Mitnahmevorrichtung für eine Werkzeugmaschine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mitnahmevorrichtung für eine Werkzeugmaschine, insbesondere Rundschleifmaschine oder Drehmaschine, bei der das Werkstück zwischen zwei ortsfesten Spitzen angetrieben ist, gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1. Dabei bezieht sich die vorliegende Erfindung vor allem auf die Bearbeitung von kleinen Präzisionsteilen.

Die Fertigung von hochpräzisen Kleinteilen, z. B. Düsennadeln für die Einspritztechnik im Automobilbau, stellt hohe Anforderungen an die Mitnahmevorrichtung für den Werkstückantrieb beim Schleifen zwischen zwei festen Spitzen. Beim Schleifen von solchen hochpräzisen Kleinteilen können durch die kleinen Abmessungen einerseits und durch die geringe Biege-Eigensteifigkeit andererseits, mit den herkömmlichen Mitnahmevorrichtungen, wie z.B. Dreh-Herz, Mitnehmerspitzen und dergl. die hohen geometrischen Anforderungen und die Prozess-Sicherheit nicht gewährleistet werden.

Die wesentlichsten Nachteile der herkömmlichen Mitnahmevorrichtungen sind

• Verspannen des Werkstücks durch die Klemmkraft des Mitnehmers auf dem Werkstück,
• grosse umlaufende Masse des Mitnehmers im Verhältnis zur Steifigkeit des Werkstücks,
• die Kraftübertragung von der Maschine auf den Mitnehmer erzeugt eine zu hohe Querkraft im Verhältnis zur Steifigkeit des Werkstücks und
  
  

  die geometrischen Abmessungen beschränken die bearbeitbare Länge des Werkstücks.

Die Entwicklungen in der Einspritztechnik werden in Zukunft zu noch kleineren Werkstückabmessungen und höheren Präzisionsanforderungen führen, womit der Werkstück-Mitnahme noch grössere Bedeutung zukommen wird.

Es ist von diesem Stand der Technik ausgehend Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Mitnahmevorrichtung für Werkzeugmaschinen anzugeben, die durch eine konsequente Trennung der Funktion Werkstückklemmung von der Funktion Drehmomentübertragung von der Maschine auf die Werkstückklemmung, die oben beschriebenen Nachteile beseitigt und dabei eine geringe umlaufende Masse des Mitnehmers bietet. Diese Aufgabe wird mit der Mitnahmevorrichtung gemäss Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Vorteile und Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutet.

Figur 1

zeigt in einer Aufsicht den Mitnehmer der erfindungsgemässen Mitnahmevorrichtung,

Figur 2

zeigt den auf dem Werkstück geklemmten Mitnehmer,

Figur 3

zeigt in einer schematischen Darstellung und im Schnitt den Mitnehmer mit dem Werkstück bei der Bearbeitung,

die Figuren 4 und 5

zeigen den Mitnehmer und die Rundschleifmaschine in geöffneter Stellung,

die Figuren 6 - 10

zeigen eine Ausführungsvariante zu den Figuren 1 - 5, wobei der Mitnehmer auf einer Mitnehmerplatte befestigt ist.

Der Mitnehmer 1 besteht im wesentlichen aus zwei ringförmigen Federelementen 2 und 3, die in einer Ebene symmetrisch zur Symmetrieachse S und nebeneinander angeordnet sind und an der Übergangsstelle eine durchgehende Öffnung 4 aufweisen, die zwei prismenförmige Werkstück-Aufnahmen 5 definieren.

Wie aus Figur 2 hervorgeht, wird die Spannkraft auf das Werkstück 6 einzig durch die Federkraft der beiden ringförmigen Federelemente erzeugt, wobei diese Spannkraft von den Dimensionen, d.h. Durchmesser, Dicke und Form des Mitnehmers und vom Material abhängt. In vorliegendem Beispiel wird Federstahl verwendet. Die Dimension der Werkstückaufnahme-Prismen wird selbstverständlich durch den Durchmesser der Werkstücke bestimmt und daran angepasst.

In Richtung der Symmetrieachse S, bzw. der Spitzen der Werkstückaufnahmen, weist der Mitnehmer zwei längliche Öffnungen 7 auf, die Aussen jeweils ein prismenförmiges Ende 8 aufweisen die, siehe Figur 2, der Aufnahme von entsprechend geformten, prismenförmigen Bolzen 14 am Öffnungsmechanismus der Rundschleifmaschine dienen. Durch das Spreizen der Bolzen wird die Feder bei den Aufnahmen ebenfalls gespreizt, siehe Figur 4, um das Werkstück aufzunehmen oder entnehmen zu lassen.

In Figur 3 ist schematisch der für die Erfindung relevante Teil der Rundschleifmaschine angedeutet und man erkennt das Werkstück 6, beispielsweise eine Düsennadel für die Einspritztechnik, das zwischen zwei ortsfesten Spitzen 9 und 10 gelagert ist und durch ein Schleifwerkzeug 11 bearbeitet wird. Der Mitnehmer 1 wird durch einen der beiden Bolzen 14 des Öffnungsmechanismus 13 über den Antrieb der Rundschleifmaschine angetrieben.

Der angetriebene Öffnungsmechanismus enthält zwei Bolzen 14, die radial bis zu einem Festanschlag verstellbar sind, wobei diese Bolzen von einem Verschiebekonus 15 beaufschlagt sind, der in der Stellung von Figur 3 herausgezogen ist derart, dass die Bolzen unter der Kraft einer Feder 16 stehen und in dieser Stellung keine Kraft auf den Mitnehmer ausüben, während in der Stellung gemäss Figur 5 der Konus 15 eingeschoben ist und die beiden Bolzen entgegen der Kraft der Feder 16 und somit den Mitnehmer, bzw. dessen Werkstückaufnahme-Prismen, spreizt. Zur sicheren Führung des Mitnehmers weisen die Bolzen an ihren prismatischen Enden Einkerbungen 18 auf.

Im Ausführungsbeispiel gemäss den Figuren 6 - 10 ist der Mitnehmer 1 auf einer Mitnehmerplatte 17 mittels der Schrauben 12 befestigt und diese Mitnehmerplatte ist an der Rundschleifmaschine befestigt. Solche Mitnehmerplatten werden seit Jahren vom Anmelder hergestellt und verwendet und sind derart ausgebildet, dass eine schwimmende und spielfreie Verbindung gewährleistet ist. Durch entsprechende Formgebung der Verbindungselemente der Mitnehmerplatte wird mit dem Mitnehmer eine drehsteife, radial und achsial nachgiebige Verbindung hergestellt, die das Antriebsdrehmoment von der Maschine auf den Mitnehmer annähernd querkraftfrei überträgt. Durch Zusammenfügen von mehreren Mitnehmerplatten kann die Drehsteifigkeit den Anforderungen entsprechend angepasst werden.

Aus der Beschreibung geht hervor, dass durch die genaue Ausgestaltung sowohl der Werkstückaufnahme-Prismen 5 als auch der prismenförmigen Enden 8 die Zentrumsachse der beiden Werkstückaufnahme-Prismen mit der Spitzenachse übereinstimmt und dass es möglich ist, den Mitnehmer rechtwinklig zu der Werkstückachse zu führen und auf das Werkstück abzusenken. Der ganze Mitnehmer ist in einer Ebene angeordnet, so dass keine Verwindung und kein Biegemoment auf das Werkstück übertragen wird.

Die Klemmkraft, bzw. die Mitnahmekraft wird einzig durch die Dimension und das Material des Mitnehmers bestimmt, so dass die Klemmkraft durch entsprechende Änderung der Materialdicke leicht und ohne Änderung von weiteren Eigenschaften den jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann.

Wie weiter oben beschrieben, ist der Mitnehmer in vorliegendem Ausführungsbeispiel aus Federstahl gefertigt, doch kann auch ein anderes Material zu Verwendung kommen. Ausserdem sind die ringförmigen Federelemente in den vorliegenden Ausführungsbeispielen kreisrund ausgeführt, doch ist es denkbar, anders gestaltete Federelemente zu verwenden, beispielsweise dreieckige oder mehreckige ringförmige Federelemente, die an ihrer Übergangsstelle die durchgehende Öffnung mit den prismenförmigen Werkstück-Aufnahmen aufweisen. Anstatt der prismaförmigen Werkstückaufnahmen kann in gewissen Anwendungsfällen auch eine anders gestaltete Kontaktzone in Betracht kommen, z.B. Formschluss oder mehrere Kontaktpunkte, z.B. drei.

Die Erfindung wurde anhand einer Rundschleifmaschine erläutert, doch kann die Mitnahmevorrichtung gemäss Erfindung auch für andere Werkzeugmaschinen wie Präzisionsdrehbänke, bzw. -maschinen verwendet werden.

Moderne Berechnungsmethoden gestatten eine einfache Optimierung der Formgebung, die als Kompromiss zwischen statischen und dynamischen Anforderungen sowie der zu begrenzenden Materialermüdung durch den Werkstückwechsel zu betrachten ist.