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Prägewerkzeug
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Die Erfindung betrifft ein Prägewerkzeug, das insbesondere zum Prägen
von alphanumerischen Zeichen geeignet ist und dazu dienen kann, Typenkennzeichnungen,
Seriennummern und andere Erkennungszeichen an Werkstücken anzubringen. Als zu prägende
Werkestücke kommen in erste Linie Blechteile oder andere Metallgegenstände in Betracht.
Das erfindungsgemäße Prägewerkzeug besitzt ein Gehäuse mit einem darin axial verschiebbar
gelagerten Stößel, der motorgetrieben eine hin- und hergehende Bewegung ausführt.
An einem, aus dem Gehäuse ausfahrenden axialen Ende des Stößels befindet sich ein
Prägekörper, der z. B. die Gestalt einer Spitze haben kann. Dieser Prägekörper arbeitet
auf die Oberfläche des Werkstücks, in die er bei jedem Hub des Stößels eine Vertiefung
einprägt. Ein Buchstaben, Ziffern oder beliebige andere Muster ausmachender Linienverlauf
wird dadurch erzeugt, daß man eine Anzahl solcher Prägepunkte nebeneinanderlegt.
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Aus der DE-OS 24 60 134 ist ein Prägewerkzeug bekannt, bei dem der
Stößel elektromagnetisch angetrieben wird.
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Der Stößel trägt eine stromdurchflossene Spule, die bei Aktivierung
der elektrischen Versorgung in einen gehäusefesten Eisenkern eintaucht. Hierdurch
wird der Stößel gegen das zu bearbeitende Werkstück geschleudert. Die Rückstellung
des Stößels erfolgt durch eine Umkehr der Stromrichtung in der Spule.
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Diese bekannte Anordnung weist eine Reihe von Nachteilen auf. Die
für das Ausmaß der Werkstückverformung maßgebliche Auftreff-Energie des Stößels
hängt von der Masse des Stößels und seiner Endgeschwindigkeit ab, die er bei der
Beschleunigung auf das Werkstück hin erreicht. Bei einem elektromagnetischen Antrieb
sind nun dieser Beschleunigung Grenzen gesetzt, und um die erforderliche Endgeschwindigkeit
zu erreichen, muß der Stößel über eine vergleichsweise große Hublänge beschleunigt
werden. Das Setzen jedes einzelnen Prägepunkts erfordert daher eine vergleichsweise
lange Zeit, und die maximale Prägefrequenz des bekannten Werkzeugs ist niedrig.
Der Zeitbedarf für das Prägen eines bestimmten Schriftzugs oder anderen Musters
ist also groß, und wenn man das Prägen beschleunigen will, bleibt nur der Ausweg,
weniger Prägepunkte pro Längeneinheit zu setzen. Hierdurch wird aber das Schriftbild
undeutlicher, insbesondere wenn die Prägepunkte im Abstand voneinander liegen und
nicht unter Bildung einer durchgehenden Linie ineinander übergehen.
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Die große Hubstrecke des Stößels in der bekannten Anordnung bringt
weiterhin die Notwendigkeit mit sich, den Stößel mit dem daran angeordneten Prägekörper
bei jedem Hub in eine Position oberhalb der zu bearbeitenden Fläche anzuheben.
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Hierdurch ist es nicht möglich, bestimmte Präge-Effekte, und insbesondere
ein gravurähnliches Schriftbild zu erhalten.
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Weiterhin ist mit dem Schleudern des Stößels gegen das Werkstück eine
starke, unangenehme Geräuschentwicklung verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteilen abzuhelfen und ein
Prägewerkzeug zu schaffen, das sich gegenüber der bekannten Anordnung durch eine
höhere Prägefrequenz, vielseitigere Gestaltungsmöglichkeiten im geprägten Schriftbild
und einen niedrigeren Geräuschpegel im Betrieb auszeichnet.
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Weiterhin wird eine konstruktiv unaufwendige, einzelteilarme Anordnung
angestrebt, die sich einfach und kostengünstig herstellen und montieren läßt.
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Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, daß man die Hubbewegung
des Stößels über einen Kurven- oder Nockentrieb von einem rotierenden Antriebselement
ableitet.
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Bevorzugte Weiterbildungen dieser Anordnung sind in nachgeordneten
Ansprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung und ihre Vorteile werden im folgenden anhand von zwei
in den Zeichnungen dagestellten Ausführungsbeispielen näher erläuert. Die Abbildungen
Fig. 1 und Fig.2 zeigen diese Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Prägewerkzeugs
im Längsschnitt. Gleiche Teile sind weitgehend mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen.
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Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1, besitzt das erfindungsgemäße Prägewerkzeug
ein Gehäuse 1, das aus zwei hülsenförmigen Halbteilen 2, 3 zusammengesetzt ist.
Die Halbteile 2, 3 sind zylindrisch bezüglich einer gemeinsamen Längsmittelachse
4. Sie sind in koaxialer Anordnung bezüglich dieser Längsmittelachse 4 stirnseitig
aneinandergesetzt, wobei ihre Berührfläche, d. h. die Trennebene des Gehäuses 1,
bei 5 liegt. Die Halbteile 2, 3 werden vorzugsweise lösbar verbunden, und sie können
insbesondere in nicht näher dargestellter Weise miteinander verschraubt werden.
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Das im folgenden als Unterteil bezeichnete Gehäusehalbteil 2 umschließt
einen Stößel 6, der axial verschiebbar und verdrehsicher in dem Gehäuse 1 gelagert
ist. Der Stößel 6 ist koaxial im Innern des Unterteils 2 aufgenommen. Er ist mit
einem kreiszylindrischen Schaft 7 in einem hülsenförmigen Ansatz 8 des Unterteils
2 geführt, und er ragt mit einem Ende 9 stirnseitig aus dem Unterteil 2 heraus.
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An diesem Ende 9 trägt der Stößel 6 einen Prägekörper in Gestalt eines
Schlagbolzens 10. Dieser Schlagbolzen 10 dient zur Verformung eines nicht näher
dargestellten Werkstücks, auf das der Stößel 6 in einer hin- und hergehenden axialen
Hubbewegung arbeitet. Der Schlagbolzen 10 kann insbesondere mit einer konischen
Spitze 11 auf das Werkstück auftreffen und dort kreisrunde Einprägungen erzeugen.
Die Oberfläche dieser Spitze 11 kann je nach Art des zu bearbeitenden Werkstücks
z. B. aus Hartmetall, keramischen Materialien oder Diamant bestehen. Um einen Austausch
von Schlagbolzen 10 o. a. Prägekörpern zu ermoglichen,
ist vorzugsweise
eine lösbare Befestigung an dem Stößel 6 vorgesehen. Der Stößel 6 kann zu diesem
Zweck insbesondere an seinem Ende 9 eine Spannzange tragen, bzw.
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selbst spannzangenartig ausgebildet sein. In letzterem Fall ist das
Ende 9 des Stößels 6 zentrisch aufgebohrt und in einzelne Backen geschlitzt. Der
Prägekörper 10 wird mit einem Dorn zwischen die Backen der Spannzange geschoben,
worauf diese mittels einer Spannmutter 12 festgezogen werden und den Prägekörper
10 klemmen.
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Die axiale Hubbewegung des Stößels 6 wird über einen Kurven-oder Nockentrieb
von einem rotierenden Antriebselement abgeleitet. Als Antriebselement dient im dargestellten
Ausführungsbeispiel eine Spindel 13, die in dem anderen, im folgenden als Oberteil
3 bezeichneten Halbteil des Gehäuses 1 drehbar gelagert ist. Die Drehachse der Spindel
13 fällt mit der Längsmittelachse 4 des Gehäuses 1 zusammen, d. h. sie erstreckt
sich parallel zu der Hubrichtung des Stößels 6. Die Spindel 13 ist ein sich in mehreren
Stufen verjüngender Zylinderkörper. Ein Bereich kleinsten Durchmessers bildet einen
Wellenstutzen 14, der stirnseitig aus dem Oberteil 3 des Gehäuses heraussteht. Der
Wellenstutzen 14 dient dazu, die Spindel 13 an einen nicht näher dargestellten Antriebsmotor
zu koppeln. Der Wellenstutzen 14 geht über eine radiale Stufe in einen Führungsansatz
15 größeren Durchmessers über. Die radiale Stufe kommt dabei auf Höhe des axialen
Gehäuseendes zu liegen, und der Führungsansatz 15 befindet sich innerhalb des Oberteils
3.
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Auf den Führungsansatz 15 ist ein Drucklager 16 aufgezogen,
das
seinerseits in der Mündung einer das Oberteil 3 durchsetzenden Axialbohrung 17 liegt.
Die Aufschubtiefe des Drucklagers 16 auf die Spindel 13 ist durch eine weitere Ringstufe
begrenzt, an der der Führungsansatz 15 in einen Spindel schaft 18 größeren Durchmessers
übergeht. Das Drucklager 16 ist in einem Paßsitz an der Mündung der Axialbohrung
17 aufgenommen. Diese ist in einer Tiefe auf den Außendurchmesser des Drucklagers
16 aufgebohrt, die etwas mehr als der axialen Erstreckung des Drucklagers 16 entspricht,
so daß dieses versenkt in der Axialbohrung 17 zu liegen kommt. Das Drucklager16
stützt sich einerseits an einem von der Wand des Oberteils 3 radial nach innen vorspringenden,
umlaufenden Steg 19 ab, der die Aufweitung der Mündung zum Innern des Gehäuses 1
hin begrenzt. Auf der anderen, nach außen gewandten Stirnseite wird das Drucklager
16 mittels eines Sprengrings 20 in dem Oberteil 3 arretiert. Der Sprengring 20 steht
dazu mit dem Drucklager 16 in Anlage, und er fällt in eine umlaufende Nut ein, die
dicht vor dem axialen Ende des Oberteils 3 auf dessen Innenmantel ausgenommen ist.
Das Drucklager 16 vermittelt auf diese Art einerseits eine reibungsarme Drehführung
für die Spindel 13 in dem Gehäuse 1, und es ist andererseits in der Lage, axiale
Hubkräfte aufzunehmen, die vom Stößel 6 her auf die Spindel 13 übertragen werden.
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Der Spindel schaft 18 kommt im Abstand von der Wand der Axialbohrung
17, und insbesondere von dem Innenumfang des Stegs 19 in dem Oberteil 3 zu liegen.
An dem dem Stößel 6 zugewandten axialen Ende des Spindelschafts 18 ist einstückig
eine
Kurvenscheibe 21 angeformt, die flanschartig radial nach außen über den Spindel
schaft 18 hinausragt.
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Die dem Stößel 6 abgewandte Rückseite der Kurvenscheibe 21 kommt mit
einem Drehlager 22 zur Anlage, das auf den Spindelschaft 18 aufgezogen ist und sich
radial außen gegen die Innenwand der Axialbohrung 17 abstützt. Das Drehlager 22
kann beispielsweise als Kugellager ausgestaltet sein.
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Es vermittelt eine reibungsarme Drehführung der Spindel 13 in dem
Gehäuse 1, und zwar an ihrem dem Drucklager 16 gegenüberliegenden axialen Ende.
Abgesehen von diesen Lagerpunkten, läuft die Spindel 13 in dem Oberteil 3 des Gehäuses
1 frei. Insbesondere kommt auch die Kurvenscheibe 21 im Abstand von der Innenwand
der Axialbohrung 17 zu liegen.
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Die Kurvenscheibe 21 wendet dem Stößel 6 eine Vorderfläche zu, die
quer zu der Drehachse der Spindel 13 bzw. der axialen Hubrichtung des Stößels 6
orientiert ist. Auf dieser Vorderfläche ist eine Stirnkurve ausgeformt, die zur
Steuerung der Stößel bewegung von einem Läufer abgegriffen wird. Im einzelnen kommt
der Stößel 6 mit seinem der Spindel 13 zugewandten Ende 23 im Abstand von der Kurvenscheibe
21 zu liegen, so daß er die Stirnkurve selbst nicht berührt.
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Das Ende 23 des Stößels 6 wird von einem Achsbolzen 24 durchsetzt,
der in eine entsprechende Paßbohrung des Stößels 6 eingesteckt ist. Der Achsbolzen
24 ist quer zu der Hubrichtung des Stößels 6 orientiert. Die Anordnung ist vorzugsweise
so gewählt, daß seine Achse die Längsmittelachse 4 des Stößels 6 trifft. Der Achsbolzen
24 ragt beidseits aus dem Stößel 6 heraus, und seine überstehenden Enden
dienen
als Lager für je eine Rolle 25. Die Rollen 25 laufen formschlüssig auf der Stirnkurve
der Kurvenscheibe 21 ab.
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Da der Stößel 6 selbst verdrehsicher in dem Gehäuse 1 geführt ist,
wird ihm bei einer Rotation der Spindel 13 ein Axialhub vermittelt. Die Amplitude
dieser Hubbewegung entspricht dabei der Tiefe, mit der die Stirnkurve 21 auf der
vorderen Endfläche der Spindel 13 ausgenommen ist.
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In einer bevorzugten Anordnung dient der Achsbolzen 24 zugleich als
Träger der Rollen 25 und als Verdrehsicherung des Stößels 6. Der Achsbolzen 24 ist
hierzu über die Rollen 25 hinaus verlängert, und er greift mit Endabschnitten 26
in Längsschlitze 27 des Gehäuses 1 ein. Die lichte Weite der Längsschlitze 27 ist
kleiner als der Durchmesser des Achsbolzens 24 im Lagerbereich der Rollen 25, und
die Endabschnitte 26 sind senkrecht zu der Zeichenebene entsprechend abgeplattet,
so daß sie genau in die Längsschlitze 27 passen.
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Hierdurch ist der Achsbolzen 24 unverlierbar in dem Gehäuse 1 gehalten,
und durch die unrunde Form der Endabschnitte 26 wird zugleich eine Verdrehsicherung
des Achsbolzens 24 geschaffen. Die Längsschlitze 27 durchsetzen in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel die Wand des Gehäuseoberteils 3, und sie erstrecken sich bis
an die Berührfläche 5, in der das Gehäuse 1 geteilt ist. Diese Anordnung ist herstellungstechnisch
besonders einfach. Es sei aber angemerkt, daß anstelle von durchgehenden Längsschlitzen
27 zur Führung des Achsbolzens 24 auch eine Längsrinne sowie in Längsrichtung verlaufende
Führungsschienen oder -rippen an der Innenwand des Gehäuses 1 vorgesehen sein können.
Die Endabschnitte
26 des Achsbolzens 24 enthalten vorzugsweise
Lagerelemente 28, die unter rollender Reibung in den Längsschlitzen 27 laufen. Man
kannan dieser Stelle u. a. Kugel- oder Wälzlager vorsehen.
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Das Gehäuse 1 ist im Bereich der Rollen 25 stufenförmig aufgeweitet.
Sein Außenmantel ist kreiszylindrisch konturiert, während die die Rollen 25 aufnehmende
Kammer durch wenigstens zwei ebene Innenwände begrenzt wird, die parallel zu den
Seitenflächen der Rollen 25 verlaufen. Die Rollen 25 kommen in geringem Abstand
von diesen Innenwänden 29 zu liegen, und das erfindungsgemäße Prägewerkzeug baut
so sehr kompakt. Auch die Stößelflächen 30, an denen die Rollen 25 zur Anlage kommen,
sind vorzugsweise eben, so daß der Stößel 6 an dem den Achsbolzen 24 tragenden Ende
23 von einem kreisrunden Querschnitt abweicht. Man erhält die gewünschten, ebenen
Stößelflächen 30 am einfachsten dadurch, daß man den Stößel 6 auf einer gewissen
Tiefe abfräst. Auch die die Rollen 25 aufnehmende Kammer des Gehäuses 1 kann durch
Fräsen aus dem Gehäuseoberteil 3 herausgearbeitet werden. Insbesondere ist eine
Anordnung möglich., bei der der erfindungsgemäße Kurventrieb vollständig von dem
Gehäuse 1 gekapselt ist. Hierbei können sich aber unter den nachstehend noch näher
erläuterten Betriebsbedingungen Probleme mit der Wärmeabfuhr ergeben. Bevorzugt
wird deshalb eine Anordnung, bei der der Kurventrieb weitgehend offenliegt. Das
Oberteil 3 des Gehäuses 1 ist hierzu in Blickrichtung von Fig. 1 auf einer Breite
durchbrochen, die dem Abstand der ebenen Innenwände 29 entspricht. Das
Oberteil
3 erhält hierdurch eine gabelförmige Gestalt, und der Achsbolzen 24 ist quasi zwischen
den Zinken der Gabel gehaltert. Die den Achsbolzen 24 führenden Längsschlitze 27
erstrecken sich quer zu der Durchbrechung des Gehäuses 1, die den ganzen Kurventrieb
aufnimmt. Sowohl die Längsschlitze 27 als auch diese Durchbrechung reichen bis an
die Stirnseite 5 des Gehäuseoberteils 3, an der dieses mit dem Gehäuseunterteil
zur Anlage kommt. Die axiale Tiefe der Längsschlitze 27 ist Fig. 1 ohne weiteres
zu entnehmen, und der Boden der Durchbrechung ist bei 31 dargestellt; er befindet
sich oberhalb der Kurvenscheibe 21.
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Jenseits dieses Bodens 31 ist das Gehäuseoberteil 3 zylindrisch geschlossen.
Ebenso bildet auch das Gehäuseunterteil 2 eine den Stößel 6 umschließende Hülse
mit zylindrischem Querschnitt.
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Die Anordnung von zwei, die Kurvenscheibe 21 abgreifenden Rollen 25
an diametral gegenüberliegenden Seiten des Stößels 6 ermöglicht eine Kraftübertragung,
bei der praktisch keine Momente quer zu der Hubrichtung des Stößels 6 auftreten.
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Man sieht hierzu an der Kurvenscheibe 21 eine Stirnkurve vor, die
aus zwei identischen, sich mit einer Periode von 1800 wiederholenden Halbkurven
besteht. Die auf der Stirnkurve ablaufenden Rollen 25 werden dadurch bei einer Drehung
der Spindel 13 synchron ausgelenkt, und auf beiden Seiten des Achsbolzens 24 wird
mit demselben Hebelarm eine Antriebskraft auf den Stößel 6 übertragen. Die Krafteinleitung
erfolgt dadurch symmetrisch, und die Lagerbelastung ist in wünschenswerter Weise
gering. Doch ist diese Anordnung
für die Erfindung in keiner Weise
zwingend. Es kann beispielsweise auch nur eine einzige Rolle 25, oder auch eine
Anordnung von mehr als zwei Rollen 25 vorgesehen sein, und auch die Auslenkung der
Rollen durch eine Stirnkurve, gegebenenfalls mit einer oder mehreren Teilkurven,
muß nicht notwendigerweise synchron erfolgen. Insbesondere kann man durch eine geeignete
Kombination von Stirnkurven und Rollen eine mehrfache Übersetzung der Hubfrequenz
des Stößels 6 gegenüber der Drehzahl der Spindel 13 erzielen.
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Die über den beschriebenen Kurventrieb vermittelte Hubbewegung des
Stößels 6 ist rückstellkraftbelastet. Hierzu ist eine Rückstellfeder 32 vorgesehen,
die den Stößel 6 mit den daran gehalterten Rollen 25 gegen die Kurvenscheibe 21
spannt. Fig. 1 zeigt insofern exemplarisch eine Spiralfeder, die um den Schaft 7
des Stößels 6 gelegt und in einer Gehäusebohrung des Unterteils 2 aufgenommen ist.
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Das Unterteil 2 ist in der Umgebung der Rückstellfeder 32 stufenförmig
erweitert. Die Rückstellfeder 32 stützt sich mit ihrem einen Ende gegen den Boden
der Gehäusebohrung ab. Ihr anderes Ende beaufschlagt einen Bund 33 des Stößels 6,
der von dem Schaft 7 radial nach außen absteht und in der Gehäusebohrung läuft.
Der Durchmesser des Bunds 33 kann dem des den Achsbolzen 24 tragenden Endes 23 in
seinem nicht abgeflachten oder abgeplatteten Bereich entsprechen.
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Die Rückstellfeder 32 bewirkt den Rückhub des Stößels 6, d. h. eine
Gegenbewegung zu dem Antrieb durch die Spindel 13.
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Es sei aber angemerkt, daß man diese Gegenbewegung auch von der Spindel
13 selbst ableiten kann. So ist beispielsweise
die gleichzeitige
Anordnung eines zweiten, in Gegenrichtung arbeitenden Kurventriebs möglich (nicht
dargestellt).
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Auch im übrigen sind naheliegende Abwandlungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels
möglich. Bei diesem ist die Stirnkurve des Kurventriebs an einer angetriebenen Spindel
13 angeordnet, während der Stößel 6 wenigstens eine, die Stirnkurve 21 abgreifende
Rolle 25 trägt. Es ist aber auch die umgekehrte Anordnung denkbar, bei der die Stirnkurve
auf einer Endfläche des Stößels angeordnet ist, und die angetriebene Spindel einen
Läufer in Gestalt einer oder mehrerer Rollen haltert, der die Stirnkurve des Stößels
beaufschlagt. Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung zweier, an diametral gegenüberliegenden
Seiten eines Stößels 6 liegender Rollen 25 läßt sich entsprechend natürlich auch
an einer Spindel verwirklichen (nicht dargestellt).
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Bezugnehmend nunmehr auf Fig. 2, ist ein zweites Ausführunssbeispiel
des erfindungsgemäßen Prägewerkzeugs dargestellt.
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Es weist ein einstückiges Gehäuse 1 auf, in dem wiederum ein Stößel
6 axial verschiebbar gelagert ist. Der Stößel 6 ragt mit einem Ende 9 aus dem Gehäuse
1 heraus, und er trägt an diesem Ende einen Schlagbolzen 10 mit einer konischen
Spitze 11. Das Ende 9 des Stößels 6 ist spannzangenartig gestaltet, und der Schlagbolzen
10 ist zwischen den Backen der Spannzange aufgenommen. Auf den Außenmantel der Backen
ist in Form einer Überwurfmutter eine Spannmutter 12 aufgeschraubt, die an ihrem
der Spitze 11 zugewandten axialen Ende eine konische Schulter aufweist. Diese Schulter
beaufschlagt
die entsprechend angeschrägte Spitze der Spannzangen-Backen,
die auf diese Art gegen den Schlagbolzen 10 oder einen anderen Prägekörper gepreßt
werden.
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Der Stößel 6 mit dem so befestigten Prägekörper wird mit einem Motor
34 angetrieben. Anders als in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel,
wird dabei dem Stößel 6 nicht nur eine axial hin- und hergehende Bewegung verliehen,
sondern er wird zugleich auch in Rotation versetzt.
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Durch diese kombinierte Bewegung des Stößels 6 bzw. des Prägekörpers
kann das Prägebild beeinflußt werden. Bei Verwendung eines Schlagbolzens 10 mit
konischer Spitze 11 wirft sich insbesondere der Rand des bearbeiteten Werkstücks
an der Prägestelle stärker auf. Dies kann wünschenswert sein, z. B. um die Lesbarkeit
eines geprägten Schriftzugs zu verbessern.
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Der Motor 34 ist an dem dem Prägekörper 10 abgewandten Ende des Gehäuses
1 angeordnet. Er besitzt einen Motorkörper 35, der stirnseitig an dem Gehäuse 1
festgelegt wird und vorzugsweise mit dem Gehäuse 1 verschraubt werden kann.
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Aus d-em Motorkörper 35 steht eine Motorwelle 36 heraus, deren Achse
in montiertem Zustand mit der Längsmittelachse 4 des Stößels 6 zusammenfällt. Die
Motorwelle 36 kommt in einem gewissen Abstand von dem in dem Gehäuse 1 aufgenommenen,
axialen Ende 23- des Stößels 6 zu liegen, und zwischen diesem Ende 23 und der Motorwelle
36 wird über eine hochelastische Kupplung 37 eine Antriebsverbindung hergestellt.
Mittels dieser Kupplung 37 wird der Stößel
6 bei einer Drehung
der Motorwelle 36 mitgenommen. Weiterhin ist die Kupplung 37 in der Lage, die axiale
Hubbewegung des Stößels 6 aufzufangen, auf Grund derer sich der Abstand zwischen
der Motorwelle 36 und dem Stößel 6 periodisch ändert. Die Kupplung 37 gewährleistet
das erforderliche axiale Bewegungsspiel des Stößels 6, und sie hält die Antriebsverbindung
zu der Motorwelle 36 über die gesamte Hubstrecke aufrecht.
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Die axial hin- und hergehende Bewegung des Stößels 6 wird gemäß Fig.
2 von seiner angetriebenen Drehung abgeleitet.
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Auf den Schaft 7 des Stößels 6 ist eine Kurvenscheibe 21 aufgezogen,
die drehfest und in Axialrichtung unbeweglich mit dem Stößel 6 verbunden ist. Die
Kurvenscheibe 21 kann insbesondere einstückig mit dem Stößel 6 ausgebildet sein.
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Gemäß Fig. 2 ist es aber auch möglich, die Kurvenscheibe 21 als separates
Teil zu fertigen und mit einer axialen Mittelbohrung auf den Schaft 7 des Stößels
6 aufzustecken.
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Die Kurvenscheibe 21 ist mit dem Stößel 6 vermittels eines Stifts
38, der sich vorzugsweise quer zu der Längsmittelachse 4 des Stößels 6 erstreckt,
verstiftet.
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Die Kurvenscheibe 21 trägt auf einer ihrer Stirnseiten 38 eine Stirnkurve,
die von einem gehäusefesten Läufer in Gestalt einer Rolle 25 abgegriffen wird. Die
Drehachse der Rolle 25 ist quer zu der Längsmittelachse 4 des Stößels 6 orientiert,
und die Rolle 25 läuft mit ihrer Mantelfläche auf der Stirnkurve ab. Bei einer Drehung
des Stößels 6 erfährt dieser so eine Axialversetzung, deren Amplitude
der
Tiefe entspricht, mit der die Stirnkurve auf der Kurvenscheibe 21 ausgenommen ist.
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Das Gehäuse 1 ist im Bereich des beschriebenen Kurventriebs sowie
der elastischen Kupplung 37 vorzugsweise weitgehend offen. Es besteht aus einem
axial ausgerichteten Rücken 39, von dem quer zu der Längsmittelachse 4 drei parallele
Platten 40 bis 42 ausgekragt sind. Eine obere Platte 40 und eine untere Platte 42
befinden sich jeweils an den axialen Enden des Rückens 39, und eine mittlere Platte
41 ist auf etwa halber Länge des Rückens 39 zwischen diesen Platten 40, 42 vorgesehen.
Die Platten 40 bis 42 können im Grundriß z. B. rechteckig sein, aber auch eine andere
Form aufweisen.
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Der Motor 34 ist an der Außenseite der oberen Platte 40 montiert.
In dieser ist eine Axialbohrung 43 ausgenommen, und der Motorkörper 35 besitzt einen
Stirnzapfen 44, der bündig in diese Axialbohrung 43 paßt. Die Motorwelle 36 ragt
durch die Axialbohrung 43 in eine Kammer zwischen der oberen Platte 40 und der mittleren
Platte 41, in der sich die elastische Kupplung 37 befindet. Der Stößel 6 durchsetzt
die mittlere Platte 41 und die untere Platte 42, und er ist in diesen Platten 41,
42 gelagert. Die Platten 41, 42 enthalten zu diesem Zweck in einer zentrischen Bohrung
jeweils Lagerbuchsen 45, 46, wobei die Lagerbuchse 45 in der mittleren Platte 41
als Zylinderbuchse und die Lagerbuchse 46 in der unteren Platte 42 als Bundbuchse
ausgeführt ist. Der Schaft 7 des Stößels 6 weist im Bereich dieser
Bundbuchse
46 einen maximalen Durchmesser auf. Er verjüngt sich stufenförmig auf der Höhe der
Kurvenscheibe 21, und er greift mit einem nochmals stufenförmig verjüngten Zapfen
47 in die elastische Kupplung 37 ein. Diese kommt dadurch an einer Ringstufe des
Stößels 6 zur Anlage, was für die Kraftübertragung von Vorteil ist.
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Die Rolle 25 des Kurventriebs ist drehbar an dem ebenen Rücken 39
des Gehäuses 1 befestigt. Sie kann insbesondere auf einem Achsbolzen gelagert sein,
der in eine Querbohrung des Rückens 39 eingesteckt und mit dem Rücken 39 z. B.
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verschraubt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur
eine einzige Rolle 25 vorgesehen, und die Antriebskraft für die Axialbewegung des
Stößels 6 wird im Abstand von der Längsmittelachse 4 auf diesen ausgeübt. Die resultierenden
Momente werden aber von den Lagerbuchsen 45, 46 problemlos aufgenommen. Selbstverständlich
können auch in der Bauform der Fig. 2 mehrere, gehäusefeste Rollen 25 Verwendung
finden, und man kann insbesondere wie in Fig. 1 eine symmetrische Krafteinleitung
über zwei einander diametral in gleichem Abstand von dem Stößel 6 gegenüberliegende
Rollen 25 verwirklichen (nicht dargestellt).
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Eine besondere Rückstellfeder für den Stößel 6 ist in Fig.
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2 nicht vorgesehen. Sie kann auf Grund der angetriebenen Drehung des
Stößels 6 entfallen. Diese erlaubt es, den Stößel 6 unter dauerndem Andruck über
das zu bearbeitende Werkstück zu führen, wodurch zugleich die Kurvenscheibe 21 in
eine kraftübertragende Anlage mit der Rolle 25 kommt.
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Selbstverständlich kann man aber auch den Stößel 6 mit einem besonderen
Federelement gegen die Rolle 25 vorspannen und zu diesem Zweck z. B. im Bereich
der Bundbuchse 46 eine Spiraldruckfeder vorsehen (nicht dargestellt). Weiterhin
ist es möglich, die elastische Kupplung 37 so auszulegen, daß sie den Stößel 6 mit
der Kurvenscheibe 21 unter Spannung an der Rolle 25 hält.
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Der Kurventrieb gemäß Fig. 2 kann schließlich noch weitere, nicht
näher dargestellte Abwandlungen erfahren. Es ist beispielsweise möglich, die Kurvenscheibe
21 oder einen äquivalenten Träger einer Stirnkurve gehäusefest anzuordnen und mit
dem Stößel 6 eine Rollenanordnung zu verbinden, die diese gehäusefeste Stirnkurve
abgreift.
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Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils Anordnungen, bei denen die Drehachse
eines rotierenden Antriebselements parallel zu der axialen Hubrichtung des Stößels
orientiert ist und eine sich quer zu der Drehachse erstreckende Fläche eine Stirnkurve
trägt, die zur Steuerung der Stößelbewegung von einer Rollenanordnung abgegriffen
wird. Man kann aber der Drehachse des Antriebselements auch eine andere Richtung
geben und sie insbesondere quer zu der axialen Hubrichtung des Stößels 6 orientieren
(nicht dargestellt). In letzterem Fall empfiehlt es sich, einen Nockentrieb für
den Stößel 6 vorzusehen. Das Antriebselement besitzt in diesem Fall eine exzentrisch
bezüglich seiner Drehachse verlaufende Nockenfläche, die den Stößel 6 beaufschlagt.
Die Nockenfläche kann insbesondere eine Zylindermantelfläche des Antriebselements
mit
der Drehachse als Erzeugenden sein und auf einer Stirnfläche des Stößels 6 ablaufen.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug dient zum Prägen linienartiger Strukturen,
und insbesondere von Schriftzügen und Ziffernfolgen. Es wird zu diesem Zweck auf
einem Werkzeugschlitten befestigt, der sich parallel zu der Oberfläche des zu bearbeitenden
Werkstücks verfahren läßt. Der Werkzeugschlitten ist für eine gesteuerte Bewegung
in zwei zueinander senkrechten Richtungen ausgelegt. Er kann dadurch einem beliebigen
Linienverlauf folgen. Der Werkzeugschlitten besitzt weiterhin einen gesteuerten
Bewegungsfreiheitsgrad in Richtung senkrecht zu der zu prägenden Oberfläche. Hierdurch
ist es möglich, das Prägewerkzeug abzusetzen und eine neue Linie zu beginnen. Der
Werkzeugschlitten und das Prägewerkzeug werde-n mit einem voreinstellbaren Programm
gesteuert, wodurch in sehr flexibler Weise beliebige Buchstaben- und Ziffernfolgen
o. ä. geprägt werden können.
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Das erfindungsgemäße Prägewerkzeug kann zusammen mit seinem Antriebsmotor
34 an dem Werkzeugschlitten befestigt werden.
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Es ist aber auch eine Anordnung möglich, bei der nur das Prägewerkzeug
mit dem Werkzeugschlitten verfahren und der Motor 34 nicht mitgeführt wird. In diesem
Fall wird das rotierende Antriebselement des Prägewerkzeugs über eine flexible Welle
mit der Motorwelle 36 verbunden, und die erreichbare Prägefläche wird durch die
Länge dieser flexiblen Welle begrenzt. Diese Anordnung wird im Fall kleinerer Prägeflächen
bevorzugt, da die mit dem Werkzeugschlitten
zu bewegende Masse
vergleichsweise klein ist. Hierdurch sind bei einem einfachen mechanischen Aufbau
hohe Vorschubgeschwindigkeiten möglich.
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Der erfindungsgemäße Kurven- oder Nockentrieb des Stößels 6 ermöglicht
bislang unerreichte Betriebsbedingungen beim Prägen. Der Stößel 6 kann mehr als
100 Prägeanschläge pro Sekunde ausführen, und normalerweise wird eine Einstellung
zwischen 100 und 200, und vorzugsweise 150 Anschlägen pro Sekunde gewählt. Die Prägegeschwindigkeit
ist entsprechend extrem hoch. Die erforderliche Prägekraft wird mit sehr geringem
Hub des Stößels 6 aufgebracht, so daß dieser nicht oder kaum von dem Material abheben
muß. Das Zentrum der jeweils nächsten Prägestelle kann innerhalb der mit dem vorhergehenden
Prägehub geschaffenen Vertiefung liegen, so daß sich eine fortlaufende Rinne in
dem Werkstück bildet.
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Auf Grund der hohen Prägefrequenz können dabei die Prägepunkte so
dicht liegen, daß die Ränder dieser Rinne annähernd glatt sind. Die prägende Spitze
11 bleibt während des ganzen Prägevorgangs unterhalb der zu bearbeitenden Oberfläche,
so daß sie quasi im Material bewegt wird. Dieses wird von-der Spitze 11 beiseitegedrückt
und und geglättet, was durch eine rotierende Bewegung des Stößels 6 noch unterstützt
wird, und man erhält ein geschlossenes, ästhetisch sehr ansprechendes Schriftbild.
Außerdem ist die Geräuschentwicklung beim Prägen äußerst gering.
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Bei der genannten hohen Prägefrequenz tritt eine erhebliche Erwärmung
des erfindungsgemäßen Prägewerkzeugs auf. Der
auf das Werkstück
arbeitende Schlagbolzen 10 bzw. ein anderer Prägekörper wird durch die freiwerdene
Deformationsenergie sehr heiß, und es empfiehlt sich, für eine gute Wärmeableitung
zu sorgen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht zu diesem Zweck das
Gehäuseunterteil 2 aus einem Metall mit guten Wärmeleit-Eigenschaften, z. B. einer
Kupferlegierung. Das Gehäuseunterteil 2 hat eine beträchtliche axiale Länge, die
den Schlagbolzen 10 in einen großen Abstand zu dem erfindungsgemäßen Kurventrieb
bringt und dessen Erwärmung in vertretbaren Grenzen hält. Weiterhin ist der mit
dem Schlagbolzen 10 verbundene Stößel 6 über eine vergleichsweise große Länge in
dem hülsenförmigen Ansatz 8 des Gehäuseunterteils 2 geführt. In diesem Bereich erfolgt
ein effektiver Wärmeübergang auf das Gehäuseunterteil, dessen große Oberfläche für
eine gute Wärmeabgabe in die Umgebung sorgt. Für die Kühlung des erfindungsgemäßen
Prägewerkzeugs ist es überdies von Vorteil, das Gehäuse 1 im Bereich des Kurven-
oder Nockentriebs offen zu gestalten.
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Hierdurch ist eine Luftkonvektion möglich, und sowohl die vom Schlagbolzen
10 her durch Wärmeleitung übertragene Wärme als auch die in dem Kurven- oder Nockentrieb
anfallende Reibungswärme werden effektiv abgeführt. Die offene Gehäuseform hat überdies
für die Uberwachung im Betrieb und die Wartung naheliegende Vorteile. Es kann aber
auch ein vollständig gekapseltes, vorzugsweise ölgefülltes Gehäuse 1 vorgesehen
sein.
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