessen Schreibspitze dann von der Werkstückoberfläche abzuheben, wenn z. B. in einem in Druckbuchstaben aufzuzeichnenden Wort vom Ende eines Buchstabens zum An­ fang des folgenden Buchstabens gefahren werden muß. Es versteht sich, daß an der schematisch dargestellten Aufnahme am Ver­ bindungsschenkel 56 des bewegbaren Aufnahme­ teils 52 die oben erwähnte Vielzahl von Ar­ beitsköpfen 1, 1′ usw. leicht auswechselbar befestigbar sind.

Gemäß den Fig. 5 und 6 ist die Vorrichtung 50 auch zur Beschriftung von kreiszylindri­ schen und bei Verwendung einer Zusatzeinrich­ tung auch von kegeligen Flächen geeignet. Für entsprechende Teile werden dabei die gleichen Bezugszeichen verwendet, wie bei der Beschrei­ bung der Fig. 1 bis 4. Der Werkzeughalter 24 mit dem Arbeitskopf 1 kann durch die elek­ tronische Bewegungs- und Beschriftungssteuerung 4 gesteuert parallel über einer Aufspannplatte 12 in die X-Y-Ebene bewegt werden. Zusätzlich ist nun am Lagerbock 26 ein Rollenbock 36 über Führungen 37 höhenveränderbar ange­ ordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf der Unterseite des Rollenbocks 36 zwei parallele Rollen 38 im Abstand symme­ trisch zum Arbeitskopf 1 angeordnet. Diese Rollen 38 liegen auf der Oberfläche 11′ des zu beschriftenden zylindrischen Werkstücks 10′ auf, wobei die Achsen des Werkstücks 10′ der zylindrischen Rollen 38 und die Y-Achse parallel zueinander verlaufen. Das Werkstück 10′ ist durch An­ schlagleisten 40, 40′ gegen eine Verschiebung in Y-Richtung gesichert, läßt aber ein Ab­ rollen des Werkstücks 10′ in X-Richtung zu. Es kann damit die ganze Oberfläche des Werk­ stücks 10′ durch den Arbeitskopf 1 durch ent­ sprechende Steuerung der elektronischen Be­ wegungs- und Beschriftungssteuerung 4 be­ schriftet werden. Bei einer Verschiebung in Y-Richtung gleiten die Rollen 38 auf dem Werkstück 10′, während bei einer Verschiebung in X-Richtung das Werkstück auf der Platte 12 abrollt. Ein Durchrutschen kann noch dadurch verhindert werden, daß das Werkstück 10′ von einem Spannband umschlungen wird, ggf. mit mehreren Umschlingungen, wobei die Enden des Spannbandes dann auf der Platte 12 fest­ gelegt sind.

Eine Beschriftung von kugelförmigen Werk­ stücken wird möglich, wenn anstelle der zwei Rollen 38 drei Kugeln im Rollenbock 36 symmetrisch zum Arbeitskopf 1 angeordnet werden. Durch eine Verstellung in X-Y-Richtung kann damit jeder Punkt der Kugel beschriftet werden, wenn der Hubbereich X-Y der Vor­ richtung mindestens dem Kugelumfang entspricht.

Zur Anpassung an unterschiedliche Durchmesser von zylindrischen Werkstücken 10′ oder kugel­ förmigen Werkstücken ist es möglich, die Rollen 38 an Hebeln anzubringen, die am Rollenbock 36 schwenkbar und in einer bestimmten Winkelstel­ lung fixierbar oder in Richtung zum Werkstück federbelastet sind.

Die Fig. 7 und 8 zeigen einen Arbeits­ kopf 1′′ zum mechanischen Beschriften von Oberflächen 11 von Werkstücken 10 aus vor­ zugsweise weichen und/oder zähen Materialien, wie bspw. Aluminium, Kupfer, Messing oder auch Kunststoff, wobei es aber auch möglich ist, bspw. rostfreie Edelstähle mit diesem Arbeitskopf 1′′ zu beschriften. Dieser Ar­ beitskopf 1′′ ist eine handelsübliche Kugel­ schreibermine 81.

Gemäß Fig. 8 ist bei der Kugel­ schreibermine 81 eine Kugel 82 drehbar ge­ lagert. Das hintere einspannbare Ende ist hohl ausgebildet, d. h. es besitzt einen Hohl­ raum zur Aufnahme einer Flüssigkeit, das übergeht in eine Zuführbohrung 84 in einer sich verjüngenden Spitze 86, die eine Lager­ schale 87 zur Aufnahme der Kugel 82 besitzt. Die Anordnung von Lagerschale 87 und Kugel 82 ist derart, daß die Kugel in senkrecht nach unten zeigendem Zustand einerseits nicht herausfallen kann, aber andererseits die Öff­ nung 88 der Lagerschale 87 dichtend abschließt. Wird die Kugelschreibermine 81 auf den zu be­ schriftenden Gegenstand aufgesetzt, so kann sich die Kugel 82 ein Stück nach innen be­ wegen, so daß die Öffnung 88 freigegeben wird und die Flüssigkeit zwischen der Innenseite der Lagerschale 87 und dem Außenumfang der Kugel 82 durchtreten kann. Außerdem ist die Lagerung derart, daß sich die Kugel 82 während des Schreibens rollend bewegt. Bei einem be­ stimmten Druck auf die Kugelschreibermine bzw. die Kugel 82 drückt sich die Kugel 82 in die Oberfläche des zu beschriftenden Werkstückes ein, wodurch die Beschriftung erfolgt. Dieses eindrückende Beschriften hat den Vorteil, daß anders als beim Ritzen kein Grat od. dgl. stehen bleibt.

Beim Ausführungsbeispiel ist die Kugelschreiber­ mine 81 mit einem Schmiermittel, wie bspw. Öl gefüllt, um eine rollende Lagerung der Kugel 82 auch bei höherem Druck zu gewährleisten. Diese Schmierflüssigkeit kann entweder drucklos oder unter Druck zuge­ führt werden, was im letzteren Falle mit Hilfe eines Druckluftanschlusses an das hintere offene Ende der Kugelschreibermine 81 erfolgen kann.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Beschriften der Oberfläche von Werkstücken aus insbesondere weichen und bzw. oder zähen Materialien, mit einem einen Schreibkopf aufnehmenden Werkzeughalter, der in mindesten zwei zueinander senkrechten Ebenen bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf (1′′) eine Kugel (82), die in einer Lagerschale (87) gegen Herausfallen gesichert und rollend aufgenommen ist, und einen Hohlraum, der mit der Lagerschale in Verbindung steht und mit einem Schmiermittel gefüllt ist, aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum unter Druck gesetzt ist, vorzugsweise durch Druckluft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf (1′′) eine handelsübliche leere Kugelschreibermine (81) ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel flüssig ist.