-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Gewindebohrmaschine entsprechend der im Begriff des
Patentanspruchs 1 enthaltenen Beschreibung und wie sie aus der EP-A-0459933 bekannt
ist.
-
Insbesondere beinhaltet die erfindungsgemäße Gewindebohrmaschine
eine Reihe von mechanischen, hydraulischen und elektrischen Eigenschaften,
mit denen im Vergleich mit anderen, herkömmlichen Gewindeschneidmaschinen
ein sichereres, schnelleres, präziseres
und wirtschaftliches Schneiden von Gewinden gewährleistet ist.
-
Die Funktionsweise der von dieser
Erfindung betroffenen Maschine gründet sich in erster Linie auf ein
Prinzip, wonach ein Gewindebohrer oder Schneideisenhalter über einem
Loch gedreht wird, in das ein metrisches Gewinde unterschiedlicher
Größe geschnitten
werden soll, dabei im konkreten Fall der hier beschriebenen Maschine
zwischen Metrisch 2 und Metrisch 45. Für diesen Zweck sitzt der Bohrfutterkopf
oder Schneideisenhalter in einem System aus gelenkig ausgelegten
Armen, deren jeweilige Positionen von zylindrischen Koordinaten
bestimmt werden. Dieses Koordinatensystem umfaßt ein Verfahrsystem auf Polarkoordinaten-Ebene, mit dessen Hilfe
und der Unterstützung
eines in dem den Bohrfutterkopf oder Schneideisenhalter tragenden
Gelenk festgelegten Parallelogramms der Bohrfutterkopf oder Schneideisenhalter
in einem Radius von 1,5 m auf die Vertikale eines beliebigen Punktes
auf dem Arbeitstisch oder auch außerhalb desselben verfahren
werden kann. Dieses System ermöglicht
es, den angewählten
Punkt auf der Ebene zu halten und den Bohrfutterkopf oder Schneideisenhalter
per Hand auf das Ausgangsloch abzusenken, wobei die eventuelle Differenz
der vertikalen Absenkebene von einem noch nachstehend beschriebenen
System ausgeglichen wird. Die mit Hilfe dieses Systems erzielte
Empfindlichkeit, Präzision
und Stabilität
verhindert den Bruch der Gewindeschneider aufgrund von Vibrationen
und Belastungen, wie sie während
des manuellen Andrückens
des Bohrfutterkopfs oder Schneideisenhalters durch den Werker übertragen
werden.
-
Die Neuheiten der hier dargestellten
Erfindung im Vergleich zu anderen, sich auf dem Markt befindlichen
Maschinen, beginnen in der Integrierung einer Untersetzung in den
Arbeitskopf, deren Aufgabe in der Veränderung der Geschwindigkeit
durch die Drehleistung besteht. Damit wird beim Schneiden von metrischen
Gewinden mit hohem Wert oder Gewindelöchern in extrem harten und
schwer zu bearbeitenden Materialien eine bessere Stabilität erreicht. Diese
in den Arbeitskopf eingebaute Untersetzung ermöglicht auf direktem Wege den
Aufbau von zwei spezifischen und komplementären Betriebsspannen für die Geschwindigkeits-
und Leistungswerte, womit beim Arbeiten bei niedrigen Geschwindigkeiten
und einer größeren Drehleistung
die zur Verfügung
stehenden Betriebsspannen erweitert werden.
-
Aus dem Patent
EP 0 459 933 ist eine Gewindebohrmaschine
bekannt, zu der ein am Ende eines gelenkig ausgelegten Arms sitzender
Arbeitskopf (22) gehört,
der einen Hydromotor (23) und einen Schneideisenhalter (25) trägt, an dem
der Gewindeschneider (26) angebracht ist. Auf einer der Seiten des
Arbeitstisches ist die Basis des Gelenkarms angebracht, welcher
an einen beliebigen Punkt auf dem Tisch gefahren werden kann und
eine Hubstange darstellt. Gekenn zeichnet ist der Arm dadurch, daß ein Satz
zu ihm senkrecht stehender und ein Koordinatensystem bildender Stangen
(11– 16)
gehört,
von denen die erste über
die gesamte Länge
einer horizontalen und drehbaren Halterung (8) verfahren kann, während die
ein gelenkiges Parallelogramm (18-20-22-20) tragende zweite Stange über die
gesamte Länge
der ersten verfährt.
Eine der kurzen Seiten dieses Parallelogramms trägt einen Kopf, auf dem ein
von einer Feder (29) bewegter Exzenter (36) angebracht ist, mit
dessen Hilfe das Parellogramm im Gleichgewicht gehalten wird und
die Tendenz hat, in seine Ruhestellung zurückzugehen.
-
Der Anmelder der Erfindung hat nun
eine Gewindebohrmaschine entwickelt, welche eine Reihe von Merkmalen
kombiniert, um das Schneiden der Gewinde sicherer, schneller, präziser und
wirtschaftlicher (das zu lösende
Problem) zu gestalten.
-
Für
die sichere, schnelle und präzise
Positionierung des Bohrfutterkopfes in die Vertikale eines beliebigen
Punktes, der bearbeitet werden soll, ist ein bestimmtes Zusammenspiel
der von den einzelnen Elementen der Maschine ausgeführten Bewegungen gefordert.
Bei der Erfindung wird die Bewegung (Heben und Senken) dadurch erreicht,
daß die
Hubstange konzentrisch zu einer inneren Stange angeordnet und zwischen
der Hubstange und der inneren Stange im unteren Bereich eine Feder
angebracht ist, deren Aufgabe darin besteht, diesen unteren Bereich
der Hubstange auf Distanz zu halten.
-
Die Hubstange (3–2) hat die Aufgabe, den Arm der Gewindebohrmaschine
auf- und abzufahren und gelegentlich manuell drehen zu können (1–7). Die angesprochene Stange (3–2) ist eine Hohlwelle, in deren Innerem
eine von der inneren Stange (3–3) geführte
Feder (3–4)
sitzt. Die Aufgabe dieser Feder (3–4) ist es, dabei die Hubbewegung der Stange
(4–2)
zu unterstützen,
wozu sie die die Hubbewegung der Stange (3– 2) sperrenden Klinken (3–5) löst,
vorausgesetzt daß das
Gewicht des getragenen Systems (Gewindeschneidarm) ist auf der Welle
der Stange (3–2)
zentriert, da dies im gegenteiligen Fall keinen Zweck erfüllen würde.
-
Der Hub des Gewindeschneidarms wird durch
die Verfahrbewegung der Welle (3–2) ausgelöst, die ihrerseits "im unteren
Bereich von einer Feder", (3–4) auf einer am Tisch angebrachten Führung angestoßen wird.
Da der Zusammenbau an einem Ende der genannten Welle befestigt ist,
erfolgt die Hubbewegung ebenso häufig,
wie sich die Welle bewegt (3–2), wobei diese Bewegung keinerlei Auswirkungen
auf den Gewindeschneidvorgang an der vorangegangenen Positionierung
des den Arm und den Gewindeschneidkopf tragenden Untersystems hat.
-
Für
die Einleitung der Absenkbewegung der Welle ( 3–2) und der insgesamt verfahrenen Elemente
ist ein manuelles Anstoßen
nach unten erforderlich.
-
Die Erfindung umfaßt des weiteren,
daß sich der
gelenkige Tragarm leicht geneigt erstreckt und zu einer zweiten
Verbindungsstelle (8) am Endschalter des Verfahrweges dieses Tragarms
(6) mit einem prismatischen Körper
(9) ansteigt, wobei dieser prismatische Körper als Schutzvorrichtung
eines im Inneren sitzenden Systems aus Führungsstangen dient. Dieses
System besteht aus zwei als Schienen fungierenden Stangen (90),
auf denen mit Hilfe von Längskugellagern
(93) ein Verfahrwagen (91) läuft. Der
komplette Zusammenbau besteht an seiner Verbindung aus einer vertikalen
Stange (94) für
die Befestigung der verfahrbaren Stangensystems, wobei ein unteres
und oberes Kegellager (95) eine Rotationsbewegung des Zusammenbaus
ermöglicht.
Unterstützt
wird das System von zwei symmetrischen und der Stabilisierung dienenden
Längsstangen
(96), einer oberen Längsstange
(97), deren Aufgabe es ist, das Verwinden des Zusammenbaus zu verhindern, sowie
einem Doppelgelenk (10), das am Endschalter der Schutzvorrichtung
des Stangensystems sitzt, wo ein Parallelogramm (11) mit einer vertikalen
Rotationsbewegung verbunden ist, wobei am Ende dieses Parallelogramms
(11) der Gewindeschneidkopf (14) sitzt.
-
Der Zweck dieses Untersystems aus
Stangen und Schienen (4) ist es, auf
der gesamten Länge
des Verfahrweges der Stangen (4–96 und 97)
eine präzise
lineare und zirkulare Bewegung zu erreichen, mit der eine optimale
Präzision
und gleichzeitig eine hohe Beständigkeit
gegen Verwindung und Drücke,
Schwingungen und Neigungen gewährleistet
wird, denen das Untersystem (4) in
dem Maße
ausgesetzt ist, in dem es an einem seiner Enden das System des Gewindeschneidkopfes
(14) zu tragen hat.
-
Um dies zu erreichen, wird das eine
Längsbewegung
(9a) ausführende
und auf den linearen Wälzlagern
(4– 93)
laufende Stangen-Schienen-System auf seinem Verfahrweg zwischen
den Stützpaneelen
an den Enden des Zusammenbaus (4)
zur Vermeidung von Verwindungen von einer oberen Stange aus Aluminium
(4–97)
und zwei Andruckspannern (4–96) so begleitet, daß alle Schwingungen und das
Herunterfallen in allen aus dem Stützpunkt heraus angefahrenen
Stellungen wirksam vermieden werden.
-
Die Andruckspanner (4–96) dienen zusätzlich für die Ausregelung der eventuellen Schwing-
oder Wippbewegungen auf den Verfahrwegen der Stangen in Längsrichtung
(4–90),
vor allem wenn diese auf die äußerste Position
ausgefahren sind.
-
Ein aus einem Stange-Schienesystem
bestehendes Untersystem ist aus dem Patent US5346337 bekannt, allerdings
werden in der amerikanischen Ausführung die Stangen ( 20) nicht von einer dritten Stange begleitet,
was beim Ausführen
einer beliebigen Arbeit zu einer leichten Verwindung dieser Stangen
führt.
Zusätzlich
sind die Stangen Schwingund Wippbewegungen unterworfen, wenn keine
geeigneten Andruckspanner zur Verfügung stehen, was unter dem
Strich dazu führt,
daß die
Stangen (20) eine leichte Neigung
oder Schwingung aufweisen, die in dem Maße zunehmen wird, in dem sich
die Entfernung vom Abstützpunkt erhöht. In anderen
Worten, je größer die
Entfernung, desto geringer die Präzision.
-
Bei der amerikanischen Ausführung laufen die
Gewindeschneidköpfe
(14) an den Stangen (20).
-
Dank der vorstehend beschriebenen
Stützelemente
arbeitet das hier beschriebene Patent auf seiner gesamten Verfahrstrecke
ohne Schwingungen und Wippbewegungen und weist keine Neigung auf, was
im Ergebnis zu einem gleichmäßigen und
präzisen
Verfahren führt,
wie es für
das Ausführen
von Präzisionsarbeiten
erforderlich und grundlegend ist.
-
Eine weitere der eingebrachten Weiterentwicklungen
liegt in der elektronischen Steuerung der Geschwindigkeit beim Gewindeschneiden,
die in Abhängigkeit
des Schwierigkeitsgrades des Gewindes oder der zu schneidenden Größe ausgeregelt
werden kann. Die Steuerung der Geschwindigkeit verfügt über zwei
am Chassis in der Nähe
der übrigen Bedienelemente
und Anzeigen angebrachte Regler, mit deren Hilfe die Rechts- und
die Linksdrehung separat gesteuert werden können. Das Untersetzungsgetriebe
verfügt über einen mechanischen
Regler mit zwei Positionen zu dem Zweck, die Bereichswechsel für das Bearbeiten
kleiner metrischer Gewinde vorzunehmen bzw. die Leistung für das Schneiden
großer metrischer
Gewinde oder hochwiderstandsfähige Materialien
heraufzusetzen. Um das Gewicht des Schneidkopfes herabzusetzen,
ist das Gehäuse,
in dem das Untersetzungsgetriebe untergebracht ist, aus hartem Aluminium
hergestellt, womit nicht nur das Gewicht verringert sondern gleichzeitig
die Empfindlichkeit des Kopfes verbessert wird.
-
Eine weitere an der Maschine ausgebildete Neuheit
besteht darin, daß die
elektronische Steuerung der Geschwindigkeit beim Gewindeschneiden von
der Größe des zu
schneidenden metrischen Gewindes bzw. der Härte des zu bearbeitenden Materials
abhängig
ist.
-
Die bei den herkömmlichen Maschinen zum Einsatz
kommenden Vorrichtungen zur Erzeugung der Drehbewegung des Gewindeschneiders
werden von einem elektrischen Motor getrieben, welcher direkt an
das Stromnetz angeschlossen ist und konstant dreht. Der daran anschließende Anschluß an eine ölhydraulische
Pumpe liefert dann die Leistung an einem direkt am Bohrfutter sitzenden
Motor und ermöglicht
die Veränderung
der Geschwindigkeit durch die Drosselung des Ölflusses im Hydraulikkreis.
Das Ergebnis dieses System ist, daß die gegebenen Möglichkeiten
der Regulierung der Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Drosselung geringer
sind und aus diesem Grund unterschiedliche Steuerungen für niedrige
und hohe Geschwindigkeiten gefordert sind.
-
Bei der Maschine, die Gegenstand
dieser Erfindung ist, erfolgt die Steuerung der Geschwindigkeit
beim Gewindeschneiden mit Hilfe von am Chassis in der Nähe der übrigen Bedienelemente
untergebrachten Regelelemente, mit denen die Rechtsdrehung und Linksdrehung
getrennt gesteuert wer den. Um diese Steuerung ohne Leistungsverluste
durchführen
zu können,
ist bewußt
vermieden worden, auf eine Drosselung des Ölflusses zurückzugreifen.
Diese Alternative wurde durch einen Frequenzwandler ersetzt, welcher
die Geschwindigkeit des elektrischen Motors des Hydroaggregats elektronisch
regelt.
-
Der Frequenzwandler steuert den Motor durch
Veränderung
der Versorgungsfrequenz des Motors und ist dabei in der Lage, diesen
in Abhängigkeit
der vom Frequenzwandler gelieferten Frequenz mit unterschiedlichen
Umdrehungen pro Minute laufen zu lassen. Zusätzlich zu seinen anderen Vorteilen,
schützt
dieser Frequenzwandler den Motor gegen Stromspitzen oder Stromabfälle aus
dem Netz, Überhitzen,
Leistungsverluste und Erdungsfehler.
-
Ein weiteres Merkmal des Frequenzwandlers
ist es, daß er
mit bestimmten, aber veränderlichen
Drehmoment/Geschwindigkeitskurven zu arbeiten in der Lage ist und
seine Steueraufgabe nach Maßgabe
dieser Kurven ausführt.
-
Ein zusätzlicher von der hier beschriebenen Maschine
eingebrachter Vorteil besteht in den prozeßbegleitenden Meßsystemen
für die
Länge des geschnittenen
Gewindes. Nach dem herkömmlichen Verfahren
wird das Maß des
zu schneidenden Gewindes auf der Grundlage seiner gewünschten
nominalen Länge
festgelegt, wobei bei der Berechnung die Zahl der vom Bohrfutter
für den
Erhalt eines Gewindes mit einer vorgegebenen Länge auszuführenden Drehungen zugrundegelegt
wird. Hier ist zu beobachten, daß der theoretische Ansatz zwar
gelten kann, aber in der Praxis in dem Maße an Grenzen stößt, in dem
die Toleranzen der das Gewinde schneidenden Elemente keine Berücksichtigung
finden. Das Zusammenspiel dieser Toleranzen, sowohl nach oben als
auch nach unten, kann zu einer Verfälschung der Länge des
Gewindes bis zu dem Punkt führen,
daß die
als maximal zulässige
Toleranz für ein
bestimmtes Gewinde über-
bzw. unterschritten wird.
-
Vor diesem Hintergrund ist ein Meßsystem gefordert,
das sich nicht nur auf keine theoretische Berechnung einläßt, sondern
bei dem der von der Maschine gelieferte Wert praxisbezogen oder
real ist. Unter Berücksichtigung
dieser Prämisse
wurde in die Maschine eine Fotozelle eingebaut, welche die Bewegung
des Arms vom Beginn des Gewindeschneidens bis zu einem vorgegebenen
Wert überwacht, wobei
es die Fotozelle selbst ist, die das Erreichen dieses Werts dadurch
möglich
macht, daß sie
zur Bestimmung des Endes des Gewindegangs die Drehrichtung des Schneidwerkzeugs
umkehrt. Die Länge des
Gewindegangs ist folglich immer die gewünschte und vorgegebene.
-
Eine weitere Weiterentwicklung der
Maschine, die Gegenstand der Erfindung ist, besteht in dem eingebauten
Antitorsionssystem. Tatsache ist, daß Gewindebohrmaschinen mit
einem langfristigen und unumgänglichen
Problem behaftet sind, das sich daraus ergibt, daß der vom
Gewindeschneider bei seinem ersten Kontakt mit dem Material, d.h.
im Moment des Abtragens des Materials, eine Reibungsbelastung zu überwinden
hat, die in keinem Verhältnis
zu der steht, auf die er auf der halben Strecke oder zu Ende des
Gewindegangs trifft. Für
den Ausgleich des erforderlichen Kraftaufwands muß der Tragarm
eine ebenso große
Kraft in Gegenrichtung aufbringen, was im Endeffekt dazu führt, daß sich in
den Gelenken des Systems ein Spiel einstellt, das sich wiederum
negativ auf die Stabilität
der Bewegungen des Arms in allen seinen Gelenkstellen auswirkt.
-
Bei der Maschine, die Gegenstand
dieser Erfindung ist, wurde dieses Problem durch ein doppeltes Antitorsionssystem
gelöst.
Das erste besteht aus einem Grad der Rotati onsfreiheit für den Bohrfutterkopf
oder Schneideisenhalter, mit welchem zu allen Zeiten die erste Torsionsbelastung
aufgefangen und nicht auf den übrigen
Arm und die Gelenke desselben weitergeleitet werden. Das zweite
System ist ein aus Stabilisationsstangen und einem Antitorsionsstab
bestehendes und über
den horizontalen Achsen des Arms sitzendes System, das die Torsionskräfte abfängt und
verteilt und auf diesem Wege die Gelenke des Gesamtsystems von allen
Belastungen freihält.
Zusätzlich
ist die Basis des Hauptarms der Maschine mit einer Reihe von Schrauben
bestückt,
mit deren Hilfe die sich im Laufe der Zeit u. U. einstellenden elastischen
Verformungen ausregeln lassen.
-
Zusätzlich zu der voranstehend
beschriebenen Weiterentwicklung ist die Maschine mit einem Antibruch-System
für Gewindeschneider
ausgerüstet worden,
bei dessen Entwicklung der Umstand Berücksichtigung gefunden hat,
daß der
Hauptfaktor der Ursache für
den Bruch einer großen
Zahl von Gewindeschneidern im Moment der ersten Kontaktaufnahme
mit dem zu schneidenden Teil darauf zurückzuführen ist, daß es zusätzlich zu
dem bereits voranstehend angesprochenen Problem der Gewindeschneider
selbst ist, der die erste Reaktion des zu schneidenden Materials
auf den Eingriff des Gewindeschneiders zu tragen hat. Der Effekt,
dem er ausgesetzt ist, besteht darin, daß ab dem Moment, ab dem der
Schneidkopf mit einer Rechtsdrehung das Gewinde zu schneiden beginnt,
die Reaktion des geschnittenen Materials gegenläufig ist, was zu einer Hemmung
der Drehbewegung des Gewindeschneiders führt. Dieser wird an einem Ende
vom Bohrfutter und am gegenüber
liegenden Ende virtuell vom geschnittenen Material bzw. präziser ausgedrückt von der
Gegenreaktion des Materials gehalten, was in der Wirkung zu einer
Verwindung des Gewindeschneiders führt, die diesen auf der vertikalen
Koordinate in Richtung Bohrfutter bewegt. Es kann also festgestellt werden,
daß der
Gewinde schneider einerseits einem Torsionsmoment ausgesetzt ist,
von dem er sich in die eine oder andere Richtung zu befreien hat,
und andererseits zusätzlich
eine Kompression zu ertragen hat, was in vielen Fällen aufgrund
des Zusammenwirkens des Torsionsmoments selbst und des Kompressionseffekts
auf das zu schneidende Teil, das in den meisten Fällen zylindrische
und im Verhältnis
zu seiner Länge
im Durchmesser klein ist, den Bruch des Schneideisens zur Folge
hat.
-
Zur Vermeidung dieser in großem Maße die Leistung
der Maschine als solche beeinflussenden und sich durch den notwendigen
Austausch der Werkzeuge und Instrumente wirtschaftlich unvorteilhaft
auswirkenden Bruchanfälligkeit
ist bei der hier beschriebenen Maschine vorgesehen, das Innere des
Bohrfutters mit perimentalen Zylindern und am oberen Rand mit vier
Gummiklötzen
zu bestücken und
auf diese Weise das oben angesprochene Torsionsmoment und die Kompressionsbelastung
abzufangen. Damit wird der direkte Kontakt zwischen den Rotationsgetrieben
und dem Gewindeschneider vermieden. Im stabilen Betrieb der Maschine
haben die angesprochenen Gummiklötze
keine Funktion und sind lediglich ein zusätzliches Element in der Übertragung
der Drehbewegung, so daß ihr
Vorhandensein, wie oben erwähnt,
im Moment des ersten Kontakts des Gewindeschneiders mit dem zu schneidenden Material
von Vorteil ist.
-
Eine weitere Neuheit liegt in der
Konstruktion der Gelenke der Schneidarms, der mit höchster Präzision und
minimalem Kraftaufwand auf der vertikalen Achse gedreht und auf
zwei horizontalen Achsen verfahren werden kann.
-
Der Arm, mit dem die herkömmlichen
Maschinen üblicherweise
bestückt
sind, hat die Form eines aus zwei Parallelogrammen gebildeten Kompasses
bzw. Zirkels, wobei auf einem der Parallelogramme gelenkig der Bohrfutterkopf sitzt,
während
das zweite frei auf einer vertikalen Achse gedreht werden kann und
von einem Arm getragen wird, der seinerseits auf einer vertikalen
Achse dreht. Dieses bei der Mehrzahl der herkömmlichen Maschinen anzutreffende
System beinhaltet eine Reihe von erheblichen Nachteilen, wie etwa
die fehlende Präzision
des Zirkels in seiner blockierten Stellung auf der vertikalen Ebene,
die sich aus der erheblichen Länge
und der Unmöglichkeit
des Ausgleichs der auftretenden elastischen Verformungen ergibt.
Ein weiterer Nachteil bei diesem Typ von Maschinen besteht in dem
Umstand, daß die
Rückfahrbewegung
des Arms mit Hilfe von Schraubenfedern erreicht wird, welche die
Tendenz haben, diesen ständig
zu forcieren und dadurch den die Maschine bedienenden Werker dazu
zwingen, bei der Positionierung des Gewindeschneiders relativ große physische
Anstrengungen zu unternehmen, die bei zunehmender Entfernung der
Position des zu schneidenden Bohrloches vom Schneidarm entsprechend
größer werden.
-
Der Arm der erfindungsgegenständlichen Maschine
gehört
zu einem gelenkigen Parallelogramm, das am Ende eines mechanischen
Koordinatensystems sitzt, welches von zwei horizontalen parallelen
Achsen gebildet wird. Diese können
aufgrund des Umstands, daß sie
auf zum mechanischen Koordinatensystem gehörenden linearen und konischen Wälzlagern
laufen, mühelos
in alle beliebigen Stellungen verfahren und an diesen blockiert
werden. An einem Ende der horizontalen Achsen sitzt das Bohrfutter
oder der Schneideisenhalter, dessen horizontale Verfahrbewegungen
von den oben angesprochenen Achsen ausgeführt werden, während das
vertikale Verfahren zum Ausführen
des Gewindeschneidens von einem Exzentersystem gesteuert wird, das es
nur eines geringen Kraftaufwandes bedarf. Dieses ganze System wird
von einer vertikalen Achse getragen (welche mit einer Basis am Arbeitstisch
befestigt ist), die den gesamten Arm mit Hilfe einer Feder zum Ausführen des
Arbeitsgangs mühelos
nach oben oder unten fahren kann.
-
Eine weitere und zweifellos sekundäre Weiterentwicklung
liegt in der elektronischen Steuerung der Maschine, die Gegenstand
dieser Erfindung ist, und konkret darin, daß diese mit einem Sparsystem für das lösliche Schmieröl oder die
Kühlflüssigkeit ausgerüstet ist.
Die Notwendigkeit des Kühlens
des Gewindeschneiders mit einem löslichen Öl bzw. einer Kühlflüssigkeit
steht außer
Frage, da damit der Bruch aufgrund von übermäßiger Erhitzung vermieden wird,
wie sie durch das Abtragen des metallischen Materials durch ein
noch härteres
Metall und die dabei auftretende enorme Reibung unumgänglich ist. Dank
dem Kühlen
kann mit demselben Werkzeug kontinuierlich gearbeitet werden. Aus
diesem Grund sind alle Maschinen üblicherweise mit einem direkt am
Arbeitspunkt des Werkzeugs endenden Flexrohr ausgerüstet, über welches
die Kühlflüssigkeit
kontinuierlich zur Schneidstelle gefördert wird. Üblicherweise
ist eine manuelle Steuerungsmöglichkeit
für das
Ausstoßen
der Flüssigkeit
vorhanden. Hier ist eine weitere Option dahingehend eingebaut worden, diese
Steuerung so auszubilden, daß das
Ausstoßen der
Kühlflüssigkeit
automatisch nur in dem Moment erfolgt, in dem der Gewindeschneider
effektiv schneidet.
-
Alle besprochenen Weiterentwicklungen
führen
zu einer Verbesserung der Gewindebohrmaschine in der Praxis sowie
zu einer Verbesserung ihrer Leistung in Hinsicht auf so bedeutende
Faktoren wie weniger Bruch der Gewindeschneider, höhere Empfindlichkeit
und ein geringerer Kraftaufwand des Bedieners bei der Bewegung des
Schneidarms, automatische Kontrolle der Länge der geschnittene Gewinde
und schließlich
eine langfristig bessere Wartung der Maschine.
-
Zum besseren Verständnis des
Gegenstands der hier besprochenen Erfindung sind eine Reihe von
Zeichnungen beigefügt,
die eine getreue Darstellung der praktischen Aspekte geben.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung der Außenansicht der besprochenen
Maschine, die Gegenstand dieser Erfindung ist, wobei hier vor allem die
den Bohrfutterkopf tragenden Arme und Gelenke zu sehen sind.
-
2 zeigt
eine Vorderansicht des Äußeren der
Maschine, die Gegenstand dieser Erfindung ist, mit einer vordringlich
praxisbezogenen Darstellung.
-
3 zeigt
eine Vorderansicht im Schnitt der Maschine, die Gegenstand dieser
Erfindung ist, auf welcher vor allem die Verfahrmöglichkeit
der internen Vorrichtungen und Ausrüstungen des Arbeitstisches dargestellt
sind.
-
4 zeigt
einen Grundriß des
Inneren des Systems der rutschsicheren Stangen.
-
4a zeigt
eine Vorderansicht im Schnitt der Verbindung der Halterung mit dem
System der rutschsicheren Stangen.
-
4b zeigt
eine Darstellung im Schnitt des Kopfes der Maschine, auf dem die
zum Antibruchsystem der Gewindeschneider gehörenden Elemente zu sehen sind.
-
5 zeigt
eine Darstellung im Schnitt des Kopfes der Maschine, auf dem die
zum Antibruchsystem der Gewindeschneider gehörenden Elemente zu sehen sind.
-
Wie in den voranstehenden Ausführungen beschrieben
worden ist, und gestützt
auf die voranstehenden beschriebe nen Zeichnungen, dabei konkret
auf die 1, beinhaltet die im Rahmen
dieser Erfindung beschriebene Maschine einen Arbeitstisch (1), auf
dem an einem Rand die Basis des nachfolgend noch zu erläuternden
gelenkigen Arms angebracht ist. Dieser Arm kann in eine beliebige
Position auf dem Arbeitstisch (1) verfahren werden, wozu er sich
eines Mechanismus bedient, welcher die Bewegungen nach Maßgabe von
zylindrischen Koordinaten gestattet. Die Basis dieses Arms besteht
aus einer konzentrisch zu einer inneren Stange (3) angeordneten
Hubstange (2), einer zwischen diesen beiden Elementen (2) und (3)
im unteren Bereich sitzenden Feder (4), welche bei allen Bewegungsabläufen die
Tendenz zum Heben der Hubstange (2) hat. Direkt über diesen Spannern (5) ist
eine gelenkige Verbindung (6a) angebracht, welche, wie mit dem Pfeil (7)
angezeigt, eine Drehbewegung des gleich dahinter angeordneten Tragarms
(6) um die Drehachse gestattet. Dieses Gelenk (61) gibt dem Arm
seinen ersten Freiheitsgrad. Der Tragarm (6) ist festsitzend und
führt leicht
nach oben geneigt zu einer weiteren Verbindungsstelle (8) am Ende
des Verfahrwegs des Tragarms (6) und ist im oberen Bereich an einen
prismatischen Körper
(9) angebunden, der als Schutz eines internen Systems von Gleitstangen
fungiert, womit diese wie von dem Pfeil (9a) gezeigt in horizontale
Richtung zu dem nachstehend beschriebenen System verfahren werden
können,
das reinen zweiten Freiheitsgrad gewährleistet.
-
Wie auf der 4 und
den Einzelteilzeichnungen 4a und 4b gesehen werden kann, besteht dieses
Gleitstangensystem 9 aus zwei als Schienen fungierenden Stangen
(90), auf denen mit Hilfe von Längskugellagern
(93) ein Verfahrwagen (91) läuft, womit
dem Wagen die mit den Pfeilen (9a) dargestellten Bewegungsabläufe ermöglicht werden.
Der komplette Zusammenbau besteht an seiner Verbindung mit der vertikalen
Stange (94) außerdem
aus zwei Kegellagern (95), die, wie mit dem Pfeil 9b dargestellt,
eine Rotationsbewegung ermöglichen.
Zur Unterstützung
des Systems, und in derselben Art und Weise wie in der Einleitung
dieses Dokuments dargelegt, ist vorgesehen, den Zusammenbau mit
zwei symmetrischen längslaufenden
Stangen (96) und einer längslaufenden
oberen Stange (97) auszustatten, deren alleiniger Zweck das Verhindern
von Verwindungen sein soll.
-
Am Ende dieser Schutzvorrichtung
(9) ist ein zweifaches Gelenk (10) angeordnet, das, wie mit dem
Pfeil (12) dargestellt, mit einem die vertikale Rotationsbewegung
ausführenden
Parallelogramm (1) verbunden ist. Auf diese Weise wird dank eines
weiteren Gelenks (13) am Ende des Parallelogramms (11) erreicht,
daß der
Schneidkopf (14) aufgrund des Zusammenwirkens der Bewegung des Parallelogramms
(Pfeil 12) und dem Gleitstangensystem (Pfeile 9a) die von dem Pfeil
vorgegebene Bewegung ausführen
kann.
-
Mit dem Zweck, der Handhabung des
Gelenkarms bei den Bewegungsabläufen
des Parallelogramms (11) eine bessere Empfindlichkeit zu verleihen,
ist das Gelenk (10) mit einer im oberen Bereich desselben angebrachten
Einstellvorrichtung (16) versehen worden, mit deren Hilfe der manuelle
Kraftaufwand für
die Bewegungsabläufe
des Schneidkopfes in Abhängigkeit
der für
die einzelnen Schneidaufgaben einzusetzenden Schneideisen eingestellt
werden kann.
-
Nachdem die mit der Maschine erfindungsgegenständlichen
ausführbaren
Bewegungsabläufe erkannt
sind, wird nun unter Bezugnahme auf 2 eine
Vorderansicht der kompletten Maschine gezeigt, auf der die wichtigsten
dazugehörigen
Elemente zu sehen sind.
-
Wie in 1 in
derselben Weise wie in 2 gezeigt gesehen
werden kann, wird das System des angelenkten Schneidarms auf dem
Arbeitstisch (1) von einer Rotationsachse (7) getragen. Auf diesem Tisch
ist auf einer seiner Seiten ein Schalter (16) angebracht, mit dessen
Mechanismus (16) die Maschine in ihrer Gesamtheit von der Stromspeisung
getrennt wird, und zwar sowohl vom Kraftstrom für die Speisung der Pumpen und
Motoren, als auch von der Steuerspannung für die Bewegungsabläufe und
den Betrieb der Anzeigen.
-
Im vorderen Bereich des Arbeitstisches
(1) ist eine mit Schaltern, Anzeigen, Umschaltern und Reglern bestückte Schalttafel
(17) angebracht, mit der eine komplette Steuerung und Bedienung
der betrieblichen Abläufe
der Maschine mit Ausnahme der noch weiter unten beschriebenen direkten
Anschlußelemente
an den Schneidkopf möglich
ist. Auf dieser Schalttafel (17) sitzen von links nach rechts zunächst der
Wahlschalter (18) für
das Zu- bzw. Abschalten des Ausstoßes von löslichem Öl oder Kühlflüssigkeit für das Kühlen der Schneideisen. Dieser
Schalter (18) verfügt über drei
Stellungen für
a) das Abschalten des Ausstoßes
von löslichem Öl, oder
Kühlflüssigkeit
zum Kühlen
der Schneideisen zu einem beliebigen Zeitpunkt, b) das permanente
Zuschalten dieser Funktion sowie c), in der dritten Stellung, eine Sparfunktion,
womit die jeweilige Kühlflüssigkeit
ausschließlich
im Moment des effektiven Einsatzes der Schneideisen ausgestoßen wird,
wobei diese letzte Funktion über
eine elektronische Steuerung und die Betätigung der entsprechenden Tasten
für den
Antrieb des das Schneideisen drehenden Motors ausgeführt werden
kann, der noch weiter unten beschrieben werden soll.
-
Neben dem Wahlschalter (18) sind
zwei Leuchtanzeigen angebracht, von denen die erste (19) den Betrieb
des Schneidkopfes und die zweite (2) den allgemeinen Betriebszustand
der Maschine anzeigt. Darüber
sind zwei Bedienelemente (21a) bzw. (21b) angebracht, mit denen
die Geschwin digkeit des Gewindeschneidens bzw. die Drehrichtung für das Herausdrehen
des Gewindeschneiders bei Fertigstellung der Arbeit angewählt werden
können. Hier
handelt es sich um elektronische Steuerelemente, welche direkt in
Serie mit den am Schneidkopf angebrachten Betriebstasten für die eine
bzw. andere Laufrichtung arbeiten und die noch weiter unten angesprochen
werden.
-
Die Anzeige (22) entspricht einer
drei 7-Segment-Displays
umfassenden Anzeige, mit welcher die Schneidgeschwindigkeit des
Gewindeschneiders in U/min angezeigt wird.
-
Die nachstehend aufgeführten Steuer-
und Regelelemente bilden eine Meß- und Regeleinheit für den internen
hydraulischen Kreislauf, mit welchem der Schneidmotor getrieben
wird. Es handelt sich dabei konkret um den Regler (22) für die Regelung
des hydraulischen Drucks, ein Manometer (24) für die quantitative Anzeige
dieses Drucks und das Ventil (25), das für den Schutz des Manometers
(24) eingebaut ist.
-
Der Schneidkopf (14), der in 1 allgemein gezeigt wird, wird in 2 in seinen Einzelheiten gezeigt. In 2 ist der Kopf (14) am Ende des angelenkten
Arms mit dem Parallelogramm (11) angelegt dargestellt und umfaßt dabei
die Antriebselemente und Motoren für den Schneidmotor.
-
Direkt in dem hier angesprochenen
Kopf untergebracht befinden sich der Elektromotor (26) und das Untersetzungsgetriebe
(27) als motorische Elemente für
den gesamten Betriebsbereich von Schneidgeschwindigkeiten, die bei
der erfindungsgemäßen Maschine
zur Verfügung
stehen. An diesem Schneidkopf (14) ist außerdem ein Knauf oder Griff (28)
an gebracht, mit dessen Hilfe der Bediener der Maschine den gesamten
Kopf halten und die Bewegungen zur Annährung des Schneideisens an
das Bohrloch einleiten kann, wobei er bei allen Abläufen von
den durch die verschiedenen Gelenke des Arms vorgegebenen und bereits
weiter oben beschriebenen Bewegungsabläufen unterstützt wird.
Der hier angesprochene Knauf oder Griff (28) besteht aus einem manuell
anpaßbaren
zylindrischen Teil, auf welchem zentral auf der äußeren Mantellinie der gewölbten Fläche ein
Schalter (29) angebracht ist, mit dem der Betrieb der motorischen
Elemente (26) und (27) gesteuert werden kann. Diese werden ihrerseits
direkt von der Taste (30) aktiviert, bei deren Betätigung das
elektrische Signal zum Ansteuern des Schalters bzw. Schützes gegeben
wird, der dann seinerseits einen den elektrischen Schaltkreis sperrenden
Kontakt beaufschlägt.
Da im Vorfeld eine Eichung der fotoelektrischen Zelle (52) vorgenommen
worden ist, wie auf der entsprechenden Position der 2 in
der Nähe
des Parallelogramms (11) gesehen werden kann, wird über eine
Präzisionsmeßeinrichtung
(53), an deren Ende als das Unterbrechen des von der Fotozelle (52)
ausgegebenen Lichtstrahls bestimmende Element der Positionsgeber
(54) sitzt, in dem Moment, in dem die Fotozelle (52) das Ende des
Gewindegangs erkennt, der erwähnte
Schütz
entregt, woraufhin ein zweiter Schütz blockiert wird, der seinerseits
den Motor so in die Gegenrichtung laufen läßt, daß der Gewindeschneider ohne
das geschnittene Gewinde zu beschädigen aus demselben herausgefahren
wird.
-
Im vorderen Bereich des Untersetzungsgetriebes
(27) ist ein Schalter (51) angeordnet, mit dem der Geschwindigkeitsbereich
geändert
werden kann, das heißt
er schaltet den Befehl zum Zuschalten des Getriebes in Abhängigkeit
der dem Schneidkopf (31) vorzugebenden Sollgeschwindigkeit um bzw.
schaltet ihn nicht um. In der Folge davon paßt sich der Gewindeschneider
je nach der Größe des zu
schneidenden Gewindes und des zu bearbeitenden Materials an den
Kopf (31) an. Der hier besprochene Drehkopf umfaßt einen Halter mit Schnellkopplung
für das
Einsetzen der Gewindeschneider und die interne Antibruchvorrichtung,
die in 5 als Schnitt-Einzelteilzeichnung
am Ende des Kopfes (31) gezeigt wird. Wie in dieser Figur gesehen
werden kann, besteht diese aus einer Welle des Kopfes (55), die
mit einem Verbindungszylinder (56) mit der Buchse (57) des Kopfes
(31) verbunden ist. Vorgegeben durch die Geometrie des Teils gibt
es zwischen den Teilen (55), (56) und (57) eine Reihe von Hohlräumen, die
mit ringförmigen
Gummielementen (58) ausgefüllt
werden und welche die Rotations- und Kompressionskräfte zwischen
den betroffenen Teilen (55), (56) und (57) auffangen. Damit wird
erreicht, daß die
genannten Kräfte
nicht auf das Schneidwerkzeug wirken, sondern von dem dieses haltenden
System und noch konkreter von den Gummielementen (58) aufgenommen
werden.
-
Das bis hierher beschriebene System
stützt sich
auf in der Höhe
regulierbare und an den Füßen des
Arbeitstisches sitzenden Klötzen
(32), mit deren Hilfe eine perfekte Ausrichtung der Maschine auf
der jeweiligen Standfläche
ermöglicht
wird. Dabei ist zu bemerken, daß die
erwähnten
Klötze
(32) durch den Umstand gekennzeichnet sind, daß sie aus Gummi sind und daher
schon vom Material her die Vibrationen der Maschine im Betrieb abfangen,
ein Umstand, der dem Arbeitstisch der Maschine eine zusätzlich Stabilität verleiht.
-
3 zeigt
einen Schnitt durch den Arbeitstisch, um die Anordnung der unterschiedlichen,
den hydraulischen Kreis der Maschine speisenden Ausrüstungen
zu zeigen, die, wie in 2 gezeigt, über eine
Tür (33)
erreichbar sind.
-
3 zeigt
an der unteren Basis (50) des Arbeitstisches zunächst den Tank (34), der die
hydraulische Flüssigkeit
enthält,
Tank (34) untergebracht, wobei der es sich normalerweise um industrielles Öl handeln
wird. Der Tank hat im oberen Bereich einen Füllstopfen (35) und einen Entleerungsstopfen
(36) in der unteren Basis (5) der Maschine, sowie schließlich ein
Schauglas zur Überwachung
des Ölstands
im Inneren des Tanks (34).
-
Für
die Förderung
und Druckbeaufschlagung der Hydraulikflüssigkeit ist das Hydrauliksystem
mit einem am Hydrauliktank (34) und dem Hydraulikkreis angebrachten
Elektromotor (38) für
das Pumpen der Flüssigkeit
ausgerüstet,
wobei die Durchflußmenge von
einem Magnetventil (39) gesteuert wird, an welches die Führungsrohre
für die
Speisung des Schneidkopfes (14) angeschlossen sind. Auf der gegenüberliegenden
Seite der Basis der Maschine sitzt der Tank für das lösliche Öl bzw. die Kühlflüssigkeit (41),
der mit einer Motorpumpe (42) und einem Rücklaufventil (43) versehen
ist, über
welche der Ausgang der Kühlflüssigkeit
vor den oben beschriebenen Kontroll- und Steuerfunktionen gespeist
wird.
-
Dis bis hierher ausgeführte Beschreibung der
zur vorliegenden Erfindung sowie die Darlegung für deren Umsetzung in die Praxis
wird für
ausreichend gehalten. Es sollte lediglich hinzugefügt werden,
daß das
die Erfindung ausmachende System in Teilen seines Inhalts eine Reihe
von Änderungen
erfahren kann, die aber nicht dazu geeignet sein werden, die nachstehend
beanspruchten Merkmale und Eigenschaften substantiell zu verändern.