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Die Erfindung betrifft Verbesserungen
an Rundlaufmaschinen, wie zum Beispiel Lochstanzen, Schlitzmaschinen,
Prägemaschinen,
Verschlussmaschinen und dergleichen, bei denen zusammenwirkende
umlaufende Werkzeuge auf fliegenden Wellen gelagert sind und auf
ein zwischen den umlaufenden Werkzeugen durchlaufendes Werkstück wirken.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Verriegelungsmutter der
in US-A-3 580 648 offenbarten Art zur Minimierung der Rundlauf-
und Planlaufabweichung der Lager in solchen Maschinen.
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US-A-3 580 648, die wohl relevanteste
Vorveröffentlichung,
offenbart eine Verriegelungsmutter zur Befestigung auf einer Gewindewelle
mit einem Abschnitt, der eine mittige Gewindebohrung aufweist, einer
Vielzahl auf der Umfangsfläche
beabstandeter, mit einem Gewinde versehener Bohrlöcher in
dem Abschnitt, wobei sich jedes Bohrloch im Wesentlichen parallel
zu einer Drehachse der Verriegelungsmutter erstreckt, und einer
entsprechenden Vielzahl von Schrauben in den auf der Umfangsfläche beabstandeten,
mit Gewinde versehenen Bohrlöchern,
wodurch mindestens eine der Schrauben mit einer benachbarten Struktur
einstellbar in Eingriff bringbar ist, um den Schlag einer Gewindewelle,
auf der die Mutter befestigt ist, zu verringern, und wobei eine
Vielzahl von auf der Umfangsfläche
beabstandeten, mit einem Gewinde versehenen Bohrlöchern sich
radial zur Drehachse der Verriegelungsmutter hin erstreckt, und
mit einem Metallstift, wobei jeder Metallstift in sein entsprechendes
Bohrloch bewegbar ist, wenn die entsprechende Schraube angezogen
wird, wodurch eine Planlaufabweichung der Gewindewelle, auf der
die Verriegelungsmutter befestigt ist, verhinderbar ist.
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Um das Auffädeln des Werkstücks, die
Wartung der Maschine und dergleichen zu erleichtern, sind bei Anlagen,
wie zum Beispiel Lochstanzen, Schlitzmaschinen, Prägemaschinen,
Verschlussmaschinen und dergleichen, bei denen zwei zusammenwirkende
umlaufende Werkzeuge zum Einsatz kommen, die Werkzeuge bisher häufig auf
den äußeren Enden
angetriebener fliegender Wellen befestigt worden. Problematisch
ist dabei, dass sich die Enden der fliegenden Wellen leicht biegen
oder verbiegen können.
Eine solche Verbiegung kann zu einem vorzeitigen Verschleiß der Werkzeuge
und zu einem unvollständigen
oder ungleichmäßigen Stanz-,
Schlitz-, Präge-
oder Verschließvorgang
führen.
Dies wiederum kann dazu führen,
dass die Anlage für
Justierungen, den Austausch verschlissener und gebrochener Teile
und andere durch die Verbiegung der fliegenden Wellen verursachte
Reparaturen abgeschaltet werden muss. Eine mögliche Ursache einer solchen
Verbiegung ist die Rundlauf- und Planlaufabweichung der die Wellen
tragenden Lager.
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Um diese Probleme zu lösen, wurde
unter anderem versucht, eine zusätzliche
drehbare Abstützung
für das
freie Ende der jeweiligen fliegenden Welle starr am Rahmen der Anlage
zu befestigen. Ganz abgesehen davon, dass eine solche Anlage schwierig
aufzufädeln
und zu warten ist, kann die zusätzliche
Abstützung
die Welle zu stark einspannen, sodass Ausrichtungsfehler hohe Spannungen
in Wellen, Lagern und Werkzeugen verursachen können, die letztendlich zum
Ausfall führen.
Eine weitere Lösung
wird in U.S. Patent 186 109 beschrieben. Bei der dort gezeigten
Anordnung werden Halb-Traglager auf der den Enden der fliegenden
Wellen abgewandten Seite der Werkzeuge befestigt. Diese Anordnung
spannt die Wellen zu stark ein und dürfte zu einem frühen Ausfall
der Halb-Traglager führen. US-A-4
485 710 zeigt eine Papierschneidemaschine, bei der die Bewegung
nicht fliegend angeordneter Wellen in Lagern geringer Präzision durch
eine zwischen zwei nicht fliegend angeordneten Wellen abgestützte Lagereinheit
minimiert wird. US-A-4 770 078 zeigt eine Schneide- und Kerbmaschine,
bei der im Rahmen der Maschine angebrachte Rollen eine Bewegung
der auf fliegenden Wellen befestigten Werkzeuge verhindert. Auch
diese Anordnung führt zu
einer zu starken Einspannung der Wellen und Werkzeuge.
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Eine Lösung, die es gestattet, die
Bewegung von auf fliegenden Wellen befestigten Werkzeugen zu beherrschen,
ohne die Wellen, Werkzeuge oder Abstützlager zu stark einzuspannen,
gibt es somit bisher noch nicht. Auch der Schlag der Abstützlager, der
zu einer Bewegung der Werkzeuge beitragen kann, ist bisher nicht
beherrschbar.
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Der Erfindung liegt primär die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Minimierung der Rundlauf- und Planlaufabweichung
von Lagern in Rundlaufmaschinen zu schaffen.
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Diese Aufgabe sei hier jedoch nur
als Beispiel genannt. Weitere im Wesen der Erfindung begründete wünschenswerte
Aufgaben und Vorteile können
für den
Fachmann nahe liegen. Der Umfang der Erfindung soll daher nur durch
die folgenden Ansprüche
begrenzt werden.
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Damit die Positionen der Lager auf
den jeweiligen Wellen präzise
justiert werden können,
kann eine Verriegelungsmutter auf ein Außenende der Welle aufgefädelt und
an einem entsprechenden Lager zur Anlage gebracht werden. Die in
dem die Erfindung definierenden Anspruch 1 angeführte Verriegelungsmutter kann
einen Abschnitt mit einer mittigen Gewindebohrung, einer Vielzahl
auf der Umfangsfläche
beabstandeter, mit einem Gewinde versehener Durchgangsbohrungen,
die sich im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse der Verriegelungsmutter
erstrecken, und eine entsprechende Vielzahl von Schrauben in den
mit Gewinde versehenen Bohrungen aufweisen, wobei mindestens eine
der Schrauben mit dem entsprechenden Lager einstellbar in Eingriff
bringbar ist. Zwischen den Schrauben und den Lagern können Kontaktstifte
aus Messing vorgesehen werden. Da die Lager jeweils einen inneren
Laufring und einen äußeren Laufring
aufweisen, wird die Verriegelungsmutter vorzugsweise am inneren
Laufring zur Anlage gebracht. Die Verriegelungsmutter weist ferner
eine Vielzahl von auf der Umfangsfläche beabstandeten, mit einem
Gewinde versehenen Durchgangsbohrungen auf, die sich radial zur
Drehachse der Verriegelungsmutter hin erstrecken, sowie eine entsprechende
weitere Vielzahl von radial bewegbaren, mit einem Gewinde versehenen Gleitstücken und
eine entsprechende weitere Vielzahl von Schrauben in der weiteren
Vielzahl der mit Gewinde versehenen Durchgangsbohrungen zum Drücken der
Gleitstücke
gegen die Welle. Die Lager können
zwei Gehäuse
aufweisen, wobei jeweils ein Gehäuse
ein Lager umschließt.
Die Verriegelungsmutter kann dazu verwendet werden, die Positionen der
Gehäuse
so zu justieren, dass die Rundlauf- und Planlaufabweichung erheblich
verringert wird.
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Die Erfindung bietet zahlreiche bedeutsame Vorteile.
Die Verriegelungsmutter ermöglicht
eine wesentliche Verringerung des Lagerschlags, was dazu beiträgt, die
Relativbewegung der Werkzeuge zu minimieren und zu einem verbesserten
Stanzen, Schlitzen, Prägen,
Verschließen
und dergleichen führt.
Der Werkzeugverschleiß verläuft gleichmäßiger entlang der
Drehachse des Werkzeugs. Häufig
können
auch höhere
Arbeitsgeschwindigkeiten erzielt werden. Vorhandene Anlagen können durch
Montage der Verriegelungsmutter auf der Außenseite von auf den Wellen
bereits vorhandenen Lagern problemlos modifiziert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand
eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen
Aufriss einer Anlage, in der die Erfindung verwirklicht ist.
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2 eine
Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1.
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Einspannungselements.
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4 eine
Aufsicht einer erfindungsgemäßen Verriegelungsmutter.
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5 eine
Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in 4.
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In der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnung werden gleiche Konstruktionselemente
in den verschiedenen Darstellungen jeweils mit denselben Bezugsziffern
bezeichnet.
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Wie aus 1 bis 3 ersichtlich,
eignet sich die erfindungsgemäße Verriegelungsmutter
besonders für
den Einsatz in einer Anlage 10 mit einem Antriebsmodul 12,
aus dem zwei fliegende Wellen 14, 16 ragen, die
im Betrieb von dem Modul 12 in Drehung versetzt werden.
In der dargestellten Anlage ist ein umlaufendes Werkzeug 18 in
fester Aufnahme mit der Welle 14 und ein damit zusammenwirkendes umlaufendes
Werkzeug 20 in fester Aufnahme mit der Welle 16 drehbar.
Der Fachmann wird erkennen, dass die Erfindung bei Rundlaufmaschinen
mit den verschiedensten umlaufenden, zusammenwirkenden Werkzeugen,
wie sie beispielsweise in Lochstanzen, Schlitzmaschinen, Prägemaschinen,
Verschlussmaschinen, Druckern, Kalanderwalzen, Papierhackmaschinen
und dergleichen eingesetzt werden, Anwendung finden kann. Dabei
wird in an sich bekannter Weise ein Werkstück 26, wie zum Beispiel
ein oder mehrere längliche
Materialstreifen, zwischen die umlaufenden Werkzeuge gezogen und
gelocht, geschlitzt, geprägt,
verschlossen oder einer beliebigen anderen Bearbeitung unterzogen,
die mit solchen umlaufenden Werkzeugen durchführbar ist.
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Das umlaufende Werkzeug 18 ist
an seinem Umfang mit einer Gruppe von Gewindelöchern 32 versehen.
Ein fliegender Wellenzapfen 34, der an seinem Umfang mit
einem radial vorstehenden Flansch 36 versehen ist, wird
durch die in das Loch 32 ragende Schraube 33 an
dem Werkzeug 18 befestigt. Entsprechend ist auch das umlaufende
Werkzeug 20 an seinem Umfang mit einer Gruppe von Gewindebohrungen 38 versehen.
Ein fliegender Wellenzapfen 40 mit einem radial vorstehenden
Flansch 42 wird mit einer Vielzahl von Schrauben 44 an
dem Werkzeug 20 befestigt. Stattdessen können die
Wellen 14, 16 auch vergrößert und durch die Werkzeuge 18, 20 geführt werden.
Um die Masse zu minimieren und die Eigenfrequenz der Gesamtbaugruppe
zu maximieren, werden die Wellenzapfen 34, 40 vorzugsweise
mit entsprechenden mittigen Bohrungen 46, 48 versehen.
Der Wellenzapfen 34 weist eine Schulter 50, der
Wellenzapfen 40 eine Schulter 52 auf. Die Schultern
dienen zur Aufnahme von Lager-Baugruppen 54, 56,
die jeweils ein zylindrisches Gehäuse 58 mit einem an
dessen Umfang radial vorstehenden Flansch 60 aufweisen
und ein Doppellager 62 umschließen. Die Baugruppen 54, 56 werden
gegen die Schultern 50, 52 auf die Wellenzapfen
geschoben. Ein Haltering 64 liegt im Gehäuse 58 jeweils
an dem äußeren Laufring
des Lagers 62 an. Mit einer Vielzahl von Schrauben 66 wird
der Ring 64 an dem entsprechenden Gehäuse 58 befestigt.
Auf jedem Wellenzapfen wird eine gehärtete Scheibe 68 so
positioniert, dass sie an dem inneren Laufring des Lagers 62 anliegt.
Eine erfindungsgemäße Verriegelungsmutter 70 wird
jeweils auf das Ende des Wellenzapfens geschraubt und zur Anlage
an der Scheibe 68 gebracht.
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Die Merkmale der Verriegelungsmutter 70 sind
aus 4 und 5 ersichtlich. Ein ringförmiger Abschnitt 72 ist
mit einer mittigen Gewindebohrung 74 versehen. Um die Bohrung 74 ist
eine Vielzahl von auf der Umfangsfläche beabstandeten, mit Gewinde versehenen
Bohrlöchern 76 angeordnet,
wobei jedes Bohrloch 76 im Wesentlichen parallel zur Drehachse der
Mutter verläuft.
In jedem Bohrloch 76 ist eine Schraube 78 angebracht,
die auf einen in einem gewindelosen Endabschnitt des Gewindelochs 76 positionierten
Metallstift 80 drückt.
Der Stift 80 wird vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt,
der weicher ist als die Schraube 78 und die Scheibe 68,
wie zum Beispiel Messing. Bei der Montage der Verriegelungsmutter 70 werden
die Schrauben 78 zunächst nicht
gegen die Stifte 80 festgezogen. Ebenfalls um die Bohrung 74 angeordnet
ist eine weitere herkömmliche
Vielzahl von auf der Umfangsfläche
beabstandeten, mit Gewinde versehenen Bohrlöchern 82, wobei sich
jedes Bohrloch im Wesentlichen radial zur Drehachse der Mutter hin
erstreckt. In jedem Bohrloch 82 ist eine Schraube 64 angebracht,
die auf ein mit Gewinde versehenes Gleitstück 86 aus Metall drückt. Das
Gleitstück 86 wird
vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, der weicher ist als
der Werkstoff der Wellenzapfen 34, 40, wie zum
Beispiel Messing. Nach Anziehen der Verrie gelungsmutter mit der
erforderlichen Vorspannung werden die Schrauben 84 in bekannter
Weise gegen die Gleitstücke 80 festgezogen,
damit sich die Mutter nicht löst.
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Nach Montage der Lager-Baugruppen 54, 56 und
Anziehen der Verriegelungsmuttern 70 auf die vom Lagerhersteller
verlangte Vorspannung wird die Rundlaufabweichung einer jeden Lager-Baugruppe gegenüber einer äußeren Zylinderfläche 88 eines
jeden Gehäuses 58 und
die Planlaufabweichung einer jeden Lager-Baugruppe gegenüber einer
radial verlaufenden Fläche 90 eines
jeden Flansches 60 gemessen. Solche Planlauf- und Rundlaufabweichungen
können
unter anderem von Vorspannungskräften
der Verriegelungsmutter, mangelnder Winkelhaltigkeit zwischen den
Stirnflächen
der Verriegelungsmutter und der Drehachse der Lager und ähnlichen Faktoren
verursacht werden. Bei einem praktischen Anwendungsbeispiel für umlaufende
Werkzeuge der dargestellten Art wurden an diesem Punkt im Montageablauf
Rundlauf- und Planlaufabweichungen im Bereich von 0.001 bis 0.002
Inch (0,0025 bis 0,0050 mm) gemessen. Um diesen Schlag zu verringern, wurden
die Schrauben 78 gegen die Stifte 80 festgezogen.
Dem Fachmann dürfte
klar sein, dass ein von den Stiften 80 auf die Scheibe 68 ausgeübter Druck geringfügige Veränderungen
in der Geometrie verursacht, wie zum Beispiel eine sehr geringe
Durchbiegung der Wellenzapfen 34, 40, die sich
so justieren lässt,
dass sich der gemessene Schlag verringert. Bei demselben praktischen
Anwendungsbeispiel konnte die Rundlauf- und Planlaufabweichung mit der
Verriegelungsmutter um den Faktor Zehn auf weniger als 0.000040
Inch (0,001 mm) verringert werden. Bei diesem Anwendungsbeispiel
hatte die Verriegelungsmutter einen Außendurchmesser von etwa 2.25
Inch (57,2 mm) und einen Innendurchmesser von etwa 1.5 Inch (38,1
mm), bei einer Beabstandung der Bohrlöcher 76 von 60'. Die Schrauben 78 hatten einen
Durchmesser von etwa 0.164 Inch (4,17 mm) und die Stifte 80 einen
Durchmesser von etwa 0.188 Inch (4,78 mm).
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Nach Justierung der Verriegelungsmuttern 70 auf
den gewünschten
Schlag wird ein Einspannungselement 92 angebracht. Wie
in 3 gezeigt, weist
das Einspannungselement 92 einen oberen zylindrischen Abschnitt 94 mit
einer Durchgangsbohrung 96 und einen unteren zylindrischen
Abschnitt 98 mit einer Durchgangsbohrung 100 auf.
Die Bohrungen 96 und 100 sind so bemessen, dass
zu den äußeren zylindrischen
Flächen 88 der
Lagergehäuse 58 ein
erhebliches Radialspiel von etwa 0.002 Inch (0,051 mm) vorhanden
ist. Zwischen den Abschnitten 94, 99 erstreckt
sich mindestens ein flexibler Steg 102, in der dargestellten
Ausführungsform
im Wesentlichen in einer Ebene, in der sich die Achsen der Bohrungen 96, 100 befinden.
Der biegsame Steg 102 hat eine im Wesentlichen parallel
zu den Achsen der Bohrungen 96, 100 gemessene
Hauptbreite M und eine im Wesentlichen quer zu den Achsen der Bohrungen
gemessene Nebenbreite m. Auf beiden Seiten des mittigen flexiblen
Stegs 102 können
zwei seitliche flexible Stege 104, 106 positioniert
werden. Die Stege 104, 106 können wie gezeigt, winkelversetzt zueinander
angeordnet werden, um den Zugang zu dem Arbeitsspalt zwischen den
Werkzeugen 18, 20 zu erleichtern.
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Dem Fachmann dürfte jedoch klar sein, dass sich
Geometrie und Lage der Stege 102, 104, 106 nicht
auf die Konfiguration der dargestellten Ausführungsform begrenzen. Für eine gegebene
Anwendung können
Geometrie und Werkstoff der Stege so gewählt werden, wie dies erforderlich
ist, damit das Element 92 als abgestimmte Ausgleichseinrichtung zwischen
den fliegenden Wellen dienen kann. Die Stege können so ausgelegt werden, dass
sie eine Federkennung in der für
ein gegebenes Paar umlaufender Werkzeuge am besten geeigneten Richtung (den
am besten geeigneten Richtungen) erzeugen, um den für die jeweilige
Anwendung zu erwartenden Rundlauf- und Planlaufabweichungskräften standhalten
zu können.
Somit kann der Schlag erfindungsgemäß ohne eine zu starke zusätzliche
Beanspruchung der Wellen oder eine zu starke, Schäden verursachende
Belastung der Lager, Werkzeuge, fliegenden Wellen oder Wellenzapfen
begrenzt werden. Dem Fachmann dürfte
daher klar sein, dass die Stege verschiedene Querschnitte, wie zum
Beispiel quadratisch, rund, oval und dergleichen aufweisen oder
aus Lamellen bestehen können,
ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. In der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsform
ist das Einspannungselement 92 in einem Stück mit den
Abschnitten 94, 98 und den Stegen 102–106 ausgebildet.
Dem Fachmann dürfte
jedoch klar sein, dass das Element auch aus Einzelteilen zusammengesetzt
werden kann. Als ein geeigneter Werkstoff zur Minimierung des Gewichts
des Einspannungselements und eine bessere Anpassung an die Wärmedehnungskennwerte
des übrigen
Teils der Baugruppe hat sich Titan erwiesen.
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Zur Montage des Einspannungselements 92 werden
die Bohrungen 96, 100 bis zur Anlage an den radialen
Flächen 90 über die
Flächen 88 der
Lagergehäuse
geschoben. Jede Bohrung ist von um den Umfang verteilten Durchgangsbohrungen 108 umgeben,
durch die sich eine entsprechende Vielzahl von Schrauben 110 erstreckt,
die mit einer entsprechenden Vielzahl von Gewindebohrungen in den
Flanschen 60 in Eingriff bringbar sind. Zur Erleichterung der
Montage ist zwischen den Bohrungen 108 und den Schrauben 110 ausreichend
Spiel vorhan den. Bei einigen Anwendungen ist eine geringfügige Bewegung
des Einspannungselements zu beobachten. Wenn dies gewünscht wird,
kann die Radialbewegung durch in der Nähe des Prägestempelwerkzeugs 20 angebrachte
Mittel, wie zum Beispiel einen Kugel- und Federstößel 111,
begrenzt werden, wie in 1 schematisch
dargestellt.
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Mit einem Einspannungselement der
dargestellten Geometrie, gekoppelt mit Lager-Baugruppen und Verriegelungsmuttern
der vorher beschriebenen Art, konnte die Rundlauf- und Planlaufabweichung
eines Werkzeugpaars wirksam von 0.000460 bis 0.000480 Inch (0,0117
bis 0,0122 mm) auf 0.000090 bis 0.000115 Inch (0,0023 bis 0,0029
mm) verringert und damit erheblich verbessert werden. Angenommen,
eine Y-Achse verläuft
quer zu den Drehachsen der Werkzeuge, eine X-Achse quer zu denselben Achsen
und eine Z-Achse parallel zu denselben Achsen. In diesem Fall begrenzen
erfindungsgemäße Einspannungssysteme
generell die Bewegung der Werkzeuge in der Y-Richtung, sodass ein
guter Eingriff mit dem Werkstück
gewährleistet
ist. Vorteilhaft wirkt sich eine solche Anordnung jedoch auch in
der X-Richtung und zu einem geringeren Grade in der Z-Richtung aus.
Wenn eine zusätzliche
Steifigkeit in der X-Richtung wünschenswert
ist, können
zusätzlich äußere Klammern
mit begrenzter Steifigkeit angebracht werden.
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Die Erfindung wurde hier anhand eines
bestimmten Ausführungsbeispiels
dargestellt und beschrieben. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass
andere Variationen in Form und Detail möglich sind, ohne den Umfang
der beanspruchten Erfindung zu verlassen.