DE3611129C2 - Vorrichtung zum Gravieren oder Fräsen von ebenen und/oder gekrümmten Oberflächen eines Werkstückes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Gravieren oder Fräsen von ebenen und/oder gekrümmten Oberflächen eines Werkstückes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Gravieren von ebenen Oberflächen an Werkstücken besteht ein Problem darin, daß diese Flächen oft nicht vollkommen eben, sondern mit Wölbungen und Mulden versehen sind, so daß es schwierig ist, über das gesamte zu gravierende Feld der Fläche eine gleichmäßige Gravurtiefe zu erreichen.

Bei einer aus der DE 32 21 980 A1 bekannten Vorrichtung zum Gravieren von Werkstücken der eingangs genannten Art ist der Abtastkopf nach Art eines Fußes, wie er beispielsweise bei Nähmaschinen Verwendung findet, ausgebildet und der Arbeitskopf ist in einem Abstand dazu angeordnet. Dabei sind der Abtastkopf und der Arbeitskopf während des Graviervorgangs relativ zueinander unbewegbar miteinander verbunden. Durch den Abtastkopf wird zwar die zu gravierende Fläche des Werkstückes abgefahren, so daß die Welligkeit bzw. Wölbungen und Mulden entsprechend berücksichtigt werden, jedoch ergeben sich dabei Fehler, die darauf zurückzuführen sind, daß der Arbeitskopf in einem Abstand vom Abtastkopf angeordnet ist und der Abtastkopf mit einem seiner Ränder auf der Werkstück-Oberfläche gleitet. Da die Gleitfläche des Abtastkopfes eine bestimmte Größe aufweisen muß, um die Oberfläche des zu gravierenden Werkstückes nicht zu beschädigen, besitzen auch die Ränder, die auf der Oberfläche einer Wölbung oder Mulde aufsitzen, einen bestimmten Abstand, der sich ebenfalls auf die Genauigkeit des Nachführens des Arbeitskopfes auf der Werkstückoberfläche auswirkt. Somit ist auch bei dieser Art der Werkstückoberflächenabtastung keine Genauigkeit und Gleichmäßigkeit der Beschriftungstiefe erreicht. Nachteilig wirkt sich dabei auch aus, daß bei der bekannten Vorrichtung die Abtastfläche möglichst groß oder mit einer weichen Beschichtung versehen sein muß, um die zu gravierende Oberfläche des Werkstücks nicht zu beschädigen.

Auch bei einer aus der DE 23 44 775 A1 bekannten Vorrichtung zum Gravieren von Werkstücken liegt der mittels des Werkstückkopfes lediglich in zwei Koordinatenrichtungen verfahrbare Abtastkopf auf der zu bearbeitenden Fläche des Werkstücks auf. Insoweit ist diese bekannte Vorrichtung mit denselben vorgenannten Nachteilen behaftet. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind zwar Ausblasöffnungen die mit einer Druckluftleitung verbindbar sind, vorhanden, jedoch sind diese Ausblasöffnungen im Bereich der kugeligen Lagerfläche eines Aufnahmeelementes für das kugelig gelagerte Element vorhanden. Das Vorhandensein der Ausblasöffnungen an der Lageraufnahme des kugelig gelagerten Elementes soll die Gleitlagerung zu dessen Leichtgängigkeit unterstützen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Gravieren oder Fräsen von ebenen und/oder gekrümmten Oberflächen eines Werkstückes der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine genaue konstante Beschriftungstiefe in der betreffenden Oberflächen des Werkstücks erreichbar ist und darüberhinaus gleichzeitig eine Beschädigung der Werkstückoberfläche praktisch ausgeschlossen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Vorrichtung zum Gravieren oder Fräsen derartiger Oberflächen eines Werkstückes der genannten Art die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Da der Abtastkopf eine Abtastfläche aufweist, die mit drei Freiheitsgraden versehen ist, ist eine genaue Nachführung bzw. ein genaues Entlanggleiten des Abtastkopfes längs einer mit Wölbungen und Mulden versehenen im wesentlichen ebenen als auch längs einer gekrümmten Oberfläche möglich. Die Abtastfläche wird sich stets im wesentlichen ganz flächig auf der Oberfläche des Werkstücks bewegen, also nicht über ihre Ränder oder Teile ihres Randes. Da der Arbeitskopf mittig im Abtastkopf vorgesehen ist, ergibt sich stets im wesentlichen derselbe Abstand zwischen Arbeitskopf und Abtastfläche, unabhängig davon, ob eine Wölbung oder eine Mulde durchfahren wird. Dadurch sind mögliche Fehler in der Nachführung auf ein wirkliches Minimum begrenzt, so daß die eingegebene Gravur- bzw. Frästiefe im Werkstück genau eingehalten werden kann. Außerdem kann die Abtastfläche sehr klein bzw. schmal gestaltet werden, so daß der Abstand zwischen ihr und dem Arbeitskopf ein Minimum erreicht und dadurch eine Beschädigung der Werkstückoberfläche praktisch ausgeschlossen ist, da ein Luftkissen-Effekt erreicht ist, der im wesentlichen berührungsloses Gleiten des Abtastkopfes auf der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche ermöglicht. Gleichzeitig können die beim Gravieren oder Fräsen anfallenden Späne aus dem Bereich der Abtastfläche des Abtastkopfes weggeblasen werden, so daß der Abtastkopf stets denselben Abstand zur Werkstückoberfläche beibehält und die Späne keinen nachteiligen Einfluß auf die Werkstück- Oberflächengüte besitzen.

In diesem Zusammenhang ist es sehr vorteilhaft, wenn die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 ausgestattet ist, da dann zumindest ein Teil der weggeblasenen Späne und dergleichen durch die Mitte des Abtastkopfes hindurch abgesaugt werden können. Außerdem wird der Abtastkopf selbst dadurch von Spänen befreit bzw. freigehalten.

Die Ausblasöffnungen im Bereich der Abtastfläche können in gleichmäßigem Abstand in dieser angeordnet sein. Es ist jedoch zweckmäßig, innerhalb der vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Abtastfläche eine im wesentlichen einzige Ausblasöffnung vorzusehen, die einen konzentrischen Ring zur Abtastfläche bildet. Vorteilhafterweise ist diese einzige ringförmige Ausblasöffnung durch einen in das kugelig gelagerte Element eingebrachten Einsatz gebildet.

Wie eingangs erwähnt, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine während des Bearbeitungsvorgangs zueinander relativ starre Verbindung zwischen Arbeitskopf und Abtastkopf vorgegeben. Die betreffende Beschriftungstiefe wird vor dem Bearbeiten durch eine Verstellung des Arbeitskopfes gegenüber dem Abtastkopf von Hand vorgenommen. Dies bedeutet einerseits, daß in einem kontinuierlichen Arbeitsvorgang nur mit einer konstanten voreingestellten Gravur- bzw. Frästiefe gearbeitet werden kann. Es ist also bei dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich, während des Beschriftungsvorganges Beschriftungsteile mit unterschiedlicher Tiefe, beispielsweise zum Hervorheben, vorzusehen. Um somit den genannten Bearbeitungsvorgang beschleunigen und hinsichtlich einer einstellbaren Fräs- oder Gravurtiefe differenzieren zu können, sind in Ausgestaltung vorliegender Erfindung die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale vorgesehen. Auf diese Weise kann die Gravurtiefe während des Beschriftungsvorgangs verändert und bei einer Absetzbewegung, beispielsweise zwischen zwei Buchstaben, muß lediglich der Arbeitskopf angehoben werden, während der Abtastkopf weiterhin auf der Werkstückoberfläche verbleibt. Außerdem kann während des Beschriftens sowohl mit als auch ohne Verwendung des Abtastkopfes die Beschriftungstiefe verändert werden. Desweiteren kann die Absenk- bzw. Eintauchgeschwindigkeit des Arbeitskopfes in die Werkstückoberfläche materialgerecht vorgenommen werden, indem zum Beispiel für Kunststoff einerseits und zum Beispiel Edelstahl andererseits eine jeweils andere Eintauchgeschwindigkeit vorgegeben wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs 7 und/oder 8.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Vorderansicht eine an sich bekannte Maschine, die mit einer Vorrichtung zum Gravieren oder Fräsen von Werkstücken gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung bestückt ist;

Fig. 2 in ebenfalls schematischer Darstellung eine Seitenansicht der Maschine nach Fig. 1;

Fig. 3 in vergrößerter, teilweise geschnittener Darstellung eine Seitenansicht einer bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 verwendeten Einheit aus Arbeitskopf und Abtastkopf in der oberen abgehobenen Position;

Fig. 4 in gegenüber Fig. 3 nochmals vergrößerter, teilweise geschnittener Darstellung eine Seitenansicht einer bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 verwendeten Einheit aus Arbeitskopf und Abtastkopf in Arbeitsstellung;

Fig. 5 in schematischer, abgebrochener Darstellung einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 4;

Fig. 6 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung, jedoch in Arbeitsstellung und ohne Verwendung des Abtastkopfes;

Fig. 7 in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt den Abtastkopf und in abgebrochener Seitenansicht den Arbeitskopf;

Fig. 8 eine Unteransicht gemäß Pfeil VIII der Fig. 5, und

Fig. 9 eine der Fig. 7 entsprechende, jedoch abgebrochene Darstellung von Abtast- und Arbeitskopf während des Gravierens einer leicht gekrümmten Werkstückoberfläche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum programmgemäßen Bearbeiten, nämlich Gravieren oder Fräsen von im wesentlichen ebene Oberflächen 15 oder leicht gekrümmte Oberflächen 15′ aufweisenden Werkstücken 11 bzw. 11′ unter Ansteuerung einer programmierbaren Gravier- bzw. Fräs- und Bewegungsansteuereinheit 12, im folgenden kurz als Ansteuereinheit bezeichnet. Die Werkstücke 11 können aus Metall oder Kunststoff hergestellt und mit zu bearbeitenden im wesentlichen ebenen oder leicht gekrümmten Oberflächen 15, 15′ beliebiger Geometrie versehen sein. Die betreffenden im wesentlichen ebenen Oberflächen 15 der Werkstücke 11 sind oft nicht genau eben, sondern mit mehr oder weniger großen Wölbungen und/oder Mulden versehen. Die leicht gekrümmten Oberflächen 15′ sind solche, die mit einer maximalen Neigung von etwa 10° versehen sind. Dabei gilt es, eine derartige Werkstück-Oberfläche 15 bzw. 15′ durchgehend in gleichmäßiger Tiefe zu beschriften. Die mechanische Bearbeitung der Werkstückoberfläche erfolgt mittels einer Fräs- oder Gravierspindel, wobei Gravuren verschiedener Tiefe und auch Durchbrüche hergestellt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10, die zusammen mit der Ansteuereinheit 12 und einer Aufspannplatte 13 für die Werkstücke 11 bspw. auf einem Arbeitstisch 14 angeordnet ist, besitzt eine Gravier- bzw. Fräseinheit 16 aus einem auswechselbaren Arbeitskopf 17 und einem abnehmbaren Abtastkopf 18. Die Graviereinheit 16 ist an der Vorrichtung 10 derart angeordnet, daß sie sowohl in den beiden Koordinatenachsen X und Y der horizontalen Ebene als auch in der Z-Koordinatenachse der senkrechten Ebene hin und her bzw. auf und ab verfahrbar ist. Hierzu besitzt die Vorrichtung 10 eine Säule 21, deren ortsfester unterer Teil 23 an einer ortsfesten Platte 24 befestigt ist und deren verfahrbarer oberer Teil 25 mittels eines reversierbaren Schrittmotors 22 auf und ab in Z-Richtung verfahrbar ist. Auf dem freien Ende des oberen Teils 25 der Säule 21 ist ein senkrecht dazu angeordnetes erstes Führungsteil 26, das sich in der X-Achse erstreckend die Säule 21 beidseitig überragt, mittels eines reversierbaren Schrittmotors 21 in X-Richtung hin und her verfahrbar gehalten. Ein zweites Führungsteil 28 erstreckt sich quer zum ersten Führungsteil 26 in Y-Richtung, überragt dieses beidseitig, trägt an einem Ende die Graviereinheit 16 und ist mittels eines reversierbaren Schrittmotors 29 am ersten Führungsteil 26 in Y-Richtung hin und her verfahrbar gehalten.

Die Ansteuereinheit 12, die programmierbare oder bereits programmierte Untereinheiten enthält, ist über Steuerleitungen 31, 32 und 33 mit dem Schrittmotor 22 für die Z-Richtung bzw. mit dem Schrittmotor 27 für die X-Richtung bzw. mit dem Schrittmotor 29 für die Y-Richtung verbunden. Damit kann die den Arbeitskopf 17 und den Abtastkopf 18 umfassende Graviereinheit 16 zur programmgemäßen Beschriftung über die zu beschriftende Oberfläche des Werkstücks 11 geführt werden, indem sie in den 3 Koordinatenachsen verfahren wird.

Die Graviereinheit 16 ist an einem Bauteil 36 gehalten, das mit dem zweiten Führungsteil 28 fest verbunden ist und das somit in X- und Y-Richtung verfahrbar ist. Die Graviereinheit 16 besitzt einen auf der Seite liegenden U-förmigen Halter 37, dessen oberer und unterer horizontaler Schenkel 38, 39 das Bauteil 36 über- bzw. untergreift und an dessen vertikalem Verbindungsschenkel 41 eine Aufnahme 42 für den Arbeitskopf 17 befestigt ist. Die Aufnahme 42 ist so gestaltet, daß verschiedene Arbeitsköpfe 17 auswechselbar aufgenommen werden können. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Arbeitskopf 17 eine Gravierspindel 43, die von einem vorzugsweise elektrischen Motor 44 rotierend angetrieben ist. Im Bereich des freien Endes des oberen horizontalen Schenkels 38 sind auf diesem nach oben abstehend zwei parallel angeordnete pneumatische Zylinder 47 und 52 einer pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheit 46 bzw. 51 befestigt, deren Kolbenstangen 48 bzw. 53 den oberen horizontalen Schenkel 38 verschiebbar durchdringen und sich auf dem Bauteil 36 abstützen. Die Kolben-Zylinder-Einheit 47 dient dazu, ggf. das auf der zu bearbeitenden Werkstück-Oberfläche liegende Eigengewicht der Graviereinheit 16 zu verringern, während die pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit 51 dazu dient, die Graviereinheit 16 von einer angehobenen Ruhestellung (Fig. 3) in eine der abgesenkten Arbeitsstellungen (Fig. 4 oder 6) und umgekehrt zu bewegen.

Zwei parallele Führungsstangen 56, 57 durchdringen den oberen horizontalen Schenkel 38, das Bauteil 36 und den unteren horizontalen Schenkel 39 in der Weise, daß sie in diesen mittels Lager auf und ab beweglich gehalten sind. Die Führungsstangen 56, 57 sind an ihrem unteren Ende mit einer Werkzeug-Halteplatte 58, im folgenden kurz als Halteplatte bezeichnet, für den Abtastkopf 18 fest verbunden und sind an ihrem den oberen horizontalen Schenkel 38 überragenden oberen Ende mit einer Druckfeder 59 versehen, die sich einerseits an der Oberseite des oberen horizontalen Schenkels 38 und andererseits an einem an der Führungsstange 56, 57 befestigten Sicherungsring 60 od. dgl. abstützt. Am freien Ende der Halteplatte 58 ist der Abtastkopf 18 derart befestigt, daß Arbeitskopf 17 und Abtastkopf 18 konzentrisch zueinander angeordnet sind. Bei dieser konzentrischen Anordnung ist der Arbeitskopf 17 teilweise innerhalb des Abtastkopfes 18 aufgenommen.

Auf dem oberen horizontalen Schenkel 38 sitzt in einem Bereich nahe dem vertikalen Verbindungsschenkel 41 ein Motor, der hier ein reversierbarer Schrittmotor 61 ist aber auch als Gleichstrommotor ausgebildet sein kann, dessen Abtriebsgewindespindel 62 den oberen horizontalen Schenkel 38 in Lagern durchdringt und mit einer Mutter 63 in Wirkverbindung ist. Die Mutter 63 liegt mit ihrer Unterseite 64 an der Bodenfläche 66 einer von vorne offenen vertikalen Nut 67, in die die Mutter 63 eindringt, so daß sie im Bauteil 36 unverdrehbar gehalten ist. An ihrem der Nut 67 abgewandten Bereich ist die Mutter 63 mit einem vertikal nach unten abstehenden Stab 68 verbunden, der den unteren horizontalen Schenkel 39 des U-Halters 37 gleitend durchdringt und mit seinem der Mutter 63 abgewandten Ende 69 der Oberseite der Halteplatte 58 gegenüberliegt.

Gemäß den Fig. 7 und 8 besitzt der Abtastkopf 18 eine topfförmige Aufnahme 71, in deren Hülsenteil 72 der Arbeitskopf 17 eintaucht, deren Bodenteil 73 eine Ausnehmung 74 besitzt und in deren dem Hülsenteil 72 abgewandten hohlzylindrischen Ansatzteil 76 ein Aufnahmering 77 festgehalten ist, der mit einer kugelförmigen Innenfläche 78 versehen ist. In dem Aufnahmering 77 ist ein Element 81 in Form einer Kugelschicht, also mit einer kugelförmigen Umfangsfläche 82 versehen, in drei Freiheitsgeraden drehbeweglich gehalten. Das Kugelschichtelement 81, das mit einer axialen Durchgangsbohrung 83 versehen ist, ist koaxial zum Hülsenteil 72 angeordnet und besitzt eine etwa ringförmige Abtastfläche 84, die die Stirnfläche 79 des Aufnahmeringes 77 und diejenige des Ansatzteils 76 überragt.

Der Aufnahmering 77 ist quermittig und längs des zylindrischen Außenumfanges mit einer Nut 86 versehen, die an einem Umfangsbereich mit einer das Ansatzteil 76 durchdringenden radialen Gewindebohrung 87 in Verbindung steht, in welche ein Schraubanschluß 88 eingeschraubt ist, der mit einer Druckluft-Zuführleitung 89 verbindbar ist. An mehreren über den Umfang verteilt angeordnete Stellen ist der Aufnahmering 77 mit radialen Bohrungen 91 versehen, die in radiale Bohrungen 92 im rotationsfesten Kugelschichtelement 81 münden. Dabei sind die radialen Bohrungen 92 im Durchmesser so groß bzw. mit einer derartig vergrößerten Mündung versehen, daß eine Verbindung zwischen den Bohrungen 91 und 92 auch denn besteht, wenn das Kugelschichtelement 81 gegenüber dem Aufnahmering 77 maximal verschwenkt ist. In der Durchgangsbohrung 83 des Kugelschichtelementes 81 ist ein ringförmiger Einsatz 93 befestigt, der im Querschnitt etwa winklig (als auf den Kopf stehendes L) ausgebildet ist und damit zwischen seiner Innenfläche und der gegenüberliegenden Innenfläche der Durchgangsbohrung 83 eine Ringausnehmung 94 schafft, in die die radialen Bohrungen 92 münden und die an ihrem der Abtastfläche zugewandten Ende Ausblasöffnungen oder wie hier eine einzige ringförmige Ausblasöffnung 95 schafft. Durch Zuführen von Druckluft durch die Zuleitung 89 gelangt somit durch die Ausblasöffnung 95 Luft auf die zu beschriftende Werkstückoberfläche 15, so daß in "aufgesetztem" Zustand bzw. Arbeitsposition des Abtastkopfes 18 dieser unter Zwischenfügen eines Luftkissens 99 (Fig. 9) über die Werkstückoberfläche gleiten kann.

In das Hülsenteil 72 mündet an einem Bereich des Außenumfanges ein Ansaugstutzen 97, der mit einer Saugvorrichtung verbunden werden kann. Der Ansaugstutzen 97 ist über den Innenraum des Hülsenteils 72, die Ausnehmung 74 im Bodenteil 73 und den Innenraum des Ansatzteils 76 mit der Durchgangsbohrung 83 im Kugelschichtelement 81 bzw. dem Innenraum des Einsatzes 93 verbunden.

In das Hülsenteil 72 ragt ein Teil des Arbeitskopfes 17 einschließlich eines Spannfutters 98 für die Gravierspindel 43, die konzentrisch bzw. genau mittig das Kugelschichtelement 81 durchdringt. Innerhalb der topfförmigen Aufnahme 71 des Abtastkopfes 18 ist der Arbeitskopf 17 relativ zum letzteren auf und ab verfahrbar, so daß das Maß einstellbar bzw. verstellbar ist, mit welchem die Spitze der Gravierspindel 43 die Abtastfläche 84 des Abtastkopfes 18 überragt bzw. gegenüber dieser eingezogen ist.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist folgende:
Für bspw. einen Graviervorgang wird die Graviereinheit 16 mittels der pneumatisch betriebenen Kolben-Zylinder-Einheit 51 aus ihrer oberen in einem größeren Abstand oberhalb des zu beschriftenden Werkstücks 11 angeordneten Ruheposition (Fig. 3) in eine ihrer unteren Arbeitsstellungen (Fig. 4 oder 6) abgesenkt, in welcher die Abtastfläche 84 des Abtastkopfes 18 bei zunächst zurückgezogenem Arbeitskopf 17 oder dieser ohne den Abtastkopf 18 auf der zu bearbeitenden Oberfläche 15, 15′ des Werkstücks 11 bzw. 11′ aufliegt.

Die Ruheposition gemäß Fig. 3, in der bspw. der Arbeitskopf 17 ausgewechselt, der Abtastkopf 18 angebracht oder abgenommen oder ein Werkstück 11 eingesetzt wird, wird dadurch erreicht, daß Druckluft der Kolben-Zylinder-Einheit 51 zugeführt wird, so daß sich der Halter 37 anhebt, da die Kolbenstange 53 sich auf dem Bauteil 36 abstützt. Über die Verbindung Druckfedern 59 - Führungsstangen 56, 57 wird die Halteplatte 58 für den Abtastkopf 18 mitgenommen.

Zum Absenken der Gravier- bzw. Fräseinheit 16 in die Arbeitsstellung gemäß Fig. 4 bzw. 9 oder 6 wird die Kolben-Zylinder-Einheit 51 entlüftet, so daß die erstere unter ihrem Eigengewicht sich nach unten bewegt, bis die Abtastfläche 84 des Abtastkopfes 18 entsprechend Fig. 4 bzw. 9 oder die Werkzeugspitze des Arbeitskopfes 17 gemäß Fig. 6 auf die Werkstückoberfläche 15, 15′ gelangt. Zum Gravieren und/oder Fräsen oder Entgraten unter Verwendung des Abtastkopfes 18 gemäß Fig. 4 bzw. 9 wird mit dem Absenken des Abtastkopfes 18 Druckluft durch die Leitung 89 zugeführt, so daß zwischen der Abtastfläche 84 und der Werkstückoberfläche 15 ein dünnes Luftpolster 99 besteht, das ein direktes Berühren zwischen Abtastkopf 18 und Werkstückoberfläche 15 vermeidet. Mit dem programmgemäßen Bearbeiten wird an derjenigen Stelle, an der das Gravieren oder Fräsen beginnt, der Schrittmotor 61 in eine vorgegebene Richtung gedreht, derart, daß sich die Gewindespindel 62 weiter in die Mutter 63 einschraubt. Da sich die Mutter 63 über den Stab 68 auf der Oberfläche der Halteplatte 58 abstützt, wobei zwischen ihrer Unterseite 64 und dem Hintergrund 66 ein Abstand besteht, bewegt sich der Halter 37 und damit der Arbeitskopf 17 unter deren Eigengewicht weiter nach unten, und zwar relativ zum Abtastkopf 18. Diese Bewegung erfolgt solange, bis die gewünschte Fräs- oder Graviertiefe in der Oberfläche 15 bzw. 15′ des Werkstücks 11, 11′ erreicht ist.

Während des Bearbeitens verbleibt der Abtastkopf 18 mit seiner Abtastfläche 84 unter Zwischenwirken des Luftpolsters auf bzw. über der Werkstückoberfläche 15 und bewegt sich längs dieser. Dabei werden alle Wölbungen und Mulden in der Werkstückoberfläche 15 nachvollzogen, wobei ein Anheben oder Absenken des Abtastkopfes 18 aufgrund dieser Abtastbewegung ein entsprechendes synchrones und weggleiches Heben oder Absenken des Arbeitskopfes 17 zur Folge hat, da die beiden bei abgeschaltetem Schrittmotor 61 über die Verbindung Halteplatte 58 - Stab 68 - Mutter 63 - Antriebsspindel 62 - Schrittmotor 61 - Halter 37 bewegungsstarr miteinander verbunden ist. Bei dem Entlanggleiten über Wölbungen und Mulden verschwenkt sich das Kugelschichtelement 81 entsprechend der Form der Wölbung oder Mulde entsprechend seiner Freiheitsgrade, so daß die Abtastfläche 84 stets ganzflächig auf der Werkstückoberfläche 15 entlanggleitet. Dabei bleibt die Spitze der Gravierspindel 43 stets zentrisch innerhalb des Kugelschichtelementes 81. Durch die Verschwenkbarkeit der Abtastfläche 84 ist bis zu einer Neigung der Oberfläche von etwa 10° der entstehende Fehler verschwindend klein. Während der Bearbeitung wird über die Durchgangsbohrung 83 und den Ansaugstutzen 97 Schmutz, Späne u. dgl. abgesaugt, so daß eine genaue Gravur ohne eine Beschädigung der Werkstückoberfläche 15 erreicht ist. Muß bspw. zwischen zwei Buchstaben das Gravieren zwischenzeitlich unterbrochen werden, so wird der Schrittmotor 61 in umgekehrter Richtung wieder in Gang gesetzt, d. h. die Antriebs-Gewindespindel 62 wird quasi aus der Mutter 63 herausgeschraubt, wodurch sich der U-Halter 37 entgegen der Wirkung der Druckfeder 39 nach oben bewegt, da sich die Mutter 63 über den Stab 68 an der Halteplatte 58 abstützt. Die mögliche Relativbewegung des Arbeitskopfes 17 relativ zum Abtastkopf 18 ermöglicht es auch, die Graviertiefe (H1 bzw. H2) während des Bearbeitens zu verstellen, um bspw. bestimmte Gravurteile hervorheben zu können, wie dies in Fig. 9 angedeutet ist.

Das Bearbeiten einer genau ebenen Werkstückoberfläche 15 ohne den Abtastkopf 18 erfolgt gemäß Fig. 6 in der Weise, daß die Mutter 63 auf Anschlag mit der Bodenfläche bzw. dem Ende 66 der Nut 67 gebracht wird. Das Ende 69 des Stab 68 hat dabei einen Abstand von der Halteplatte 58, von der der Abtastkopf 18 abgenommen ist. Dadurch kann mittels des Schrittmotors 61 der Arbeitskopf 17 über den U-förmigen Halter 37 relativ zum Bauteil 36 verfahren werden, wodurch die Graviertiefe und ein zwischenzeitliches Abheben bestimmt bzw. durchgeführt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung (10) zum Gravieren oder Fräsen von ebenen und/oder gekrümmten Oberflächen eines Werkstückes (11), mit einem einen Arbeitskopf (17) aufnehmenden Werkzeughalter (37) und mit einem auf die zu beschriftende Oberfläche des Werkstücks absenkbaren Abtastkopf (18), wobei der Arbeitskopf (17) und der Abtastkopf (18) miteinander relativ zum Werkstück (11) in drei Koordinatenachsen (X, Y, Z) verfahrbar sind und wobei der Abtastkopf (18) eine ringförmige Abtastfläche (84) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf (18) ein kugelig gelagertes Element (81) aufweist, welches eine axiale Durchgangsbohrung (83) aufweist, die von einem mit dem Arbeitskopf (17) verbundenen Werkzeug (43) zentrisch durchdrungen ist und daß das kugelig gelagerte, in drei Freiheitsgraden gegenüber dem Arbeitskopf (17) verschwenkbare Element (81) im Bereich seiner Abtastfläche (84) mit mindestens einer Ausblasöffnung (95), die mit mindestens einer Druckluft-Zuführleitung (89) verbunden ist, versehen ist, derart, daß zwischen der Abtastfläche (84) und der Werkstückoberfläche (15) ein Druckluftpolster (99) gebildet ist und daß der Arbeitskopf (17) zur Einstellung der Gravier- oder Frästiefe während des Gravier- oder Fräsvorganges gegenüber dem Abtastkopf (18) in Richtung zum Werkstück (11) verfahrbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrung (83) mit einer Absaugleitung (97) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufnahmering (77) an einem Bereich seines mit einer Umfangsnut (86) versehenen Umfanges mit der Druckluft-Zuführleitung (89) verbunden und mit über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten radialen Bohrungen (91) versehen ist, die in im Element (81) radial angeordnete Bohrungen (92) münden, welche in parallel zur Durchgangsbohrung (83) angeordnete Ausblasöffnungen (95) münden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblasöffnung (95) durch einen in der Durchgangsbohrung (83) koaxial angeordneten hülsenartigen Einsatz (93) begrenzt ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Werkzeughalter (37) für den Arbeitskopf (17) an einem in Z-Richtung ortsfesten Bauteil (36) über einen Teil (53) einer pneumatisch angetriebenen Kolben-Zylinder-Einheit (51) abstützt, daß zwischen dem Werkzeughalter (37) und dem Abtastkopf (18) in Z-Richtung federnd nachgiebige, relativ zum Werkzeughalter (37) bewegbare Vorrichtungsteile (56, 57, 59) vorgesehen sind, und daß ein Schritt- oder Gleichstrommotor (61) zum Verfahren des Arbeitskopfes (17) auf dem Werkzeughalter (37) befestigt ist und seine Antriebsspindel (62) mit einer unverdrehbar gehaltenen, sich axial mittelbar an einer mit dem Abtastkopf (18) zu dessen Lagerung verbundenen Werkzeughalteplatte (58) abstützenden Mutter (63) zusammenwirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungsteile (56, 57, 59) mindestens eine Verbindungsstange (56; 57) aufweisen, die einendig mit dem Abtastkopf (18) fest verbunden ist, den Werkzeughalter (37) durchdringt und anderenends sich über eine Druckfeder (59) an der oberseitigen Fläche des Werkzeughalters (37) abstützt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mutter (63) mit einer Stirnfläche (64) unmittelbar am Bauteil (36) abstützt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mutter (63) über einen abstehenden Stab (68) an der Werkzeughalteplatte (58) abstützt.