WO2021037395A1

WO2021037395A1 - Mobile vorrichtung zur spanenden bearbeitung eines werkstücks

Info

Publication number: WO2021037395A1
Application number: PCT/EP2020/025385
Authority: WO
Inventors: Marko Udovcic; Nebojsa Udovcic
Original assignee: dbm mobile feinstbearbeitung GmbH
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2021-03-04
Also published as: DE102019123119B3; EP4021673A1; US20220219272A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung (1) zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks (31), mit einer um eine Drehachse (6) rotierbaren Welle (2), einem mit der Welle (2) rotierbaren und axial und/oder in Richtung der Drehachse (6) verschiebbaren Schlitten (3) und einem mit dem Schlitten (3) verbundenen Werkzeughalter (4) für ein Schneidwerkzeug (17), der relativ und in eine Richtung senkrecht zu einer Schlittenachse (47) bewegbar ist. Um eine mobile Vorrichtung bereit zu stellen, die sich durch eine besonders einfache Handhabung auszeichnet, wird ein Getriebe (5) vorgesehen, mittels dessen die Welle (2) mit dem Werkzeughalter (4) und dem Schlitten (3) so gekoppelt ist, dass der Werkzeughalter (4) sowohl mit einer axialen als auch mit einer radialen Bewegungskomponente entlang einer Bahnkurve (35) relativ zu der Welle (2) bewegbar ist.

Description

Mobile Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks

Einleitung

Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks mit einer um eine Drehachse rotierbaren Welle, einem mit der Welle rotierbaren und axial und/oder radial in Richtung der Drehachse verschiebbaren Schlitten und einem mit dem Schlitten verbundenen Werkzeughalter für ein Schneidwerkzeug, der relativ und in eine Richtung senkrecht zu einer Schlittenachse bewegbar ist.

Stand der Technik

Die mobile Vorrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung eignet insbesondere zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks mit dem Ziel, eine im Querschnitt kreisbogenförmige Oberflächenkontur des Werkstücks zu schaffen. Dabei kann die Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks jeglicher Art eingesetzt werden, so beispielsweise zur Bearbeitung eines metallischen Werkstücks als auch eines Werkstücks aus Holz. Ferner eignet sich die Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung eines unbearbeiteten Werkstücks als auch zum Nacharbeiten einer bereits zuvor bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks.

Ein beispielhafter Einsatz der mobilen Vorrichtung liegt in der Bearbeitung von Sitzflächen von Ventilen. Die Sitzflächen von Ventilen sind in aller Regel trompetenhalsförmig ausgebildet. Dabei ist eine einem Innenraum zugewandte Oberflächenkontur des Ventils - in einem Querschnitt betrachtet - kreisbogenförmig ausgebildet. Typischerweise müssen die Sitzflächen nach einiger Zeit der Benutzung aufgrund von Verschleißerscheinungen nachgearbeitet werden. Bei groß dimensionierten Ventilen, wie sie beispielsweise in Kraftwerken zum Einsatz kommen, ist es jedoch mit einem hohem Aufwand und Kosten verbunden, die Ventile auszubauen und in eine Werkstatt zu transportieren. Aus diesem Grund werden in aller Regel mobile Vorrichtungen verwendet, welche es ermöglichen, die Sitzflächen an einem Einsatzort nachzuarbeiten.

Bekannte mobile Vorrichtungen arbeiten hierbei mithilfe einer CNC (Computerized Numerical Controlj-Steuerung. Diese Vorrichtungen sind dabei in aller Regel mit einzeln ansteuerbaren Motoren versehen, welche es ermöglichen, ein Schneidwerkzeug in Richtung mehrerer, typischerweise senkrecht zueinander ausgerichteter Achsen entlang einer vorprogrammierten Bahnkurve zu führen. Eine derartige Vorrichtung geht aus der FR 2 751 901 A1 hervor. Hier wird eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Ventilsitzen beschrieben, welche mit einem Bearbeitungswerkzeug versehen ist, welches über zwei getrennt ansteuerbare Positioniervorrichtungen verfahren werden kann. Auf diese Weise soll die gewünschte Kontur des Ventilsitzes eingestellt werden können.

Auch die DE 60000215 T2 beschreibt eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Ventilsitzen. Die Bearbeitung der Ventilsitze erfolgt hierbei mittels eines Schneidwerkzeugs, welches in einer Endkontur bereits einer gewünschten Kontur des Ventilsitzes entspricht. Für jede Ventilkontur ist daher eine separate Werkzeugkontur erforderlich.

Typischerweise sind die Anschaffungskosten einer solchen Vorrichtung hoch. Ferner hat es bei den bekannten programmierbaren Vorrichtungen als problematisch herausgestellt, dass eine Bedienung lediglich von geschultem Personal vorgenommen werden kann, welches mit der CNC-Programmierung vertraut ist. Nachteiliger Weise muss ein Verwender der Vorrichtung somit vor einer ersten Bedienung zunächst angelernt werden. Es besteht daher die Notwendigkeit eine mobile Vorrichtung bereit zu stellen, welche ohne Programmierkenntnisse bedienbar ist und gleichwohl die Bearbeitung einer Vielzahl möglicher Werkstückkonturen erlaubt.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mobile Vorrichtung zu entwickeln, welche sich durch eine besonders einfache Handhabung auszeichnet und die eine große Freiheit bei der Bearbeitung unterschiedlicher Werkstücke bietet.

Lösung

Ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung wird die vorstehende Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorrichtung ein Getriebe aufweist, mittels dessen die Welle mit dem Werkzeughalter und dem Schlitten so gekoppelt ist, dass der Werkzeughalter sowohl mit einer axialen als auch mit einer radialen Bewegungskomponente entlang einer Bahnkurve bewegbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat viele Vorteile. Insbesondere kann eine Bedienung der Vorrichtung ohne jegliche Programmierkenntnisse erfolgen. Vorteilhafter weise wird hierdurch eine Anlernzeit eines Verwenders zur Bedienung der Vorrichtung verkürzt. Aufgrund der geringen Anzahl der Bauteile lässt sich die mobile Vorrichtung auch in besonders vorteilhafter Weise transportieren und bei Bedarf einfach und schnell (de-) ontieren.

Die vorstehend beschriebene Kopplung der Welle mit dem Werkzeughalter und dem Schlitten erlaubt es ferner, den Werkzeughalter - und damit das Schneidwerkzeug - entlang einer Bahnkurve zu führen, die dazu geeignet ist, ein Werkstück derart zu bearbeiten, dass eine Oberflächenkontur des selbigen in einem Querschnitt betrachtet kreisbogenförmig ausgebildet ist. Der Schlitten und der damit verbundene Werkzeughalter vollführen eine Rotationsbewegung um die Drehachse der Welle. Für den Fall, dass der Schlitten axial in Richtung der Drehachse der Welle verschiebbar ist, ist das mit dem Werkzeughalter verbundene Schneidwerkzeug hierbei auf einer Bahnkurve bewegbar, die von einem Abstand zwischen der Drehachse der Welle und dem Schneidwerkzeug bestimmt wird. Infolge der Kopplung der Welle mit dem Schlitten der Vorrichtung, welcher axial in Richtung der Drehachse verschiebbar ist, wird ebenfalls eine axiale Bewegungskomponente des Schneidwerkzeugs in Richtung der Drehachse der Welle ermöglicht.

Bei einer Ausgestaltung, in der der Schlitten radial in Richtung der Drehachse der Welle verschiebbar ist, ist das Schneidwerkzeug auf einer Bahnkurve bewegbar, die von einer Verschiebung des Schneidwerkzeugs entlang der Drehachse der Welle bestimmt wird. Infolge der Kopplung der Welle mit dem radial in Richtung der Drehachse der Welle verschiebbaren Schlitten wird dabei eine radiale Bewegungskomponente bezogen auf die Drehachse der Welle ermöglicht.

Ebenso ist jedoch auch vorstellbar, dass der Schlitten mit einer radialen und einer axialen Komponente bezogen auf die Drehachse der Welle verschiebbar ist. Mit anderen Worten ist der Schlitten in einer solchen Ausgestaltung schräg zu der Drehachse der Welle bewegbar. Insgesamt ist der Werkzeughalter jedoch auch in einem solchen Fall mit einer axialen und einer radialen Bewegungskomponente entlang einer Bahnkurve relativ zu der Welle bewegbar.

Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung somit zur Bearbeitung eines Werkstücks in Form eines Ventils eingesetzt werden. Grundsätzlich ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Drehachse der Welle einer Längsachse eines Werkstücks entspricht, die Welle also mittig und parallel zu einer Längsachse des Ventils in dem selbigen ausgerichtet wird. In einem Betriebszustand der Vorrichtung wird das Schneidwerkzeug, beispielsweise ein Drehstahl, entlang einer Bahnkurve bewegt. Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Welle derart mit dem Werkzeughalter und dem Schlitten gekoppelt ist, dass das Schneidwerkzeug - in einer Ebene parallel zu der Welle betrachtet - eine Kreisbahn abfährt, wobei die Kreisbahn auf das zu bearbeitende Werkstück übertragen wird. Vorteilhafter Weise lässt sich mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung dabei eine konkave als auch eine konvexe Oberflächenkontur des zu bearbeitenden Werkstücks erzielen.

Ebenso eignet sich die Vorrichtung zur Bearbeitung eines Flanschs oder eines Diffusors, bei dem die Stirnflächen derart bearbeitet werden müssen, dass die Stirnflächen in einem Querschnitt entlang einer Symmetrieachse des Flanschs betrachtet kreisförmig ausgebildet sind.

In jedem Fall kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Drehachse der Welle dabei einer Längsachse eines Werkstücks entspricht. Auf diese Weise kann das Werkstück rotationssymmetrisch bezogen auf die Drehachse bearbeitet werden. Insbesondere bei der Bearbeitung eines Ventilsitzes oder eines Flanschs ist es dabei vorteilhaft, wenn die Welle dabei innerhalb des Werkstücks angeordnet ist und die Drehachse der Welle mit der Längsachse des Werkstücks korrespondiert bzw. zusammenfällt.

Es ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass das Getriebe ein rein mechanisches Getriebe und/oder die Kopplung zwischen Welle, Werkzeughalter und Schlitten eine Zwangskopplung ist. Mithilfe eines rein mechanischen Getriebes kann eine vorgegebene Bahnkurve des Schneidwerkzeugs somit rein mechanisch, also ohne eine computerbasierte Steuerung, von der Vorrichtung umgesetzt wird. Dabei hat sich ferner herausgestellt, dass die Ausbildung eines mechanischen Getriebes insbesondere im Hinblick auf eine einfache Handhabung der Vorrichtung besonders vorteilhaft ist. Hierdurch wird der Erwerb von Programmierkenntnissen, welche zur Bedienung der bekannten Vorrichtungen nötig sind, entbehrlich. Ebenso können Bedienungsfehler der Vorrichtung infolge von Programmierfehlern ausgeschlossen werden. Ferner ist auch ein Austausch der Bauteile der Vorrichtung, beispielsweise aufgrund von Verschleißerscheinung, vereinfacht und kostengünstiger, da keine elektronischen Bauteile (Stellmotoren, Sensorik, Regler etc.) zum Einsatz kommen. Bei Ausbildung einer Zwangskopplung der Welle, des Werkzeughalters und des Schlittens kann vorteilhafter Weise ein gemeinsamer Antrieb zu einem Betrieb der Vorrichtung genutzt werden.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Getriebe ein Hebelwerk und/oder eine Kulisse und/oder Zahnräder und/oder Zugmittel aufweist. Es hat sich herausgestellt, die Kopplung der Welle mit dem Werkzeughalter und dem Schlitten besonders einfach mittels eines Hebelwerks und/oder einer Kulisse und/oder mittels Zahnrädern und/oder Zugmitteln erfolgen kann. In jedem Fall erfolgt die Kopplung rein mechanisch, sodass auch hier keine weiteren Programmierkenntnisse des Verwenders der Vorrichtung benötigt werden, um die Vorrichtung zu betreiben. Darüber hinaus sind die vorstehend genannten Bauteile infolge eines möglichen Verschleißes besonders einfach zu ersetzen.

Insbesondere bei einem Einsatz einer Kulisse kann das Schneidwerkzeug entlang einer beliebigen Bahnkurve bewegt werden, wobei die Bahnkurve dabei von der Kulisse vorgegeben wird. Beispielsweise kann es hierdurch ermöglicht werden, eine sogenannte „Tulpe“ in eine Oberfläche zu drehen. Insbesondere bei der Bearbeitung von Rohrstücken ist die Einarbeitung einer Tulpe häufig nötig. Im Wesentlichen ist unter einer Tulpe eine im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmige Einkerbung zu verstehen. Bei der Bearbeitung eines Rohrstücks soll die Tulpe auf einer Stirnfläche des typischerweise rotationssymmetrischen Werkstücks eingearbeitet werden, sodass das Werkstück eine kreisrunde, entlang eines Umfangs des Rohrstücks verlaufende Einkerbung erhält. Weiter kann es dabei besonders von Vorteil sein, wenn die Tulpe in einem mittleren Bereich der Stirnfläche angeordnet ist und daran angrenzende Bereiche unter einem Winkel kleiner 90° bezogen auf die Längsachse des Werkstücks ausgerichtet sind. Eine solche Kontur kann mittels einer Kulisse auf das Werkstück übertragen werden.

Vorzugsweise kann die mobile Vorrichtung einen drehfest mit der Welle verbundenen Lagerbock aufweisen, an dem das Getriebe angelenkt ist. Der Lagerbock wirkt in besonders vorteilhafter Weise mit dem Schlitten der mobilen Vorrichtung zusammen. Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass der Lagerbock als Fixpunkt dient, gegen den der Schlitten der Vorrichtung mittels Wirkung des Getriebes in axiale und/oder radiale Richtung der Welle entlang der selbigen verschoben wird.

Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Verbindungshebel vorgesehen, der einerseits drehbar mit dem Lagerbock und andererseits drehbar mit dem Werkzeughalter gekoppelt ist, sodass weiter vorzugsweise der Werkzeughalter - in einer Ebene parallel zu der Welle betrachtet - eine Bewegung entlang einer Kreisbahn vollführt, deren Mittelpunkt eine erste Drehachse des Verbindungshebels an dem Lagerbock ist und deren Radius dem Abstand zwischen der einer Drehachse des Verbindungshebels und einer zweiten an dem Werkzeughalter befindlichen Drehachse des Verbindungshebels entspricht.

Vorteilhafter Weise erlaubt die mobile Vorrichtung somit eine spanende Bearbeitung eines Werkstücks in der Art, dass das Werkstück - in einem Schnitt parallel zur der Welle betrachtet - eine kreisbogenförmige Oberflächenkontur aufweist, die gerade der von dem Werkzeughalter abgefahrenen Bahnkurve entspricht. Die mobile Vorrichtung eignet sich somit insbesondere zur spanenden Bearbeitung von Sitzflächen von Ventilen sowie von Flanschen und Diffusoren. Der Radius ist besonders vorteilhaft mittels einer Veränderung des vorstehend beschriebenen Abstands einstellbar. Beispielsweise ist vorstellbar, dass der Verbindungshebel hierzu eine Nut aufweist. Ebenso ist jedoch auch denkbar, dass die Veränderung des Radius mittels Anpassung einer Länge des Verbindungshebels erfolgt.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Werkzeughalter mittels einer Linearführung mit dem Schlitten verbunden ist. Die Linearführung wirkt in besonders vorteilhafter Weise mit dem vorstehend beschriebenen Verbindungshebel der mobilen Vorrichtung zusammen. Eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht hierbei vor, dass jeweils zwei Führungsstangen der Linearführung des Werkzeughalters auf einer Seite der Welle und auf einer gegenüberliegenden Seite der Welle angeordnet sind.

Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass die Linearführung derart mit dem Verbindungshebel gekoppelt ist, dass die Bewegung des Schlittens in axiale und/ oder radiale Richtung der Welle infolge der Kopplung des Schlittens mit der Linearführung auf den Verbindungshebel übertragen wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine sich in axialer Richtung der Welle erstreckende Nut vor, in die ein Kopplungselement des Schlittens und/oder des Lagerbocks eingreift, sodass eine drehfeste Verbindung vorliegt. Vorteilhafter Weise erfolgt somit eine kontrollierte Bewegung des Werkzeughalters relativ und in Richtung zu der Schlittenachse, welche ausschließlich von der Rotationsbewegung der Welle vorgegeben ist.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Spindel vor, die mit einem mit dem Schlitten verbundenen Mutterelement zusammenwirkt, wobei die Spindel vorzugsweise parallel und/oder radial zu der Welle verläuft und um ihre eigene Längsachse drehbar ist, wodurch eine Relativbewegung des Schlittens zu der Welle in axialer und/oder radialer Richtung der Welle erzeugbar ist. Dabei sieht eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung eine Kopplungseinrichtung vor, mittels derer die Spindel derart mit der Welle gekoppelt ist, dass infolge einer Rotationsbewegung der Welle eine Drehbewegung der Spindel erzeugbar ist.

Vorzugsweise ist die Kopplung der Spindel mit der Welle eine Zwangskopplung. Vorteilhafter Weise kann die Bewegung des Werkzeughalters entlang der Bahnkurve somit infolge einer mehrstufigen Kopplung der einzelnen Bauteile, die allein von der Rotationsbewegung der Welle gesteuert wird, geführt werden. Eine Größe der Relativbewegung des Schlittens zu der Welle ist hierbei mittels des Kopplungselements einstellbar, sodass eine Genauigkeit der von dem Schneidwerkzeug abzufahrenden Bahnkurve variabel ist. Beispielsweise kann ist so denkbar, dass die Spindel infolge einer vollen Umdrehung der Welle lediglich eine bruchteilige Umdrehung vollführt. Ebenso ist jedoch auch vorstellbar, dass die Spindel bei einer vollen Umdrehung der Welle ebenfalls vollständig um ihre eigene Achse gedreht wird. Aufgrund der Kopplung des Schlittens mit der Linearführung des Werkzeughalters, welcher seinerseits mit dem Verbindungshebel gekoppelt ist, lässt sich somit die radiale Bewegungskomponente des Schneidwerkzeugs in Abhängigkeit der Relativbewegung des Schlittens einstellen.

Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schlitten und/oder der Lagerbock aus zwei Halbschalen zusammengesetzt sind, die die Welle jeweils ungefähr zur Hälfte umgreifen und die vorzugsweise mittels Verbindungselementen lösbar miteinander verbunden sind.

Vorteilhafter Weise ist der Schlitten und/oder Lagerbocks somit besonders einfach von der Welle entfernbar oder auf diese montierbar. Ebenso ist jedoch vorstellbar, dass der Schlitten und/oder der Lagerbock mit einer Durchgangsbohrung versehen sind, in die die Welle einführbar ist. Es versteht sich, dass eine einfache Montage der Vorrichtung insbesondere im Hinblick auf einen Transport der Vorrichtung zu einem Einsatzort besonders vorteilhaft ist.

Gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen drehfest mit der Welle verbundenen Dreharm aufweist, wobei der eine Längsachse des Dreharms vorzugsweise senkrecht zu der Längsachse der Welle ausgerichtet ist. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der Schlitten und/oder der Werkzeughalter entlang der Längsachse des Dreharms verschiebbar sind. Eine derartige Ausgestaltung eignet sich insbesondere bei einer Verschiebbarkeit des Schlittens radial in Richtung der Drehachse der Welle. Dabei kann es ferner besonders vorteilhaft sein, wenn die Spindel parallel zu dem Dreharm verläuft. Vorzugsweise ist die Spindel dabei derart mit dem Schlitten gekoppelt, dass eine Drehbewegung der Welle eine Verschiebung des Schlittens entlang der Längsachse des Dreharms verläuft, sodass die radiale Bewegungskomponente des Werkzeughalters erzeugt wird, während die axiale Bewegungskomponente des Werkzeughalters vorzugsweise infolge einer Kopplung mit dem Verbindungshebel erfolgt.

Ausführungsbeispiel :

Die vorstehend beschriebene Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 2: wie Figur 1, wobei die Vorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung vorliegt, Figur 3: wie Figur 2, wobei die Vorrichtung in einer dritten Betriebsstellung vorliegt,

Figur 4: ein schematisches Detail eines Schneidwerkzeugs der erfindungsgemäßen

Vorrichtung aus Figur 1 sowie ein Werkstück,

Figur 5: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 6: wie Figur 5, wobei die Vorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung vorliegt,

Figur 7: wie Figur 6, wobei die Vorrichtung in einer dritten Betriebsstellung vorliegt

Figur 8: die Vorrichtung aus Figur 5 sowie ein Werkstück,

Figur 9: eine Fronansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Kulisse eines Getriebes und

Figur 10: eine Frontansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Kulisse.

Das erste Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 1 bis 4 gezeigt ist, umfasst eine erste erfindungsgemäße mobile Vorrichtung 1.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Welle 2, einen Schlitten 3, einen Werkzeughalter 4 sowie ein Getriebe 5.

Die Welle 2 der Vorrichtung 1 ist um eine Drehachse 6, welche zugleich eine Längsachse 7 der Welle 2 ausgebildet, rotierbar und an einer Oberseite mit einer Nut 8 versehen, welche sich in eine axiale Richtung 9 derselben erstreckt.

Der Schlitten 3 der Vorrichtung ist aus zwei Halbschalen 10, 11 zusammengesetzt, welche jeweils in einem, der Welle 2 abgewandten Bereich mit zwei Durchgangsbohrungen 12 versehen sind. Die Halbschalen 10, 11 des Schlittens 3 umgreifen die Welle 2 jeweils zur Hälfte und sind mittels Verbindungselementen in Form von Schrauben lösbar miteinander verbunden. Dabei ist der Schlitten 3 in die axiale Richtung 9 der Welle 2 verschiebbar. An einer Innenseite ist eine der Halbschalen 10, 11 des Schlittens 3 mit einem nicht näher in den Figuren dargestellten Kopplungselement versehen. Infolge einer Verankerung des Kopplungselements in der Nut 8 der Welle 2 ist der Schlitten 3 drehfest mit der Welle 2 verbunden.

Der Werkzeughalter 4 umfasst ein Aufnahmeelement 16, welches mit einem Schneidwerkzeug 17 in Form eines Drehstahls zur Bearbeitung von Metall versehen ist. Dabei ist der Werkzeughalter 4 relativ und in eine Richtung senkrecht zu einer Schlittenachse 47 bewegbar. Die Schlittenachse 47 korrespondiert dabei mit der Drehachse 6 der Welle 2.

Das Getriebe 5 der Vorrichtung 1 weist eine Linearführung 13 und zwei Verbindungshebel 21 auf. Die Linearführung 13 umfasst ihrerseits vier Führungsstangen 14. Dabei sind die Führungsstangen 14 jeweils durch zwei deckungsgleiche Durchgangsbohrungen 12 der Halbschalen 10, 11 des Schlittens 3 geführt. An den Enden der Führungsstangen 14 ist der Werkzeughalter 4 einerseits und eine Halteplatte 15 andererseits angeordnet. Jeder der Verbindungshebel 21 ist an einem Ende mit drei Durchgangsbohrungen 22 versehen, während das andere Ende mit einer Nut 23 versehen ist. Ferner umfasst der das Getriebe 5 zwei Übertragungselemente 18 auf, welche jeweils an zwei, nebeneinander angeordneten Führungsstangen 14 beidseits der Welle 2 mittels Schrauben befestigt sind.

Darüber hinaus weist die Vorrichtung 1 einen Lagerbock 19 auf, welcher ebenfalls aus zwei Halbschalen 20 zusammengesetzt ist, die die Welle 2 im Wesentlichen zur Hälfte umgreifen und dabei mittels Verbindungselementen in Form von Schrauben lösbar miteinander verbunden sind. Der Lagerbock 19 ist derart an der Welle 2 verankert, dass die Halbschalen 20 des Lagerbocks 19 in etwa senkrecht zu den Halbschalen 10, 11 des Schlittens 3 an der Welle 2 angeordnet sind.

Die Verbindungshebel 21 sind einerseits drehbar mit dem Lagerbock 19 und andererseits drehbar mit dem Übertragungselement 18 des Getriebes 5 gekoppelt. Dabei sind die Verbindungshebel 21 jeweils mittels einer Schraube 24, welche durch eine der Durchgangsbohrungen 22 des Verbindungshebels 21 geführt ist, drehbar mit einer Halbschale 20 des Lagerbocks 19 gekoppelt. Hierzu ist jede Halbschale 20 mit einer Nut versehen, in welche ein Nutenstein eingelegt ist. Durch die Durchgangsbohrung 22 hindurch ist eine Büchse eingeführt. Die Büchse ist hierbei bis auf einen Kragen bündig in der Durchgangsbohrung 22 des Verbindungshebels 21 eingesetzt. Die Schraube 24 ist durch die Büchse hindurch geführt und mit dem Nutenstein verschraubt. Eine erste Drehachse 25 des Verbindungshebels 21 wird hierbei durch eine Längsachse der Schraube 24 gebildet.

In die Nut 23 jedes Verbindungshebels 21 ist eine Hammerkopfschraube eingesetzt, welche mit einer Blindnietmutter verschraubt ist. Die Übertragungselemente 18 des Getriebes 5 sind ebenfalls mit einer Durchgangsbohrung versehen, deren Durchmesser in etwa einem Durchmesser der Blindnietmutter entspricht. Durch Aufstecken des Übertragungselements 18 auf die Blindnietmutter wird eine Kopplung nach Art eines Gleitlagers ausgebildet, wodurch eine drehbare Kopplung der Verbindungshebel 21 mit den Übertragungselementen 18 erzeugt wird, deren Drehachse 26 parallel zu der ersten Drehachse 25 des Verbindungshebels 21 verläuft.

Daneben weist die Vorrichtung 1 eine parallel zu der Welle 2 verlaufende Spindel 27 auf, welche um ihre Längsachse 28 drehbar gelagert ist. Die Spindel 27 wirkt mit einem nicht näher in den Figuren gezeigten Mutterelement zusammen, welches an einer Oberseite einer Halbschale 10 des Schlittens 3 angeordnet ist. Die Spindel 27 ist über geeignete, nicht näher in den Figuren dargestellte Mittel derart mit der Welle 2 gekoppelt, dass die Spindel 27 infolge einer Drehbewegung der Welle 2 ebenfalls eine Drehbewegung vollführt.

In einem Betriebszustand der Vorrichtung 1 wird die Welle 2 mittels eines nicht in den Figuren dargestellten Antriebs in eine Rotationsbewegung versetzt. Infolge der drehfesten Verankerung des Schlittens 3 als auch des Lagerbocks 19 an der Welle 2 erfolgt eine Rotationsbewegung aller Bauteile um die Drehachse 6 der Welle 2. Hierdurch wird der Werkzeughalter 4 - und somit das Schneidwerkzeug 17 - mit einer radialen Bewegungskomponente entlang einer Bahnkurve 35, welche im Zusammenhang mit Figur 4 näher beschrieben wird, bewegt. Ein Radius 29 der Bewegung des Schneidwerkzeugs 17, in Richtung der Drehachse 6 der Welle 2 betrachtet, wird hierbei von dem Abstand 30 zwischen der Drehachse 6 der Welle 2 und dem Schneidwerkzeug 17 bestimmt.

Aufgrund der Kopplung der Spindel 27 mit der Welle 2 wird eine Drehbewegung der Spindel 27 ausgelöst. Infolge der Kopplung der Spindel 27 mit dem Mutterelement des Schlittens 3 wird eine Relativbewegung des Schlittens 3 zu der Welle 2 in axialer Richtung 9 der Welle 2 erzeugt. Hierbei wird der Schlitten 3 axial in Richtung der Drehachse 6 der Welle 2 derselben bewegt, während die Spindel 27 ortsfest bleibt. Die Bewegung des Schlittens 3 erfolgt in Richtung des Lagerbocks 19. Aufgrund der Kopplung des Schlittens 3 über die Übertragungselemente 18 mit den Verbindungshebeln 21, werden die Verbindungshebel 21 in axiale Richtung 9 der Welle 2 und gleichzeitig senkrecht zur axialen Richtung 9 bewegt. Infolge dieser Bewegung wird eine senkrecht zur Drehachse 6 der Welle 2 verlaufende Komponente der Bewegung der Verbindungshebel 21 auf die Führungsstangen 14 der Linearführung 13 übertragen. Folge ist eine translatorische Verschiebung des Werkzeughalters 4 senkrecht zu der Drehachse 6 der Welle 2 der Vorrichtung 1. Eine solche Betriebsstellung ist in Figur 2 gezeigt. Aufgrund der axialen Verschiebung des Werkzeughalters 4 erfolgt eine Vergrößerung des Abstands 30 des Schneidwerkzeugs 17 von der Welle 2.

Bei einem weiteren Betrieb der Vorrichtung 1 erfolgt ein kontinuierliches „Nachziehen“ des Schlittens 3 entlang der Welle 2 in die axiale Richtung 9 derselben und somit infolge der Zwangskopplung zwischen der Welle 2, dem Werkzeughalter 4 und dem Schlitten 3 eine entsprechende Vergrößerung des Abstands 30, wie in der Figur 3 gezeigt. Ein maximaler Abstand 30 ist hierbei erreicht, wenn die Verbindungshebel 21 parallel zur der Welle 2 ausgerichtet sind und die Halteplatte 15 auf einer Halbschale 10 des Schlittens 3 aufliegt.

Figur 4 zeigt das Schneidwerkzeug 17 bei der Bearbeitung eines Werkstücks 31 in Form eines Ventils 32. Die Vorrichtung 1 wird hierbei eingesetzt, um eine Sitzfläche 33 des Ventils 32 nachzuarbeiten, sodass das Ventil 32 - im Querschnitt parallel zu einer Längsachse 34 desselben betrachtet - eine kreisförmige Oberflächenkontur aufweist. Insgesamt bewegt sich das Schneidwerkzeug 17 aufgrund der durch die Zwangskopplung erzeugten axialen als auch radialen Bewegungskomponente auf einer kreisförmigen Bahnkurve 35. Dabei folgt das Schneidwerkzeug 17 einer Kreisbewegung eines ersten Verankerungspunkts 36 des Übertragungselements 18 an dem Verbindungshebel 21. Ein Radius 38 der Bahnkurve wird hierbei von dem Abstand 39 zwischen dem ersten Verankerungspunkt 36 und einem zweiten Verankerungspunkt 37 des Verbindungshebels 21 an der Halbschale 20 des Lagerbocks 19 bestimmt.

In den Figuren 5 bis 7 ist eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt. Die Vorrichtung 1 gemäß diesem weiteren Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch, dass der Schlitten 3 der Vorrichtung 1 - entgegen der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Vorrichtung 1 - radial und nicht axial in Richtung der Drehachse 6 einer Welle 2 verschiebbar ist.

Die Vorrichtung 1 umfasst ebenfalls eine Welle 2, einen Schlitten 3, einen Werkzeughalter 4 sowie ein Getriebe 5. Die Welle 2 ist dabei um eine Drehachse 6 rotierbar, wobei die Drehachse 6 der Welle 2 zugleich ihre Längsachse 7 ausbildet.

Darüber hinaus weist die Vorrichtung 1 einen senkrecht zu der Welle 2 angeordneten Dreharm 40 auf, der einseitig über geeignete Mittel unbeweglich mit der Welle 2 verbunden ist, sodass eine Drehbewegung der Welle 2 um ihre Drehachse 6 auf den Dreharm 40 übertragen wird.

Der Schlitten 3 der Vorrichtung 1 ist an dem Dreharm 40 angeordnet und in eine axiale Richtung einer Längsachse 41 des Dreharms 40 verschiebbar. Das Getriebe 5 der Vorrichtung 1 weist ebenfalls eine Linearführung 13 und einen Verbindungshebel 21 auf. Die Linearführung 13 umfasst ihrerseits eine Führungsstange 14, die mit dem Schlitten 3 der Vorrichtung 1 gekoppelt und an dessen Ende ein Schneidwerkzeug 17 in Form eines Drehstahls zur Bearbeitung von Metall angeordnet ist. Der Verbindungshebel 21 ist an einem Ende um eine erste Drehachse 25 drehbar mit einem Lagerbock 19 der Vorrichtung 1, der unbeweglich an dem Dreharm 40 verankert ist, und an einem anderen Ende um eine zweite Drehachse 26 drehbar mit der Führungsstange 14 des Getriebes 5 gekoppelt. Die Drehachsen 25, 26 des Verbindungshebels 21 sind dabei senkrecht zu der Drehachse 6 der Welle 2 als auch senkrecht zu der Längsachse 41 des Dreharms 40 ausgerichtet.

Ferner weist die Vorrichtung 1 eine Spindel 27 auf, welche um ihre Längsachse 28 drehbar gelagert ist. Die Spindel 27 ist über geeignete, nicht näher in den Figuren dargestellte Mittel derart mit der Welle 2 gekoppelt, dass die Spindel 27 infolge einer Drehbewegung der Welle 2 ebenfalls eine Drehbewegung vollführt. Weiterhin ist die Spindel 27 über ein nicht in den Figuren dargestelltes Mutterelement mit dem Schlitten 3 der Vorrichtung 1 gekoppelt. Eine Drehbewegung der Spindel 27 führt hierbei zu einer translatorischen Verschiebung des Schlittens 3 entlang der Längsachse 41 des Dreharms 40.

In einem Betriebszustand der Vorrichtung 1 wird die Welle 2 mittels eines nicht in den Figuren dargestellten Antriebs in eine Rotationsbewegung versetzt. Infolge der drehfesten Verankerung des Schlittens 3 als auch des Lagerbocks 19 an der Welle 2 erfolgt eine Rotationsbewegung aller Bauteile um die Drehachse 6 der Welle 2. Hierdurch wird der Werkzeughalter 4 - und somit das Schneidwerkzeug 17 - mit einer axialen Bewegungskomponente entlang einer Bahnkurve 35 bewegt. Ein Radius 38 der Bahnkurve 35 wird hierbei von einem Abstand 39 zwischen den Drehachsen 25, 26 des Verbindungshebels 21 bestimmt.

Aufgrund der Kopplung der Spindel 27 mit der Welle 2 wird eine Drehbewegung der Spindel 27 ausgelöst, die infolge der Kopplung der Spindel 27 mit dem Schlitten 3 dazu führt, dass der Schlitten 3 entlang der Längsachse 41 des Dreharms 40 - und somit radial zu der Drehachse 6 der Welle 2 - verschoben wird. Die Bewegung des Schlittens 3 erfolgt dabei in Abhängigkeit der Drehrichtung der Welle 2 in oder entgegen Richtung der Drehachse 6 der Welle 2.

Dabei wird der Verbindungshebel 21 aufgrund der Kopplung des Schlittens 3 mit dem Verbindungshebel 21 in Längsrichtung 41 des Dreharms 40 bewegt. Infolge dieser Bewegung wird eine parallel zur Drehachse 6 der Welle 2 verlaufende Komponente der Bewegung des Verbindungshebels 21 auf die Führungsstange 14 der Linearführung 13 übertragen. Folge ist eine translatorische Verschiebung des Werkzeughalters 4 in Richtung der Drehachse 6 der Welle 2 der Vorrichtung 1. Aufgrund der Verschiebung des Werkzeughalters 4 erfolgt eine Verkleinerung eines Abstands zwischen dem Schneidwerkzeug 17 und einem zu bearbeitenden Werkstück, wie gut anhand der Figuren 5 und 6 erkennbar ist. Bei einem weiteren Betrieb der Vorrichtung erfolgt ein kontinuierliches „Nachziehen“ des Schlittens 3 entlang der Längsachse 41 des Dreharms 40 und somit infolge der Zwangskopplung zwischen der Welle 2, dem Werkzeughalter 4 und dem Schlitten 3 eine entsprechende Verkleinerung des Abstands wie in der Figur 6 gezeigt. Ein minimaler Abstand ist hierbei erreicht, wenn der Verbindungshebel 14 senkrecht zu der Längsrichtung 41 des Dreharms 40 ausgerichtet ist. Bei einer weiteren Bewegung der Welle 2 und damit auch des Werkzeughalters 4 wird letzterer nach Erreichen einer Maximalposition, in der Abstand am geringsten ist, in Richtung des Werkstücks bewegt. Insgesamt vollführt der Werkzeughalter 4 eine radiale als auch eine axiale Bewegungskomponente, wobei die Bahnkurve 35 des Werkzeughalters 4 kreisförmig ist, wobei ein Radius 38 der Bahnkurve 35 einem Abstand 39 zwischen dem der ersten Drehachse 25 und der zweiten Drehachse 26 des Verbindungshebels 21 entspricht.

Figur 8 zeigt die Vorrichtung 1 bei der Bearbeitung eines Werkstücks 31 in Form eines Flanschs 43. Die Welle 2 der Vorrichtung 1 ist über geeignete Mittel derart in dem Flansch 43 angeordnet, dass die Drehachse 6 der Welle 2 mit einer Längsachse 42 des Flanschs 43 korrespondiert. Ziel der Bearbeitung ist es, eine Oberfläche 44 des Flanschs 43 entlang eines Umfangs des Flanschs 43 derart zu bearbeiten, dass diese - in einem Querschnitt betrachtet - halbkreisförmig ausgebildet ist. Das Werkstück 31 besitzt stirnseitig nach der Bearbeitung die Form eines halben Torus.

Figur 9 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Getriebes 5 der Vorrichtung 1. Das Getriebe 5 weist hierbei eine Kulisse 45 auf. Die Kulisse 45 umfasst dabei eine auf ein Werkstück 31 zu übertragende Kontur 46, entlang derer das Schneidwerkzeug 17 geführt wird. Hierzu umfasst die Vorrichtung 1 ein Führungselement 48, bestehend aus einem kugelförmigen Kontaktelement 49, das beispielsweise mittels einer Feder gegen die Kulisse 45 gespannt ist, sowie einem daran befestigten Führungsarm 50. Der Führungsarm 50 ist dabei über geeignete Mittel derart mit der Führungsstange 14 gekoppelt, dass eine Bewegung des Kontaktelements 49 entlang der Kontur 46 der Kulisse 45 auf den Werkzeughalter 4 und mithin auf das Schneidwerkzeug 17 übertragen wird. Infolge einer Kopplung des Schlittens 3 mit der Drehbewegung der Welle 2 wird das Schneidwerkzeug 17 dabei - in Abhängigkeit der Drehrichtung der Welle 2 - auf die Welle 2 zu- oder von dieser wegbewegt, wobei das Schneidwerkzeug 17 automatisch entlang der Kontur 46 geführt wird und diese bei der Bearbeitung eines Werkstücks 31 auf das Werkstück 31 überträgt. Figur 10 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Kulisse 45. Die Kontur 46 der Kulisse 45 eignet sich dabei zur Bearbeitung eines Werkstücks 31, in das - entlang eines Umfangs - eine Einkerbung eingebracht werden soll.

Bezugszeichenliste:

1 Vorrichtung

2 Welle

3 Schlitten

4 Werkzeughalter

5 Getriebe

6 Drehachse

7 Längsachse

8 Nut

9 axiale Richtung

10 Halbschale

11 Halbschale

12 Durchgangsbohrung

13 Linearführung

14 Führungsstangen

15 Halteplatte

16 Aufnahmeelement

17 Schneidwerkzeug

18 Übertragungselement Lagerbock

Halbschale

Verbindungshebel

Durchgangsbohrung

Nut

Schraube

Drehachse

Spindel

Längsachse

Radius

Abstand

Werkstück

Ventil

Sitzfläche

Längsachse

Bahnkurve

Verankerungspunkt

Radius

Abstand Dreharm Längsachse Längsachse Flansch Oberfläche Kulisse Kontur Schlittenachse Führungselement

Kontaktelement

Führungsarm

Claims

Patentansprüche

1. Mobile Vorrichtung (1) zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks (31), mit einer um eine Drehachse (6) rotierbaren Welle (2), einem mit der Welle (2) rotierbaren und axial und/oder radial in Richtung der Drehachse (6) verschiebbaren Schlitten (3) und einem mit dem Schlitten (3) verbundenen Werkzeughalter (4) für ein Schneidwerkzeug (17), der relativ und in eine Richtung senkrecht zu einer Schlittenachse (47) bewegbar ist, gekennzeichnet durch ein Getriebe (5), mittels dessen die Welle (2) mit dem Werkzeughalter (4) und dem Schlitten (3) so gekoppelt ist, dass der Werkzeughalter (4) sowohl mit einer axialen als auch mit einer radialen Bewegungskomponente entlang einer Bahnkurve (35) relativ zu der Welle (2) bewegbar ist.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (6) der Welle (2) einer Längsachse (42) eines Werkstücks (31) entspricht.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (5) ein rein mechanisches Getriebe (5) und/oder die Kopplung zwischen Welle (2), Werkzeughalter (4) und Schlitten (3) eine Zwangskopplung ist.

4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (5) ein Hebelwerk und/oder eine Kulisse (45) und/oder Zahnräder und/oder Zugmittel aufweist.

5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen drehfest mit der Welle (2) verbundenen Lagerbock (19), an dem das Getriebe (5) angelenkt ist.

6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens einen Verbindungshebel (21), der einerseits drehbar mit dem Lagerbock (19) und andererseits drehbar mit dem Werkzeughalter (4) gekoppelt ist, sodass weiter vorzugsweise der Werkzeughalter (4)- in einer Ebene parallel zu der Welle (2) betrachtet - eine Bewegung entlang einer Kreisbahn vollführt, deren Mittelpunkt eine erste Drehachse (25) des Verbindungshebels (21) an dem Lagerbock (19) ist und deren Radius (38) dem Abstand (39) zwischen der ersten Drehachse (25) des Verbindungshebels (21) und einer zweiten an dem Werkzeughalter (4) befindlichen Drehachse (26) des Verbindungshebels (21) entspricht.

7. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (4) mittels einer Linearführung (13) mit dem Schlitten (3) verbunden ist.

8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Führungsstangen (14) der Linearführung (13) des Werkzeughalters (4) auf einer Seite der Welle (2) und auf einer gegenüberliegenden Seite der Welle (2) angeordnet sind.

9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine sich in axialer Richtung der Welle (2) erstreckende Nut (8), in die ein Kopplungselement des Schlittens (3) und/oder des Lagerbocks (19) eingreift, sodass eine drehfeste Verbindung vorliegt.

10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Spindel (27), die mit einem mit dem Schlitten (3) verbundenen Mutterelement zusammenwirkt, wobei die Spindel (27) vorzugsweise parallel zu der Welle (2) verläuft und um ihre eigene Längsachse (28) drehbar ist, wodurch eine Relativbewegung des Schlittens (3) zu der Welle (2) in axialer Richtung der Welle (2) erzeugbar ist.

11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Kopplungseinrichtung, mittels derer die Spindel (27) derart mit der Welle (2) gekoppelt ist, dass infolge einer Rotationsbewegung der Welle (2) eine Drehbewegung der Spindel (27) erzeugbar ist.

12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (3) und/oder der Lagerbock (19) aus zwei Halbschalen (10, 11, 20) zusammengesetzt sind, die die Welle (2) jeweils ungefähr zur Hälfte umgreifen und die vorzugsweise mittels Verbindungselementen lösbar miteinander verbunden sind.

13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen drehfest mit der Welle (2) verbundenen Dreharm (40), wobei eine Längsachse (41) des Dreharms (40) vorzugsweise senkrecht zu der Längsachse (6) der Welle (2) ausgerichtet ist.

14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (3) und/oder der Werkzeughalter (17) entlang der Längsachse (41) des Dreharms (40) verschiebbar sind.

15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (27) parallel zu dem Dreharm (40) verläuft.