DE69913477T2

DE69913477T2 - Taumelpresse

Info

Publication number: DE69913477T2
Application number: DE69913477T
Authority: DE
Inventors: Takao Takai-city Komura
Original assignee: Fuji Seiko Co Ltd
Current assignee: Fuji Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: JP3039863B1; EP1022077A3; KR20000047387A; EP1022077B1; EP1022077A2; US20010029763A1; KR100369644B1; JP2000190097A; US6457339B2; DE69913477D1; TW453912B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Taumelpressen mit Taumelwellen, die zur Ausführung verschiedener Pendelbewegungen befähigt sind.
Die Taumelpresse ist eine Maschine, die Metall mittels einer Kombination einer Taumelwelle und eines Metallstempels schmiedet. Der untere Abschnitt der Taumelpresse umfasst eine hydraulische Presse, welche den durch die Taumelwelle ausgeübten Druck abstützt und ein zu schmiedendes Metallmaterial und andere Vorrichtungen trägt.
Das Grundprinzip der Taumelpresse, wie es in 2 gezeigt ist, besteht darin, dass die Taumelwelle 1 um deren Mittelachse mit einem einstellbaren Exzentrizitätswinkel und einer einstellbaren Umlauf-Winkelgeschwindigkeit pendeln darf. Dann pendelt der mit der Taumelwelle 1 einstückig ausgeführte Metallstempel 2 und schmiedet dadurch das darunter gelegte Metall in eine erwünschte Form (siehe zum Beispiel EP-A-0 383 578).
Verschiedene Pendelbewegungen werden durch ein Verändern des Exzentrizitätswinkels und der Umlauf-Winkelgeschwindigkeit der Pendelwelle um ihre eigene Mittelachse erreicht, wodurch das vom Metallstempel 2 gepresste Metallmaterial in verschiedene Formen gebracht wird.
Bei herkömmlichen Taumelpressen sind die Taumelwelle 1 und der Metallstempel 2 darunter einstückig ausgeführt. Außerdem ist der Metallstempel 2 wie ein Kegelstumpf mit einem Scheitelpunkt O an seinem unteren Ende ausgeführt, wie das in 1 gezeigt ist.
Wenn die Arbeitsfläche des Metallstempels 2 der herkömmlichen Taumelpressen dieses Typs mit dem Metallmaterial einen Kontakt in Form einer Linie hat, oder in anderen Worten, der Exzentrizitätswinkel θ der Mittelachse der Taumelwelle 1 gleich dem Neigungswinkel α des Metallstempels 2 (der wie in 1 gezeigt als ein Kegelstumpf ausgeführt ist) ist, rollt der Metallstempel über die Oberfläche des Metallmaterials um den Scheitelpunkt O, während die Mittelachse der Taumelwelle 1 sich in einer Umlaufbahn bewegt.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit der umlaufenden Mittelachse der Taumelwelle 1 bezüglich der senkrechten Achse ω ist und die Winkelgeschwindigkeit der Mittelachse des Metallstempels 2, der um seine eigene Achse rotiert, in 1 ω' ist, sind die vertikalen und horizontalen Komponenten der Winkelgeschwindigkeit ω' dann ω'cosα bzw. ωsinα.
Wenn der Abstand zwischen einem spezifischen Punkt P des Metallstempels 2, der in Kontakt mit dem Metallmaterial rollt, und dem Scheitelpunkt O nämlich r ist, und der Schnittpunkt zwischen einer zur horizontalen Oberfläche am Punkt P senkrechten Geraden und der Mittelachse des Metallstempels 2 in 1 S ist, dann ist SP = rcotα. Die Umlaufgeschwindigkeit am Punkt P ist dann ωr.
Wenn der Metallstempel 2, der wie zuvor beschrieben rollt, um seine eigene Achse um den Scheitelpunkt O rotiert, ist die Rotationsgeschwindigkeit der horizontalen Komponente ωsinα der Winkelgeschwindigkeit ω' am Punkt S und mit der Umlaufgeschwindigkeit am Punkt P, die oben gegeben wurde, die als SP ω'sinα = rω'cosα ausgedrückt werden kann, wobei SP der Radius und, wie oben beschrieben, gleich ωr ist.
Daher gelten die Gleichungen ωr = ω'rcosα und ω' = ωcosα.
Die Rotation des Metallstempels um seine eigene Achse, die aus diesem Rollen resultiert, erzeugt jedoch beträchtliche Interferenzen bei der Ausbildung eines gewünschten Musters auf dem Metallmaterial durch verschiedene Pendelbewegungen.
Zur Erläuterung dieser Tatsache zeigt 2 eine Ansicht, die allgemeiner gehalten ist als 1. Dies heißt, dass 2 einen Fall zeigt, bei der der Exzentrizitätswinkel θ der Mittelachse der Taumelwelle 1 nicht gleich dem Neigungswinkel α des Metallstempels 2 ist oder, in anderen Worten, der Metallstempel nicht mit der Oberfläche des bearbeitet werdenden Metallmaterials ist. Hier schneidet eine sich vom Punkt P auf der Oberfläche des konisch ausgebildeten unteren Teils des Metallstempels erstreckende senkrechte Gerade dessen Mittelachse am Punkt Q, und OQ ist a und PQ = b. (Im Gegensatz zu 1 zeigt 2 einen Fall, bei dem der konisch ausgebildete Teil des Metallstempels von der horizontalen Ebene entfernt ist.)
Wenn der Metallstempel um seine eigene Achse rotiert, wird sich der Punkt P in manchen Fällen von der Oberfläche des Metallmaterials lösen. P' und Q' in den 2 und 3 sind Projektionen der Punkte P und Q auf die Abszisse und Ordinate in einer horizontalen Ebene, deren Zentrum am Scheitelpunkt O ist. OP' und O' können wie folgt ausgedrückt werden: OQ' = asinθ(t) und P'Q' = bcosθ(t)
(Eine Funktionsform θ(t) wird verwendet, weil Θ sich mit der Zeit verändern kann.) In 2 rotiert der Punkt Q mit einer Winkelgeschwindigkeit ω um eine vertikale Gerade, die durch den Scheitelpunkt O geht, während der Punkt P nicht nur um die gleiche vertikale Gerade, die durch den Scheitelpunkt O geht, mit einer Winkelgeschwindigkeit ω, sondern auch in die entgegengesetzte Richtung um eine senkrechte Gerade, die durch den Punkt Q geht, mit einer Winkelgeschwindigkeit rotiert, die gleich der vertikalen Komponente der Winkelgeschwindigkeit ω' der Rotation der Taumelwelle um ihre eigene Mittelachse ist.
Wenn θ = α, dann ist ω' = ω/cosα, wie vorher mit Bezug auf 1 beschrieben. Wenn die geneigte Oberfläche des Metallstempels von der Oberfläche des Metallmaterials entfernt ist, wie in 2 gezeigt, dann ist ω' jedoch wegen der Rotation um seine eigene Achse aufgrund des Trägheitseffekts der Rollbewegung nicht immer gleich ω/cosα.
Die vertikale Komponente der Winkelgeschwindigkeit ω' der Rotation der Taumelwelle um ihre eigene Mittelachse ist gleich ω'cosθ(t), wie aus 2 zu ersehen ist.
Daher repräsentiert die Geschwindigkeit der Winkelbewegung in der senkrechten Richtung am Punkt Q einen Wert, der durch Ableitung der vertikalen Komponente der Winkelgeschwindigkeit aufgrund der Rotation um ihre eigene Achse ω'cosθ(t) aus der Winkelgeschwindigkeit ω der umlaufenden Mittelachse ist.
Daher können die Koordinaten x und y des Punkts P' in 3 durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden: x = asinθ(t)cosωt + bcosθ(t)cos(ω – ω'cosθ(t))t y = asinθ(t)sinωt + bcosθ(t)sin(ω – ω'cosθ(t))t (1)
Die folgende Gleichung kann aus Gleichung (1) abgeleitet werden: x2 + y2 = a2 + b2 + absin2θ(t)cos(ω – ω'cosθ(t))t (2)
x² + y² können nicht konstant gehalten werden, weil cos(ω – ω'cosθ(t))t in Gleichung (2) sich fortlaufend ändert, auch wenn θ(t) konstant bleibt.
Dies bedeutet, dass eine präzise Steuerung, die zum Erzeugen einer Kreisbewegung erforderlich ist, welche die einfachste Bewegung bei Pendelbewegungen ist, unmöglich zu erzielen ist, ganz zu schweigen von einer präzisen Steuerung zur Erzeugung einer komplexeren spiralförmigen oder blütenblattförmigen Bewegung.
1 zeigt eine Situation, bei der die geneigte Oberfläche des Metallstempels in Kontakt mit der Oberfläche des Metallmaterials rollt. Wenn angenommen wird, dass die Zeit des Punkts P, wenn er von einem Zustand aus rollt, bei dem er mit dem bearbeitet werdenden Metallmaterial in Kontakt ist und mit dem selben Metallmaterial wieder in Kontakt kommen soll, t₀ ist, dann gilt die Gleichung ω't₀ = 2π. Dann ist der Rotationswinkel des Punkts P in einer horizontalen Ebene ω't₀ = 2πcosα. Es ist daher unmöglich, die Oberfläche des Metallmaterials in einem Winkelgrenzbereich von 2π oder einer Umdrehung zu halten. Eine Verschiebung von 2π(1 – cosα) ist unvermeidlich.
Auch wenn ein Versuch unternommen wird, ein gewünschtes Muster dadurch zu erreichen, dass die Oberfläche des Metallmaterials mit Punkt P mit Intervallen von t₀ gepresst wird, ist es aufgrund der schon erwähnten Verschiebung unmöglich, das gewünschte Muster präzise auszuführen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Taumelpressen vorzusehen, deren Metallstempel sich nicht um ihre eigenen Achsen drehen, wodurch die Nachteile der herkömmlichen Taumelpressen überwunden werden, deren Metallstempel sich um ihre eigenen Achsen drehen.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile schon beschriebener herkömmlicher Taumelpressen durch Vorsehen der folgenden Verbesserungen:
Erfindungsgemäß ist eine Taumelpresse vorgesehen, die einen Metallstempel umfasst, der dazu ausgelegt ist, um einen Scheitelpunkt an dessen unterem Ende zu pendeln, und eine Taumelwelle, die über dem Metallstempel angebracht ist und eine Pendelbewegung an den Metallstempel überträgt, wobei der Exzentrizitätswinkel von dessen Mittelachse und eine Winkelgeschwindigkeit von dessen Umlaufbewegung einstellbar sind, wobei die Presse aufweist:
eine Kupplungsscheibe zwischen dem Metallstempel und der Taumelwelle, wobei bei der Kupplungsscheibe eine obere Oberfläche in Reibungskontakt mit einer unteren Oberfläche der Taumelwelle und eine untere Oberfläche in Reibungskontakt mit einer oberen Oberfläche des Metallstempels ist,
wobei der Metallstempel in einem Kreisel gelagert ist und
der Kreisel schwenkbar in einer Halterung gelagert ist,
wobei die entsprechenden Schwenkachsen durch den Scheitelpunkt am unteren Ende des Metallstempels gehen und in unterschiedlichen Winkeln in einer horizontalen Ebene liegen.
In einem ersten Beispiel erstrecken sich erste Fortsätze vom Metallstempel nach außen, wobei erste Vertiefungen die ersten Fortsätze, die im Kreisel ausgebildet sind, darin drehbar lagern, wobei zweite Fortsätze sich vom Kreisel und von den Lagerungen aus erstrecken, und zweite Vertiefungen die zweiten Fortsätze in sich drehbar lagern, die in oder auf entweder dem Kreisel oder der Lagerung ausgebildet sind, wobei jede der Schwenkachsen durch Bereiche definiert ist, in denen die ersten Fortsätze in die ersten Vertiefungen passen.
In einem zweiten Beispiel ist ein ringförmiger Rahmen am Metallstempel befestigt, wobei der Kreisel den ringförmigen Rahmen einschließt, und Stützen sind außerhalb des Kreisels vorgesehen, wobei sich erste Fortsätze von entweder dem ringförmigen Rahmen oder dem Kreisel aus erstrecken und erste Vertiefungen die ersten Fortsätze darin drehbar lagern, die darin in und auf entweder dem ringförmigen Rahmen oder dem Kreisel ausgebildet sind, wobei sich zweite Fortsätze entweder vom Kreisel oder von den Lagerungen aus erstrecken und zweite Vertiefungen die zweiten Fortsätze in sich drehbar lagern, die in und auf entweder dem Kreisel und den Lagerungen ausgebildet sind, wobei jede der Schwenkachsen durch Bereiche definiert ist, in denen die ersten und die zweiten Fortsätze in die ersten bzw. zweiten Vertiefungen passen.
In jedem Fall kann der ringförmige Rahmen und/oder der Kreisel ringförmig sein, wobei die ersten und zweiten Fortsätze symmetrisch bezüglich der Mittelachse des Metallstempels angeordnet sein können und eine Strecke, welche die Mittelachsen der ersten Fortsätze verbindet, und eine Strecke, welche die Mittelachsen der zweiten Fortsätze verbindet, in einer horizontalen Ebene aufeinander senkrecht stehen können.
Beispiele von Taumelpressen gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung sind in den begleitenden Zeichnungen gezeigt. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht, welche die Beziehung zwischen der Taumelwelle und dem Metallstempel in einer konventionellen Taumelpresse zeigt und die Winkelgeschwindigkeit der Rotation um die eigene Achse des Metallstempels veranschaulicht, der eine Rollbewegung vollführt,
2 eine Seitenansicht einer herkömmlichen Taumelpresse, die die Position des Punkts P auf der geneigten Oberfläche der Metallform, die um ihre eigene Achse rotiert, wobei die geneigte Oberfläche des Metallstempels nicht in Kontakt mit dem bearbeiteten Metallmaterial ist, und den Abstand zwischen dem Punkt P und dem Scheitelpunkt O in der horizontalen Richtung, veranschaulicht.
3 eine Kurvendarstellung, welche die Gleichung (1) veranschaulicht, wobei der Punkt P auf der geneigten Oberfläche des Metallstempels ausgedrückt wird,
4 Ansichten, die das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung veranschaulichen: 4(a) ist eine Draufsicht, welche den Metallstempel und die Taumelwelle in der vertikalen Position zeigt; 4(b) ist ein Schnitt entlang der Linie A-A von 4(a), der die Art und Weise zeigt, in welcher die zweiten Fortsätze in die zweiten Vertiefungen passen; und 4(c) ist ein Schnitt entlang der Linie B-B von 4(a), der die Art und Weise zeigt, in der die ersten Fortsätze in die ersten Vertiefungen passen,
5 eine dreidimensionale Kurvendarstellung, die zeigt, dass der Metallstempel eine Winkelbewegungsfreiheit in einem zweidimensionalen Raum (zwei Winkelfreiheitsgrade) haben muss, um die Pendelbewegungen ausführen zu können, ohne dass er sich um seine eigene Achse dreht,
6 Ansichten, welche die Konstruktion einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen: 6(a) ist eine Draufsicht, welche die Mittelachsen des Metallstempels und der Pendelwelle in der vertikalen Position zeigt; 6(b) ist ein Schnitt entlang der Linie A-A von 6(a), welcher die Art und Weise zeigt, in der die zweiten Fortsätze in die zweiten Vertiefungen passen; und 6(c) ist ein Schnitt entlang der Linie B-B von 6(a), der die Art und Weise zeigt, in der die ersten Fortsätze in die ersten Vertiefungen passen,
7 vom Punkt P auf der Oberfläche des pendelnden Metallstempels zurückgelegte Pfade: 7(a) zeigt einen kreisförmigen Bewegungspfad; 7(b) zeigt einen linearen Bewegungspfad; 7(c) & (d) zeigen kreisförmige Bewegungspfade; 7(e) zeigt einen spiralförmigen Bewegungspfad; und 7(f) zeigt einen blütenblattförmigen Bewegungspfad.
Die erste und die zweite Struktur der Beispiele (1) und (2) der vorliegenden Erfindung, die unten beschrieben sind, sind identisch, außer dass die Struktur (1) keinen am Metallstempel befestigten ringförmigen Rahmen hat, wie das die Struktur (2) hat.
4(a) und (b) zeigen die Grundstruktur (1). Wie zu sehen ist, ist eine Kupplungsscheibe 3 zwischen einer Pendelwelle 1 und einem Metallstempel 2 vorgesehen. (Die alternative Struktur (2) wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben.)
Daher rotiert der Metallstempel 2 nicht zusammen mit der Umlaufbewegung der Pendelwelle 1, sondern vollführt über die Kupplungsplatte 3 die gleichen Winkelveränderungen wie die dreidimensionalen Winkelveränderungen, die von der unteren Oberfläche der umlaufenden Taumelwelle 1 ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Mechanismus vor, um zu verhindern, dass der rollende Metallstempel 2 um seine eigene Achse rotiert.
5 veranschaulicht das Grundprinzip des Mechanismus. Es wird angenommen, dass der Metallstempel 2 eine Winkelbewegungsfreiheit in einem zweidimensionalen Raum (zwei Winkelfreiheitsgrade) hat, wenn die Mittelachse des Metallstempels 2 sich entlang einer Geraden mit einem Winkel φ von der Horizontalen und einer Geraden mit einem Winkel β von der Vertikalen frei bewegen kann. Wenn die Mittelachse eine Winkelbewegungsfreiheit im zweidimensionalen Raum hat, folgt daraus, dass der gesamte Metallstempel 2 eine Winkelbewegungsfreiheit im zweidimensionalen Raum hat.
Daher muss der Mechanismus zum Verhindern der Rotation des rollenden Metallstempels 2 um seine eigene Achse es dem Metallstempel erlauben, eine Winkelbewegungsfreiheit im zweidimensionalen Raum zu haben, während eine Rotation um dessen Mittelachse verhindert wird.
Zur Erfüllung der obigen Anforderung hat die erste Struktur (1) der vorliegenden Erfindung erste Fortsätze 61, die sich vom Metallstempel 2 aus erstrecken, und erste Vertiefungen 71 zum rotierbaren Lagern der ersten Fortsätze 61 darin, die in einem Kreisel 4 ausgebildet sind, wobei zweite Fortsätze 62 sich nach innen oder außen erstrecken, und zweite Vertiefungen 72 zum rotierbaren Lagern der zweiten Fortsätze darin sind in und auf entweder dem Kreisel 4 oder den Lagerungen 5 ausgebildet, wie in den 4(a) und (b) gezeigt. (In den 4(a) und (b) erstrecken sich die zweiten Fortsätze vom Kreisel 4 nach außen und die zweiten Vertiefungen 72 sind in den Lagerungen 5 ausgebildet.)
Damit der Kreisel 4 sich in jeder gewünschten Richtung drehen kann, während zweite Fortsätze in zweiten Vertiefungen drehbar gelagert sind, ist es entscheidend, dass zwei zweite Fortsätze 62 vorgesehen sind und die Mittelachsen von Bereichen, in denen die zweiten Fortsätze 62 durch die zweiten Vertiefungen 72 drehbar gelagert sind, auf der gleichen Geraden liegen und durch den Scheitelpunkt des Metallstempels 2 gehen. (Der Kreisel 4 kann die Rotation, welche es dem Metallstempel 2 erlaubt, um seinen Scheitelpunkt zu pendeln, nicht erzielen, wenn nicht, wie oben beschrieben, zwei zweite Fortsätze 62 vorgesehen sind.)
Der Kreisel 4 kann seine Pendelbewegung bezüglich der Lagerungen 5 mit einer Winkelbewegungsfreiheit in einem eindimensionalen Raum über zweite Fortsätze 62 und zweite Vertiefungen 72 ändern.
Zwei erste Fortsätze 61 müssen vorgesehen sein, und die Mittelachsen von Bereichen, in denen die ersten Fortsätze 61 durch die ersten Vertiefungen 71 drehbar gelagert sind, sind auf der gleichen Gerade und gehen durch den Scheitelpunkt des Metallstempels 2 aus dem gleichen Grund, der oben für die zweiten Fortsätze 62 und die zweiten Vertiefungen 72 erwähnt wurde.
Eine Kombination der ersten Fortsätze 61 und zweiten Vertiefungen 72 erlaubt es dem Metallstempel 2, seine Pendelbewegung bezüglich des Kreisels 4 mit einer Winkelbewegungsfreiheit in einem eindimensionalen Raum zu ändern.
Wenn die die Mittelachsen der ersten Fortsätze 61 verbindende Gerade und die die zweiten Mittelachsen der zweiten Fortsätze 62 verbindende Gerade miteinander ausgerichtet werden, bewegt sich der Kreisel 4 mit einer Winkelbewegungsfreiheit in einem eindimensionalen Raum, jedoch kann der Metallstempel 2 nicht mit einer Winkelbewegungsfreiheit in einem zweidimensionalen Raum pendeln. (Unter dieser Bedingung kann der Metallstempel 2 und der Kreisel 4 nur mit einer Winkelbewegungsfreiheit in einem eindimensionalen Raum um die Winkelachsen pendeln, die sich in der gleichen Richtung erstrecken.)
In den beiden Strukturen (1) und (2) sind die die Mittelachsen der ersten Fortsätze 61 und der zweiten Fortsätze 62 verbindenden Geraden (die durch den Scheitelpunkt O des Metallstempels 2 gehen) so konstruiert, dass sie in einer waagrechten Ebene in unterschiedlichen Winkeln liegen. Diese Konstruktion erlaubt dem Metallstempel 2, zwei Pendelbewegungen mit einer Winkelbewegungsfreiheit im zweidimensionalen Raum zu erzielen. Eine wird durch die Winkelbewegungsfreiheit des Metallstempels 2 im eindimensionalen Raum bezüglich des Kreisels 4 und die andere durch die Winkelbewegungsfreiheit im eindimensionalen Raum ermöglicht, welche der Kreisel 4 besitzt.
Entweder die zweiten Fortsätze 62 oder die zweiten Vertiefungen 72 sind auf oder in den Lagerungen 5 vorgesehen. Daher kann der Kreisel 4 keine anderen Bewegungen als das Pendeln mit einer Winkelbewegungsfreiheit im eindimensionalen Raum vollführen, die vorher erwähnt wurde, und kann daher nicht um seine eigene Mittelachse rotieren, welche durch den Scheitelpunkt O des Metallstempels 2 geht. (4(a) und (b) zeigen die Struktur, in welcher die zweiten Vertiefungen 72 in den Lagerungen 5 ausgebildet sind.)
In ähnlicher Weise können die ersten Vertiefungen 71, die im Kreisel 4 vorgesehen sind, keine anderen Bewegungen vollführen, als das Pendeln mit einer Winkelbewegungsfreiheit im eindimensionalen Raum, wie vorher erwähnt. Daher verhindern die ersten Fortsätze 61, dass der Metallstempel 2 sich um seine eigene Mittelachse dreht, welche durch seinen Scheitelpunkt O geht. Folglich vollführt der Metallstempel 2 nur eine Pendelbewegung um seinen Scheitelpunkt O mit einer Winkelbewegungsfreiheit im zweidimensionalen Raum.
Ein Eingriff, welcher es den ersten Fortsätzen 61 erlaubt, sich in den ersten Vertiefungen 71 zu drehen, und es den zweiten Fortsätzen 62 erlaubt, sich in den zweiten Vertiefungen 72 zu drehen, kann in verschiedenen Kombinationen erzielt werden, wie zum Beispiel eine Kombination säulenförmiger Fortsätze und zylindrischer Vertiefungen zur Lagerung der säulenförmigen Fortsätze, eine Kombination von Fortsätzen und Vertiefungen zur Lagerung der Fortsätze, wobei beide Profile die Form von Kegelstümpfen haben, und eine Kombination von Fortsätzen und Vertiefungen, bei denen beide halbkugelartige Profile aufweisen. Die wesentliche Anforderung besteht darin, dass ein Schnitt senkrecht zur Mittelachse eines jeden Fortsatzes kreisförmig ist und jede Vertiefung einen Umfang hat, der so groß ist, dass er den kreisförmigen Schnitt des Fortsatzes umfasst.
Zur Sicherstellung einer glattlaufenden Lagerung zwischen den Fortsätzen und Vertiefungen kann dazwischen ein Schmiermittel eingebracht oder ein Lager angebracht werden, auch wenn diese keine wesentliche Anforderung für die vorliegende Erfindung darstellen.
Da sich nun der Metallstempel 2 nicht um seine eigene Achse dreht, wird die Winkelgeschwindigkeit ω' der Achsenrotation in der Gleichung (1) 0.
Daher wird die Gleichung (1) wie unten beschrieben. x = {asinθ(t) + bcosθ(t)}cosωt y = {asinθ(t) + bcosθ(t)}sinωt (3)
Gleichung (3) kann wie unten beschrieben unter Verwendung des Additionstheorems trigonometrischer Funktionen umgeformt werden. x = a/2(sin{θ(t) + ωt} + sin{θ(t) – ωt}) + b/2(cos{θ(t) + ωt} + cos{θ(t) – ωt}) y = b/2(cos{θ(t) + ω} + cos{θ(t) – ωt}) + b/2(sin{θ(t) + ωt} + sin{θ(t) – ωt}) (3)'
Wenn angenommen wird, dass zu Zwecken der Vereinfachung θ(t) + ωt = θ₁(t) und θ(t) – ωt = θ₂(t) in Gleichung (3)', kann Gleichung (3)' wie folgt ausgedrückt werden: x = a/2{sinθ1(t) + sinθ2(t)} + b/2{cosθ1(t) + cosθ2(t)} y = a/2{cosθ2(t) – cosθ1(t)} + b/2{sinθ1(t) + sinθ2(t)} (3)''
Aus der Gleichung (3)'' wird die folgende Gleichung abgeleitet: x2 + y2 = 1/4(a2 + b2) + {(a2 – b2)/2}cos{θ1(t) + θ2(t)} + absin{θ1(t) + θ2(t)}
Diese Gleichung zeigt, dass, wenn θ₁(t) + θ₂(t) = 2θ(t) konstant ist, der Punkt P unabhängig vom Wert von ω eine Kreisbewegung ausführt, wie das in 7(a) gezeigt ist.
Wenn θ₁(t) = θ₂(t) oder ωt = 0 in der Gleichung (3), dann x = asinθ1(t) + bcosθ1(t) y = 0
Auf diese Weise beschreibt der Punkt P einen Pfad, der aus Strecken zusammengesetzt ist, wie in 7(b) gezeigt.
Wenn θ₂(t) = 0 (oder θ(t) = ωt), dann kann aus der Gleichung (3) die folgende Gleichung abgeleitet werden: (x – b/2)2 + (y – a/2)2 = 1/4(a2 + b2)
In diesem Fall beschreibt der Punkt P einen kreisförmigen Pfad mit einem Radius von {(a² + b²)/2}^1/2 und ist um einen Punkt zentriert, der die Koordinaten (b/2, a/2) hat, und bildet ein Muster, das entlang des Pfades, der in 7(c) gezeigt ist, gezeichnet wird.
Wenn θ₂(t) = 0 (oder θ(t) = –ωt), kann aus der Gleichung (3) die folgende Gleichung abgeleitet werden: (x – b/2)2 + (y + a/2)2 = 1/4(a2 + b2)
In diesem Fall beschreibt der Punkt P einen kreisförmigen Pfad mit einem Radius von {(a² + b²)/2}^1/2 und ist um einen Punkt zentriert, der die Koordinaten (b/2, a/2) hat und ein Muster bildet, das entlang des Pfades gezeichnet ist.
Wenn a = b kann aus der Gleichung (3) das Folgende abgeleitet werden: x + y = a{sinθ1(t) + sinθ2(t)} x – y = a{cosθ1(t) + cosθ2(t)} (4)
Wenn die Koordinaten (x, y) durch einen Winkel y rotiert werden, werden allgemein die Koordinaten (X, Y) erhalten. Dann gelten die folgenden Beziehungen. X = xcosr + ysinr Y = xsinr + ycosr
Wenn daher die Koordinaten (X, Y) erhalten werden, wenn (x, y) in Gleichung (4) durch –45° rotiert werden, gelten die folgenden Bedingungen. X = (a√2){sinθ1(t) + sinθ2(t)} Y = (a√2){cosθ1(t) + cosθ2(t)} (5)
Wenn θ₁(t) = nθ₂(t) (wobei n eine rationale Zahl größer als 1 ist) in Gleichung (5) gilt, beschreibt der Punkt P einen spiralförmigen Pfad, wie in 7(e) gezeigt ist (in welcher n = 11), der bei der Herstellung von Gegenständen anwendbar ist, die unsymmetrische Muster entlang dem äußeren Umkreis von Scheiben oder Zahnrädern haben. Durch Auswahl des richtigen Wertes von n können verschiedene Typen von Spirallinien, von weit beabstandeten zu eng beabstandeten beliebig ausgewählt werden. Außerdem kann eine solche Auswahl entweder feststehen oder variabel sein, während sich die Taumelwelle 1 bewegt.
Wenn θ₁(t) = –θ₂(t)/n (wobei n eine rationale Zahl größer als 1 ist und das Minuszeichen anzeigt, dass θ₁(t) und θ₂(t) sich in entgegengesetzten Richtungen drehen) gilt, beschreibt der Punkt P einen Pfad, der wie ein Blütenblattmuster aussieht (7(f) zeigt einen Fall, bei dem n = 21 ist), der zum Schmieden von Zahnrädern und anderer Gegenstände geeignet ist, die radial angeordnete Muster aufweisen.
Durch Auswahl des entsprechenden Wertes von n können verschiedene Typen von blütenblattförmigen Linien, von weit beabstandeten zu eng beabstandeten, beliebig erzielt werden. Außerdem kann eine solche Auswahl entweder feststehen oder variabel sein, während sich die Taumelwelle 1 bewegt.
Wie beschrieben wurde, erlaubt die vorliegende Erfindung, dass der Metallstempel 2 nicht nur eine kreisförmige und eine geradlinige Bewegung ausführt, sondern dass er auch spiral- und blütenblattförmige Bewegungen ausführt und entsprechende Muster exakt bildet.
Die 6(a), (b) und (c) zeigen eine Ausführungsform, die auf der zweiten Struktur (2) basiert, die jeweils zwei erste und zweite Fortsätze aufweist, deren Mittelpunkte symmetrisch bezüglich der Mittelachse des Metallstempels angeordnet sind.
Die ersten Fortsätze 61 und die zweiten Fortsätze 62 erstrecken sich nach innen. Die ersten Fortsätze 61 erstrecken sich vom Kreisel 4 aus und sind in den ersten Vertiefungen 71, die im kreisförmigen Rahmen 20 ausgebildet sind, der den Metallstempel 2 umgibt, drehbar gelagert, während die zweiten Fortsätze 62 sich von der ringförmigen Lagerung 5 aus erstrecken und in den zweiten Vertiefungen 72, die im Kreisel 4 ausgebildet sind, drehbar gelagert sind.
In dieser Ausführungsform sind eine Gerade, die durch Reproduzieren einer die Mittelpunkte der beiden ersten Vertiefungen 61 verbindenden Gerade auf einer Projektionsebene erhalten wird, und eine Gerade, die durch Reproduzieren einer die Mittelpunkte der beiden zweiten Fortsätze 62 verbindenden Gerade erhalten wird, senkrecht zueinander, wie in 7(a) gezeigt.
Bei dieser Anordnung sind die Pendeloberfläche des Kreisels 4 und die Pendeloberflächen des Metallstempels 2 und des umgebenden ringförmigen Rahmens 20 in einer horizontalen Richtung senkrecht zueinander, wobei der Metallstempel 2 eine Winkelbewegungsfreiheit im zweidimensionalen Raum wirksam erlangen kann.
Es versteht sich von selbst, dass die auf der Struktur (2) basierende Ausführungsform auch Pendelbewegungen zum Zeichnen der verschiedenen in 7 gezeigten Muster durchführen kann. Während sich bei der Struktur (1), anhand der der Betrieb beschrieben wurde, sich die ersten und die zweiten Fortsätze nach außen erstrecken, erstrecken sich bei der auf der Struktur (2) basierenden Ausführungsform, die oben beschrieben ist, die ersten und zweiten Fortsätze nach innen.
Es ist auch möglich, die Erstreckungsrichtung der zweiten Fortsätze in der Struktur (1) und der ersten und der zweiten Fortsätze in der Struktur (2) umzukehren.
Es ist möglich, die Erstreckungsrichtung der ersten und der zweiten Fortsätze in der Struktur (2) umzukehren. Die ersten Fortsätze können sich nach außen erstrecken und die zweiten Fortsätze nach innen oder umgekehrt. Hierdurch können die erwünschte Pendelbewegung und das Muster erzielt werden.
Wie beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung von großem Wert, da sie es einem Metallstempel erlaubt, um seinen Scheitelpunkt O mit einer Winkelbewegungsfreiheit im zweidimensionalen Raum zu pendeln, da sie den Metallstempel daran hindert, sich um seine eigene Achse zu drehen, und es daher durch die Verwendung des die Kupplungsscheibe umfassenden Kreiselmechanismus, der ersten und der zweiten Fortsätze und der ersten und der zweiten Vertiefungen, wobei die ersten und die zweiten Fortsätze drehbar gelagert sind, erlaubt, exakte Muster zu erhalten.

Claims

Taumelpresse, umfassend einen Metallstempel (2), der zum Pendel um einen Scheitelpunkt an dessen unterem Ende angepasst ist, und eine Taumelwelle (1), die über dem Metallstempel angebracht ist und eine Pendelbewegung an den Metallstempel überträgt, wobei der Exzentrizitätswinkel von dessen Mittelachse und eine Winkelgeschwindigkeit von dessen Umlaufbewegung einstellbar sind, wobei die Presse Folgendes aufweist: – eine Kupplungsscheibe (3) zwischen dem Metallstempel und der Taumelwelle, wobei die Kupplungsscheibe eine obere Oberfläche hat, die in Reibungskontakt mit einer unteren Oberfläche der Taumelwelle ist, und eine untere Oberfläche, die in Reibungskontakt mit einer oberen Oberfläche des Metallstempels ist, – wobei der Metallstempel schwenkbar in einem Kreisel (4) gelagert ist, und – der Kreisel in einer Halterung schwenkbar gelagert ist, – wobei die entsprechenden Schwenkachsen durch den Scheitelpunkt am unteren Ende des Metallstempels gehen und in einer horizontalen Ebene in unterschiedlichen Winkeln gesetzt sind.
Taumelpresse nach Anspruch 1, welche einschließt: – erste Fortsätze (61), die sich vom Metallstempel (2) aus nach außen erstrecken, – im Kreisel ausgebildete erste Vertiefungen (71) zum drehbaren Lagern der ersten Fortsätze darin, – zweite Fortsätze (62), die sich entweder vom Kreisel oder von den Lagerungen aus erstrecken, und zweite Vertiefungen (72) zum drehbaren Lagern der zweiten Fortsätze darin, die in oder auf entweder dem Kreisel oder der Lagerung ausgebildet sind, wobei die Schwenkachsen jeweils durch Bereiche definiert sind, in denen die ersten Fortsätze in die ersten Vertiefungen passen.
Taumelpresse nach Anspruch 1, aufweisend: – einen ringförmigen Rahmen (20), der am Metallstempel befestigt ist, – wobei der Kreisel den ringförmigen Rahmen einschließt, und außerhalb des Kreisels vorgesehene Lagerungen, – wobei erste Fortsätze (61) sich entweder vom ringförmigen Rahmen oder vom Kreisel aus erstrecken und erste Vertiefungen (71) zum drehbaren Lagern der ersten Fortsätze darin in oder auf entweder dem ringförmigen Rahmen oder dem Kreisel ausgebildet sind, – zweite Fortsätze (62), die sich entweder vom Kreisel oder von den Lagerungen aus erstrecken, und zweite Vertiefungen (72) zum drehbaren Lagern der zweiten Fortsätze darin, die in und auf entweder dem Kreisel oder der Lagerung ausgebildet sind, wobei die Schwenkachsen jeweils durch Bereiche definiert sind, in denen die ersten und zweiten Fortsätze in die ersten beziehungsweise zweiten Vertiefungen passen.
Taumelpresse nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei der der ringförmige Rahmen (20) und/oder der Kreisel ringförmig sind, die ersten (61) und zweiten Vertiefungen (62) symmetrisch im Verhältnis zur Mittelachse des Metallstempels (2) angeordnet sind und eine die Mittelachsen der ersten Fortsätze (61) verbindende Gerade und eine die Mittelachsen der zweiten Fortsätze (62) verbindende Gerade in einer horizontalen Ebene aufeinander senkrecht stehen.