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Die
Erfindung betrifft eine Schleifmaschine nach Art einer Universal-Rund-/Unrundschleifmaschine.
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Derartige
Maschinen gehören
zum Stand der Technik. Eine Prinzipdarstellung und -beschreibung findet
sich beispielsweise in dem Fachbuch WITTE, H.: Werkzeugmaschinen – Grundlagen
und Prinzipien in Aufbau, Funktion, Antrieb und Steuerung spangebender
Werkzeugmaschinen. 8., überarbeitete Auflage.
Vogel Buchverlag, 1994, Seiten 293 bis 294 anhand des Bildes 4.46.
Die Spann- und Antriebsvorrichtung für das Werkstück ist dabei
in der Regel auf einem hydraulisch angetriebenen Längsschlitten, dem
sogenannten Schleiftisch, angeordnet. Sie besteht aus einem Werkstückspindelstock
und einem Reitstock, zwischen denen das Werkstück eingespannt und zur Drehung
angetrieben ist. Auf dem hinteren Teil des Maschinenbettes befindet
sich mindestens ein Schleifspindelstock mit einer rotierenden Schleifscheibe.
Die Verschieberichtung oder Vorschubachse des Längsschlittens oder Schleiftisches stimmt
in der Regel mit der Längsachse
des eingespannten Werkstückes überein und
wird als Z-Achse bezeichnet. Demgegenüber muss der Schleifspindelstock
zumindest in einer Vorschubachse beweglich sein, die senkrecht zu
der Z-Achse verläuft
und als X-Achse bezeichnet wird. In einer besonderen Ausführung ist
aber auch der Schleifspindelstock zusätzlich in Richtung der Z-Achse,
also parallel zu der Längsachse
des eingespannten Werkstücks,
verschiebbar.
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Auch
aus der
US 46 25 461 ist
eine Schleifmaschine nach Art einer Universal-Rund-/Unrundschleifmaschine mit einem
Maschinenbett bekannt, das eine Spann- und Antriebsvorrichtung zur
rotierend angetriebenen Aufnahme eines Werkstückes sowie einen Kreuzschlitten
aufweist (
2 der
US 46 25 461 ). Auf dem Kreuzschlitten
ist ein Schleifspindelstock zum Rotationsantrieb einer auf dem Schleifspindelstock
gelagerten Schleifscheibe angeordnet. Auf diese Weise ist bei dieser
bekannten Schleifmaschine der Schleifspindelstock gegenüber dem
Maschinenbett in Richtung von zwei Vorschubachsen gesteuert beweglich,
von denen die erste Vorschubachse senkrecht und die zweite Vorschubachse
parallel zu der Rotationsachse der Spann- und Antriebsvorrichtung
verläuft.
Diese Maschine kann numerisch gesteuert sein. Der Verschiebeantrieb
zum genauen Positionieren des in Richtung der zweiten Vorschubachse
auf dem Maschinenbett geführten
Kreuzschlittens wird durch eine in dem Maschinenbett gelagerte Spindel
gebildet, die durch einen Elektromotor mit umkehrbarer Drehrichtung
angetrieben ist und in eine an dem Kreuzschlitten befindliche Mutter
eingreift. Die Bauweise der Spindel ist nicht näher angegeben. Auch für die Bewegung des
Schleifspindelstocks in Richtung der ersten Vorschubachse, die senkrecht
zu der Rotationsachse der Spann- und Antriebsvorrichtung verläuft, ist
in der
US 46 25 461 ein
Spindelantrieb angedeutet.
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Die
Bezeichnungen Z-Achse und X-Achse sind im Zuge der CNC-Technik üblich geworden
und geben allgemein eine bestimmte Richtung im Raum an. Im Falle
des Längsschleifens
erfolgt mittels einer zylindrischen Schleifscheibe die Zustellung über die X-Achse
und der Längsvorschub über die
Z-Achse. Es können
aber auch quer zur Längsachse
des Werkstücks
verlaufende Flächen
geschliffen werden, wobei die Zustellung über die Z-Achse erfolgt. Durch numerisch
gesteuertes Zusammenwirken des Vorschubs in Richtung der X-Achse und der Rotationsachse
des Werkstücks,
der sogenannten C-Achse, können
auch unrunde Konturen mit größter Präzision geschliffen
werden, was besonders beim Schleifen von Nocken- und Kurbelwellen
von Bedeutung ist. Bei diesen werden einerseits die Lagersitze der Hauptwellen
rundgeschliffen, andererseits die Nocken oder exzentrischen Zapfen
im Wege des Unrundschleifens bearbeitet. Kurbelwellen- und Nockenwellen-Schleifmaschinen
sind daher Universal-Rund- und Unrundschleifmaschinen, an die besondere
Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit des Schleifvorganges
gestellt werden.
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Gerade
bei diesen Maschinen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zwei Spindelstöcke mit
gemeinsamer Z-Achse nebeneinander anzuordnen. Auf diese Weise können auch
längere
Werkstücke
wirtschaftlich geschliffen werden, indem zwei oder mehr Schleifscheiben
zu derselben Zeit an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks unterschiedliche Schleifbearbeitungen
durchführen.
Hierzu müssen die
beiden Spindelstöcke
unabhängig
voneinander gesteuert werden. Wegen der großen Bearbeitungslänge in der
Z-Richtung muss auch die gegenseitige Bewegung von Werkstück und Schleifspindelstock schnell
und dennoch sehr genau gesteuert werden. Das ist besonders dann
der Fall, wenn quer zur Längsachse
des Werkstücks
verlaufende Flächen geschliffen
werden, die Zustellung also in Richtung der Z-Achse erfolgt; d.h.
es werden am Werkstück nicht
nur Umfangs- sondern auch Planflächen
auf Längenmaß geschliffen.
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Auch
aus einem weiteren Grund werden an die gesteuerte Bewegung in Richtung
der Z-Achse hohe Anforderungen gestellt. Bei modernen Rund-/Unrundschleifmaschinen
werden nämlich
die Schleifscheiben in der Maschine abgerichtet. Wenn dabei Schleifscheiben
zum Einsatz kommen, die eine profilierte Kontur haben, muss die
axiale Stellung des Abrichtwerkzeuges gegenüber der Schleifscheibe sehr
genau positioniert sein, damit die Kontur der Schleifscheibe unverändert erhalten
bleibt. Das ist zum Beispiel bei Profilschleifscheiben wichtig,
mit denen ein Übergangsradius
von Wellenteilen oder Kurbelzapfen an benachbarte Wangen angeschliffen wird.
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Mit
zunehmender axialer Bearbeitungslänge der Nocken- oder Kurbelwellen
wird das hochgenaue und schnelle Positionieren der Schleifspindelstöcke in der
Z-Achse immer schwieriger.
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Ein
bewährtes
Mittel zum Positionieren eines Schleifspindelstockes in Richtung
der Z-Achse ist die Verstellspindel in der Ausführung als Kugelgewindetrieb.
Hierbei wird das Transportgewinde zwischen Spindel und Mutter durch
eine geschlossene Kette von Kugeln gebildet, die in Rillen der Spindel
und der Mutter im ständigen
Kreislauf umlaufen. Der Kugelgewindetrieb ist heute in der Mehrzahl
der Maschinen im Einsatz. Seine Grenzen ergeben sich durch die zunehmende
Bearbeitungslänge
der modernen Schleifmaschinen in Richtung der Z-Achse.
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Diese
Maschinen erfordern ein schnelles und hochgenaues Positionieren
großer
Massen über große Verstellwege.
Beispielsweise hat ein Kreuzschlitten mit einer Schleifspindel an
einer Universalrund-/Unrundschleifmaschine eine Masse von etwa 2000
bis 4000 kg, die über
eine Maschinenlänge
von 1000 bis 5000 mm beschleunigt werden muss. Wird diese Beschleunigung
durch eine einzige, über
die gesamte Maschinenlänge
reichende Spindel aufgebracht, so muss diese einen entsprechend
großen Durchmesser
haben. Dieser wird um so größer, je länger der
Verstellweg ist. Die Spindel muss durch den Kreuzschlitten hindurchgeführt werden
und schwächt
dessen Querschnitt. Der Kreuzschlitten wird dadurch anfällig gegen
Verwindung oder Durchbiegung. Das steht im Gegensatz zu der Forderung nach
hoher Steifigkeit und höchster
Präzision
des Schleifvorganges. Eine Verstärkung
des Kreuzschlittens ist nur innerhalb bestimmter Grenzen möglich, weil
dadurch seine Masse weiter erhöht
wird und seine Abmessungen größer werden.
Insbesondere ist es unerwünscht,
dass dadurch die Arbeitshöhe
der Schleifmaschine vergrößert wird.
In der Praxis hilft man sich damit, dass für Maschinen von geringerer Baulänge der
Kugelgewindetrieb und der Kreuzschlitten schwächer dimensioniert werden als
für Maschinen
größerer Baulänge. Das
steht aber der Ausbildung eines Baukastensystems und damit der ökonomischen
Herstellung einer Typenreihe bei Maschinen für unterschiedliche Teilelängen und
damit Maschinenlängen
entgegen.
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Ein
weiterer Nachteil des Kugelgewindetriebs bei großem Verstellweg besteht darin,
dass zu Wartungs- und Reparaturarbeiten ein entsprechend großer Raum
neben der Maschine zum Ausbau der Spindel vorhanden sein muss.
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Wegen
dieser Nachteile und weil man, wie schon erwähnt, mit mehreren Schleifscheiben
gleichzeitig und unabhängig
voneinander an einem und demselben Werkstück in einer Aufspannung arbeiten möchte, sind
schon Schleifmaschinen der eingangs genannten Art vorgeschlagen
worden, bei denen zwei Kreuzschlitten zur Aufnahme der Schleifspindelstöcke mit
je einer Kugelgewindespindel zusammenwirken. Die Spindeln sind im
Abstand parallel nebeneinander angeordnet. Soll hierbei jeder Schleifspindelstock über nahezu
den gesamten Verstellweg verfahren werden, so müssen beide Spindeln über nahezu
die gesamte Maschinenlänge
reichen und durch jeden Kreuzschlitten hindurchgeführt werden. Die
Kreuzschlitten werden dadurch geschwächt. Dieser Nachteil ergibt
sich gleichfalls, wenn man den Kugelgewindetrieb in der Weise ausführt, dass
die Spindeln stillstehen und die Verstellmuttern in den Kreuzschlitten
zur Drehung angetrieben sind. Bei Versuchen mit zwei Kreuzschlitten
und einer einzigen stillstehenden Spindel, wobei die Antriebe durch
je eine angetriebene Mutter in den Kreuzschlitten erfolgen, hat
sich herausgestellt, dass die Schlitten sich infolge der „Federwirkung" der Spindel gegenseitig
beeinflussen. Die durch den Schleifvorgang an dem ersten Schleifspindelstock
entstehenden Vibrationen werden über
die elastisch nachgiebige Spindel auf den zweiten Schleifspindelstock übertragen
und gegebenenfalls noch verstärkt.
Die stillstehende Spindel kann ja nur an ihren Enden abgestützt werden,
so dass sie in ihrem mittleren Bereich biege- und schwingungsfähig ist.
Die erforderliche Genauigkeit des Schleifvorganges ist dann nicht
mehr gewährleistet.
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Unabhängig von
der Ausführung
im Einzelnen wirkt die Spindel eines Kugelgewindetriebs ohnehin
stets als Feder. Diese Eigenschaft tritt um so deutlicher hervor,
je länger
die Spindel ist. Der Kreuzschlitten durchläuft bei seinem Verfahren längs der Spindel
Stellungen unterschiedlicher Resonanzfähigkeit der Spindel bis hin
zu einer kritischen Drehzahl der Kugelrollspindel. Die lange Spindel
ist somit schwingungsempfindlich, was sich in einem veränderten
Schleifbild an dem fertigen Werkstück sowie in einer verringerten
Standzeit der Kugelrollspindel auswirkt. Infolge der Dehnfähigkeit
in Längsrichtung
ist die Axialsteifigkeit der Spindel auch positions- und längenabhängig. Ferner
wird die Spindel beim Beschleunigen des Kreuzschlittens auch unterschiedlich
stark tordiert, je nachdem, wie schwer der Kreuzschlitten und wie
lang die Spindel ist. Hinzu kommen noch Temperatureinflüsse, die
sich beispielsweise über
die Schmierstoffe, die innere Reibung und die Verfahrgeschwindigkeit
des Kugelgewindetriebs auswirken. Die Positioniergenauigkeit des
Kugelgewindetriebs ist damit last- und temperaturabhängig. Je nach der wirksamen
Spindellänge
kommt ein längenabhängiges Trägheitsmoment
hinzu, das das Beschleunigungsverhalten zusätzlich beeinflusst.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, dass ein hochgenaues Positionieren des Kreuzschlittens
mit dem Schleifspindelstock oder des Schleiftisches in Richtung
der Z-Achse mit hohen Verfahrgeschwindigkeiten um so schwieriger
wird, je länger
der Verstellweg ist.
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Bekannt
sind auch elektrische Linearantriebe als eine Möglichkeit, an Werkzeugmaschinen
den Spindelantrieb für
eine Linearbewegung zu ersetzen. Ein Beispiel hierfür ist die
Firmendruckschrift „Linearmotoren" der Firma GE Fanuc
Automation Europe (Drucknummer GFTE-507A-GE 1C 08/01). Der direkte
elektrische Linearantrieb arbeitet verschleißfrei und hat daher geringe
Wartungskosten. Er kommt für lange
und schnelle Bewegungen in Frage, wenn die zu bewegenden Massen
nicht zu hoch sind. Bei kurzen Verstellwegen bietet er keine Vorteile.
Ein direkter Linearantrieb für
die großen
zu bewegenden Massen einer Universalrund-/Unrundschleifmaschine wird
zu schwer und erfordert eine hohe Antriebsleistung; dazu ergeben
sich Probleme mit seiner Kühlung,
die weiteren Aufwand erfordern. Bei ungenügender Kühlung stellen sich Präzisionsverluste
durch Verformung von Bauteilen ein.
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In
dem aus dem Jahre 1983 stammenden und 1985 veröffentlichten Abstract der
JP 60034206 A war
eine Vorrichtung zum Rundschleifen vorgeschlagen worden, bei der
auf dem Maschinenbett ein Tisch von Hand mittels eines Zahnstangentriebes verfahrbar
ist; der Tisch trägt
seinerseits einen weiteren Tisch mit einem Schleifspindelstock,
wobei dieser weitere Tisch und der Schleifspindelstock auf das Werkstück zu und
von ihm weg bewegt werden sollen. Der Veröffentlichung lässt sich
nicht entnehmen, wie die Gesamtanordnung der bekannten Schleifvorrichtung
beschaffen sein soll, weil die Beschreibung und Darstellung kurz
und unvollständig
ist. Ein Aufbau nach Art einer modernen Rund-/Unrundschleifmaschine
mit der Forderung nach einem hochgenauen Positionieren in Richtung
der Z-Achse liegt jedenfalls nicht vor.
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zu Grunde, eine Schleifmaschine der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei der auch große und schwere Schleifspindelstöcke mit
hoher Beschleunigung und über
Maschinenlängen
von beispielsweise 1000 bis 5000 mm oder mehr in Richtung der Z-Achse
hochgenau positioniert werden können,
Vibrationen während
des Schleifvorganges konstruktionsbedingt gering gehalten sind und
zudem die Wirtschaftlichkeit von Herstellung, Wartung und Betrieb
gewährleistet
ist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs
1.
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Gemäß der Erfindung
wird der Kreuzschlitten zur hochgenauen Positionierung in Richtung
der Z-Achse auf dem Maschinenbett geführt und in dieser Richtung
durch einen Verschiebeantrieb angetrieben. Indem der Verschiebeantrieb
durch den Eingriff von Zahnrädern
in eine Zahnstange erfolgt, die an dem Maschinenbett befestigt ist,
ergibt sich zunächst
der Vorteil, dass die Zahnstange über ihre gesamte Länge ununterbrochen
auf dem Maschinenbett abgestützt
wird. Die Zahnstange selbst muss dabei keineswegs besonders massiv
ausgebildet sein, wird jedoch durch die durchgängige Abstützung am Maschinenbett sehr
stabil und gegen Durchbiegung vollkommen unempfindlich. Die paarweise
angeordneten Zahnräder
sind an dem Kreuzschlitten gelagert und angetrieben, so dass sich
der Kreuzschlitten wie ein Fahrzeug entlang der Zahnstange auf dem
Maschinenbett selbst antreibt. Es ergibt sich dadurch eine sehr
kurze Drehmomentübertragung
von den angetriebenen Zahnrädern
auf das Maschinenbett. Die Drehmomentübertragung bleibt stets dieselbe, unabhängig davon,
wo sich der Kreuzschlitten gerade auf dem Maschinenbett befindet.
Auch das zum Antrieb erforderliche Drehmoment ist unabhängig von
der jeweiligen Stellung des Kreuzschlittens an der Zahnstange. Für eine bestimmte
Baureihe mit unterschiedlicher Länge
des Maschinenbettes ergibt sich dadurch der Vorteil, dass der Kreuzschlitten
und sein Antrieb für
jede Maschinenlänge
derselbe sein kann. Der Aufbau einer Maschinenreihe nach dem Baukastensystem
mit gleichartigen Einzelteilen wird dadurch wesentlich erleichtert.
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Bei
Universal-Rund-/Unrundschleifmaschinen mit zwei voneinander unabhängig verfahrbaren Kreuzschlitten
ergibt sich der weitere Vorteil, dass beide Kreuzschlitten nahezu über die
gesamte Maschinenlänge
verfahren werden können,
ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Die durchgängig abgestützte und
dadurch schwingungsfreie Zahnstange macht es nämlich möglich, dass auf beiden Kreuzschlitten
zeitgleich unterschiedliche Schleifvorgänge erfolgen können, ohne
dass eine schädliche Übertragung
von Vibrationen zwischen beiden Kreuzschlitten erfolgt. Das gilt
auch dann, wenn die Schleifspindeln beider Kreuzschlitten zeitgleich
arbeiten und die Kreuzschlitten eine nahe benachbarte Stellung einnehmen.
In jeder Position der Kreuzschlitten bleibt die Steifigkeit des
Antriebs unverändert.
Es ergibt sich ein geringer Leistungsbedarf trotz einer verhältnismäßig hohen
Beschleunigung von maximal 4 m/s2. Maschinenlängen von
3 bis 5 Metern mit einer durchgehenden Zahnstange lassen sich problemlos verwirklichen.
Auch Ausführungen
von bis zu 10 Meter Länge
können
bei entsprechend steifer Ausführung
und sorgfältiger
Dimensionierung in Betracht gezogen werden.
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Die
angestrebte hochgenaue Positionierung der Kreuzschlitten in Richtung
der Z-Achse setzt allerdings einen möglichst spielfreien Eingriff
der Zahnräder
in die Zahnstange des Verschiebeantriebs voraus. Hierzu dient einmal
die Schrägverzahnung
der Zahnräder
und der Zahnstange. Ihre Wirkung wird ergänzt durch die Anordnung von
mindestens zwei Zahnrädern,
die in dieselbe an dem Maschinenbett vorhandene Zahnstange eingreifen.
Durch die Anordnung von zwei Zahnrädern kann etwa das doppelte
Drehmoment übertragen
werden wie mit nur einem Zahnrad. Vor allem aber werden die beiden
Zahnräder
des Paares mit unterschiedlichem Drehmoment angetrieben und zwar
derart, dass sie gegen die Zahnstange verspannt sind. Die beiden
Zahnräder pressen
sich mit einer gewissen Verspannung gegen mindestens zwei Zahnflanken,
womit das Eingriffsspiel vermieden wird und eine hochgenaue Positionierung
möglich
wird.
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Das
Zusammenwirken aller der aufgeführten Einzelmerkmale
führt insgesamt
zu dem beschriebenen vorteilhaften Ergebnis.
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Es
ist schon ausgeführt
worden, dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Zahnstangenantriebs mit
allen seinen Einzelheiten sich vor allem beim Verfahren des Kreuzschlittens
in Richtung der Z-Achse auswirken, weil dabei größere Weglängen zu bewältigen sind, bei denen andere
Antriebssysteme Schwierigkeiten bereiten. Bei hohen Anforderungen
an die Positioniergenauigkeit in Richtung der X-Achse ist es aber
gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung ohne weiteres möglich, dass auch in Richtung
dieser Vorschubachse auf den Kreuzschlitten ein weiterer Verschiebeantrieb
vorgesehen ist, der durch den Eingriff mindestens eines Paars von schräg verzahnten
Zahnrädern
in eine an dem Kreuzschlitten vorhandene Zahnstange mit Schrägverzahnung
erfolgt, wobei die beiden Zahnräder
des Paares an dem Schleifspindelstock gelagert und mit unterschiedlichem
Drehmoment derart angetrieben sind, dass sie gegen die Zahnstange
verspannt sind. Eine derartige Anordnung von in gleicher Weise arbeitenden
Antrieben an derselben Maschine eröffnet zudem weitere Möglichkeiten
der konstruktiven Vereinfachung und Lagerhaltung.
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Das
Verspannen zwischen den an dem Kreuzschlitten gelagerten Zahnrädern und
der Zahnstange kann gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erfolgen, dass sich die beiden
Zahnräder
eines Paares in Richtung der Zahnstange im Abstand voneinander befinden
und mit unterschiedlichen Zahnlücken
der Zahnstange im Eingriff stehen. Diese Anordnung führt zu einem
klaren Aufbau des Kreuzschlittens und des Schleifspindelstockes
und ermöglicht
einen Eingriff über
die gesamte Breite der Zahnstange.
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Hierbei
wird vorteilhaft jedes Zahnrad des Paares durch je einen elektrischen
Antriebsmotor angetrieben, wobei die Verspannung der Zahnräder gegen
die Zahnstange richtungsabhängig
durch die elektrische Steuerung der elektrischen Antriebsmotoren
erfolgt. Die Ausführung
erfolgt dabei derart, dass immer nur ein Antriebsmotor für die Positionierung maßgeblich
ist, wobei dieser, der sogenannte Hauptmotor, in die Steuerung einbezogen
ist. Über
die elektrische Steuerung ist es möglich, an einem der beiden
Antriebsmotoren ein zusätzliches
Drehmoment zu erzeugen, das zur Verspannung der Zahnstange zwischen
den Zahnrädern
führt.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird jedes der Zahnräder durch
eine eigene Motorgetriebeeinheit angetrieben, wobei in besonders
vorteilhafter Weise Winkelgetriebe gewählt werden können und
die Achse des elektrischen Antriebsmotors und die des Zahnrades
im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Der Einbau der Motorgetriebeeinheit
erfolgt dann mit lotrechter Achse des Zahnrades. Hierbei ergibt
sich eine kompakte Bauweise auf dem Kreuzschlitten. Das Winkelgetriebe
kann beispielsweise zusätzlich
als Planetengetriebe ausgebildet sein, in jedem Fall als Untersetzungsgetriebe
wirken, wodurch Antriebsleistung eingespart wird.
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Es
gibt jedoch nicht nur die bisher erläuterte Möglichkeit, die beiden Zahnräder des
Paares in Richtung der Zahnstange im Abstand voneinander anzuordnen.
Eine wahlweise gleichfalls mögliche Ausgestaltung
kann darin bestehen, dass die beiden angetriebenen Zahnräder des
Paares gleichachsig angeordnet sind, in dieselbe Zahnlücke der
Zahnstange eingreifen und in ihrer Drehrichtung hydraulisch, elektrisch
oder durch Federn gegeneinander verspannt sind.
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Die
an dem Maschinenbett vorhandene Zahnstange wird vorteilhaft aus
Einzelabschnitten zusammengesetzt und in einer Ausnehmung des Maschinenbettes
eingesetzt. Das eröffnet
die Möglichkeit
einer leichteren Montage. Die Einzelabschnitte der Zahnstange werden
einzeln mit Passstiften und mittels besonderer Lehren an dem Maschinenbett
befestigt und aneinandergefügt.
Dadurch ergibt sich eine Genauigkeit der Zahnflanken, die der einer durchgehenden
Zahnstange gleichwertig ist. Sogleich kann aber auch einfacher Ausbau
erfolgen, indem bei einem Austausch oder bei Reparaturarbeiten die
Einzelabschnitte einzeln aus der Maschine herausgenommen und ersetzt
werden. Bei einem Antrieb mit durchgehender Spindel muss dagegen für einen
unproblematischen Austausch neben der Maschine zumindest noch einmal
eine Kugelgewindespindellänge
als freier Raum zur Verfügung
stehen.
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Vorteilhaft
wird der Kreuzschlitten der erfindungsgemäßen Universal-Rund-/Unrundschleifmaschine
auf zwei Führungsschienen
an dem Maschinenbett abgestützt
und geführt,
die sich im Abstand voneinander befinden und zwischen denen die
Zahnstange für
den Verschiebeantrieb des Kreuzschlittens angeordnet ist. Auf diese
Weise wird eine massive Ausführung
des Maschinenbettes sowohl für den
Antrieb durch die Zahnstange als auch für die Führung des Kreuzschlittens in
Richtung der Z-Achse
mit hervorragender Steifigkeit auch in der X-Achse ausgenutzt.
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Am
stärksten
kommen die Möglichkeiten
der erfindungsgemäßen Schleifmaschine
zur Geltung, wenn gemäß einer
besonderen Ausgestaltung ein weiterer Kreuzschlitten vorgesehen
wird, dessen angetriebene Zahnräder
mit derselben an dem Maschinenbett vorhandenen Zahnstange in Eingriff
stehen. Da die baulichen Verhältnisse
für den
jeweiligen Verschiebeantrieb auf jedem Kreuzschlitten stets dieselben
sind, unabhängig
davon, an welcher Stelle der Maschine sich ein bestimmter Kreuzschlitten
gerade befindet, erfolgt das hochgenaue Positionieren stets in derselben
Weise, unabhängig
von dem jeweiligen Standort der Kreuzschlitten auf der Schleifmaschine. Infolge
der massiven Abstützung
von Zahnstange und Führungsschienen
an dem Maschinenbett ist es zudem ausgeschlossen, dass zwei gleichzeitig
arbeitende Schleifscheiben sich gegenseitig nachteilig beeinflussen,
selbst wenn ihre zugehörigen
Kreuzschlitten sich nahe benachbart an beliebigen Stellen des Maschinenbettes
befinden.
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Die
Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Schleifmaschine
wird weiter dadurch erhöht,
dass gemäß einer
zusätzlichen
wahlweise möglichen
Ausgestaltung zumindest einer der Schleifspindelstöcke auf
einem der Kreuzschlitten zusätzlich
um eine lotrechte Achse schwenkbar ist und mindestens zwei Schleifscheiben
trägt.
Es eröffnet
sich hierbei die Möglichkeit,
schnell zwischen unterschiedlichen Schleifaufgaben zu wechseln sowie
auch beispielsweise Plan- und/oder Kegelflächen des Werkstückes zu
bearbeiten.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind anhand der 1 bis 5 noch
näher erläutert. In
den Figuren ist das Folgende dargestellt:
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1 zeigt
das bekannte Prinzip einer Universal-Rund-/Unrundschleifmaschine.
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2 ist
ein Schnitt durch den Kreuzschlitten einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine
mit Einzelheiten seines Verschiebeantriebs.
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3 zeigt
von einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine
den vollständigen
Kreuzschlitten mit darauf befindlichem Schleifspindelstock in perspektivischer
Darstellung.
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4 erläutert Einzelheiten
des Verschiebeantriebs.
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5 enthält eine
Ansicht von oben auf die erfindungsgemäße Schleifmaschine in der Ausführung mit
zwei unabhängig
voneinander positionierbaren Kreuzschlitten.
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6 zeigt
schematisch einen Kreuzschlitten als Teilausschnitt von 5,
jedoch mit Zahnstangen-/Zahnrad-Antrieb auch für den Schleifspindelstock.
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1 zeigt
in einer Ansicht von oben das aus dem Stand der Technik bekannte
Prinzip einer Universal-Rund-/Unrundschleifmaschine. Auf einem Maschinenbett 1 befindet
sich ein Schleiftisch 2, der die Spann- und Antriebseinrichtung
für das
Werkstück
trägt.
In der vorliegenden Darstellung besteht die Spann- und Antriebseinrichtung
aus einem Werkstückspindelstock 3 mit
einer Spitze 4 und einem Reitstock 5 mit Spitze 6.
Zwischen den Spitzen 4 und 6 wird das Werkstück eingespannt
und durch den Antriebsmotor 7 des Werkstückspindelstocks 3 rotierend
angetrieben. Wenn ein Innenschleifen erfolgen soll, können Werkstückspindelstock 3 und
Reitstock 5 durch eine Spannvorrichtung ersetzt werden,
die das Werkstück
nur an einer Seite einspannt. Der Doppelpfeil 8 kennzeichnet
die Richtung der Z-Achse der Schleifmaschine, die in der Regel mit
der gemeinsamen Längsachse
der Spann- und Antriebsvorrichtung und damit auch mit der Längs- und
Rotationsachse des zu schleifenden Werkstücks übereinstimmt. Der Schleiftisch 2 kann
in Richtung der Z-Achse verfahrbar sein.
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In 1 ist
weiter der Schleifspindelstock 9 dargestellt, der eine
rotierende Schleifscheibe 10 trägt. Die Schleifscheibe 10 ist über einen
Riementrieb 11 durch einen Antriebsmotor 12 angetrieben. 1 lässt weiter
zwei senkrecht zueinander verlaufende Verschiebebahnen 15 und 16 erkennen.
Der Schleifspindelstock ist dadurch sowohl in Richtung des Doppelpfeils 13 (Z- Achse) als auch in
Richtung des Doppelpfeils 14 (X-Achse) linear verschiebbar.
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Beim
Längsschleifen
zylindrischer Werkstücke
dient die Bewegung des Schleifspindelstocks 9 in Richtung
der X-Achse, also längs
der ersten Verschiebebahn 15, der Zustellung, während der
Längsvorschub
durch Verschieben des Schleifspindelstocks 9 in Richtung
der Z-Achse, also längs
der zweiten Verschiebebahn 16, erfolgt. Durch die heute übliche CNC-Steuerung der Schleifmaschinen
werden die Bewegung des Schleifspindelstocks 9 in Richtung
der X-Achse und die Rotation der Werkstückspindel zeitgleich aufeinander
abgestimmt gesteuert, so dass auch unrunde Konturen, wie zum Beispiel
Nocken an Nockenwellen, mit großer
Genauigkeit und schnell geschliffen werden können.
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Beim
Schleifen von Werkstücken,
deren axiale Erstreckung im Verhältnis
zu ihren radialen Abmessungen groß ist, wie zum Beispiel Kurbel-
und Nockenwellen, ergibt sich zwangsläufig, dass zum Positionieren
der Schleifscheibe in der zweiten Vorschubachse, also der Z-Achse,
längere
Wege zurückzulegen
sind als zum Positionieren in der ersten Vorschubachse, also in
der X-Achse, vgl. hierzu auch 5. Hinzu
kommt noch, dass zum Zwecke einer wirtschaftlichen Fertigung mehrere
Schleifscheiben gleichzeitig und unabhängig voneinander verschiedene
Bereiche des Werkstücks
bearbeiten sollen. Diese gleichzeitig erfolgenden Schleifvorgänge sollen
sich gegenseitig nicht beeinflussen, also vor allem das Schleifergebnis
nicht verschlechtern. Zur Beseitigung der sich hieraus ergebenden
Probleme dient die Ausbildung des Kreuzschlittens 25 mit
dem besonderen Verschiebeantrieb an der erfindungsgemäßen Schleifmaschine.
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2 veranschaulicht,
wie der Verschiebeantrieb der erfindungsgemäßen Schleifmaschine zwischen
dem Kreuzschlitten 25 und dem Maschinenbett 20 wirksam
ist. Das Maschinenbett 20 der erfindungsgemäßen Schleifmaschine
ist mit zwei nach oben gerichteten Gleitkufen oder Führungsschienen 21 und 22 ausgestattet. Über besondere
Gleitbeläge 23, 24 dienen
die Führungsschienen 21, 22 dazu, den
Kreuzschlitten in Richtung der Z-Achse zu führen. 2 ist ein
Blick auf die Schleifmaschine in Richtung der Z- Achse, wobei der Kreuzschlitten 25 im
Schnitt dargestellt ist. Es ist erkennbar, dass über die Ausbildung der Gleitbeläge 23, 24,
die mit dem Kreuzschlitten 25 fest verbunden sind, die
erste Führungsschiene 21 in
Bezug auf die X-Achse
als Loslager dient, während
die zweite Führungsschiene 22 in dieser
Hinsicht ein Festlager ist. Im laufenden Betrieb bewegt sich somit
der Kreuzschlitten 25 senkrecht zur Zeichnungsebene und
dient zur Führung
des in 2 nicht dargestellten Schleifspindelstocks 39. Zum
Einhalten der genauen Position während
des Schleifvorganges auch in Richtung der X-Achse muss die zweite Führungsschiene 22 in
dieser Hinsicht als Festlager dienen. Der Kreuzschlitten trägt zwei
Motorgetriebeeinheiten 26, 26A, von denen in 2 nur
die eine Motorgetriebeeinheit 26 zu erkennen ist. Sie besteht
aus dem elektrischen Antriebsmotor 27, dem Winkelgetriebe 28 und
einem nach unten sich erstreckenden Teil, der mit einem Befestigungsflansch 30 in
einer Öffnung 29 des
Kreuzschlittens 25 befestigt ist. Aus dem unteren Ende
der Motorgetriebeeinheit 26 ragt ein Ritzel oder Zahnrad 31 heraus.
Das Winkelgetriebe 28 dient als Untersetzungsgetriebe.
Ersichtlich verläuft
die Achse 32 des Zahnrades 31 senkrecht zu der
Achse 36 des elektrischen Antriebsmotors 27. Im
zusammengebauten Zustand ragt das Zahnrad 31 in eine Ausnehmung 33 des
Maschinenbettes 20 hinein. Das Zahnrad 31 wirkt
dort mit der Zahnstange 34 zusammen. Die Zahnstange 34 ist
aus Einzelabschnitten zusammengesetzt, die mittels Befestigungsschrauben 35 in
der Ausnehmung des Maschinenbettes befestigt werden. Einzelheiten
der Befestigung sind aus der vergrößerten Einzelheit A zu erkennen.
Es ist erkennbar, dass die Zahnstange so an dem Maschinenbett befestigt ist,
dass deren Zähne 37 an
der freien Seite von oben nach unten verlaufen. Die Einzelabschnitte
werden mit Passstiften lagegenau in dem Maschinenbett fixiert. Das
Aneinandersetzen der Einzelabschnitte erfolgt durch besondere Lehren,
so dass eine größtmögliche Genauigkeit
der Zahnteilung auch bei großer
Maschinenlänge
gewährleistet
ist.
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3 zeigt
von der erfindungsgemäßen Schleifmaschine
den vollständigen
Kreuzschlitten 25 mit darauf befindlichem Schleifspindelstock 39 in
einer räumlichen
Darstellung schräg
von oben. In 3 sind von dem Kreuzschlitten 25 die
beiden Ausnehmungen mit den Gleitbelägen 23 und 24 zum Aufsetzen
auf die Führungsschienen 21, 22 des
Maschinenbettes 20 gut erkennbar. Von dem Maschinenbett
ist hier nur die Zahnstange 34 dargestellt. Neben der schon
in 2 dargestellten ersten Motorgetriebeeinheit 26 ist
hier auch die zweite Motorgetriebeeinheit 26A deutlich
dargestellt. Es wird verständlich,
dass beide Zahnräder 31, 31A der
Motorgetriebeeinheit 26, 26A in die Zahnstange 34 eingreifen
und bei ihrer Rotation ein Verschieben des Kreuzschlittens 25 in
Richtung des Doppelpfeils 38, also der Z-Achse bewirken.
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Der
Schleifspindelstock 39 ist in Richtung des Doppelpfeils 41,
also der X-Achse,
auf dem Kreuzschlitten 25 verschiebbar. Der Schleifspindelstock 39 trägt die Schleifscheibe 40.
-
Das
hochgenaue Positionieren des Schleifspindelstocks 39 in
Richtung der X-Achse
(Doppelpfeil 41) erfolgt hier durch eine Kugelgewindespindel 42,
die durch einen elektrischen Antriebsmotor 43 in Drehung
versetzt wird. Genauso gut könnte
der Schleifspindelstock 39 aber auch durch eine Doppelanordnung
von angetriebenen Zahnrädern
positioniert werden, die in eine weitere, auf dem Kreuzschlitten
angebrachte Zahnstange eingreifen (vgl. 6). Die
Führung
des Schleifspindelstocks in Richtung der X-Achse auf dem Kreuzschlitten 25 erfolgt
durch zwei hydrostatische berührungsfreie
Rundführungen 44 und 45.
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4 veranschaulicht,
wie die beiden Motorgetriebeeinheiten 26 und 26A mit
ihren Zahnrädern 31, 31A auf
die gemeinsame Zahnstange 34 einwirken. Die Darstellung
soll hierbei lediglich das Prinzip verdeutlichen. Die dargestellte
Tandem-Anordnung erfüllt
einen doppelten Zweck: Zum einen wird durch die beiden Motorgetriebeeinheiten 26, 26A ein
höheres
Drehmoment zum Antrieb des Kreuzschlittens 25 auf die Zahnstange
aufgebracht. Die beiden Motorgetriebeeinheiten 26, 26A werden
zudem mit ungleich großem
Drehmoment angetrieben, indem z.B. der ersten Motorgetriebeeinheit 26 ein
geringfügig größeres Drehmoment
erteilt wird als der zweiten Motorgetriebeeinheit 26A.
Dadurch kommt die Wirkung zustande, dass die Zahnstange 34 zwischen den
rotierenden Zahnrädern 31 und 31A eingespannt wird.
Es ergibt sich daher eine spielfreie Andruckwirkung an zumindest
zwei Zahnflanken der Zahnstange 34. In Verbindung mit der Schrägverzahnung
wird dadurch das angestrebte hochgenaue Positionieren erreicht.
Hinsichtlich der Positionierung ist stets nur eine der beiden Motorgetriebeeinheiten,
die sogenannte Haupteinheit maßgebend.
Nur deren Stellungsanzeige wird für den Steuervorgang ausgewertet.
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Zur
Steigerung der Genauigkeit kann die Funktion der Haupteinheit auch
mit der Bewegungsrichtung des Kreuzschlittens 25 auf dem
Maschinenbett 20 wechseln.
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Anstelle
der in 4 dargestellten Möglichkeit, die angetriebenen
Zahnräder 31 und 31A gegen die
Zahnstange 34 zu verspannen, ist auch eine zeichnerisch
nicht dargestellte Abwandlung möglich. Es
können
nämlich
die beiden Zahnräder
gleichachsig angeordnet werden, so dass ihre Zähne grundsätzlich in dieselbe Zahnlücke der
Zahnstange eingreifen. Die beiden nebeneinander angeordneten Zahnräder werden
in ihrer Drehrichtung hydraulisch, elektrisch oder durch Federn
gegeneinander verspannt. Auf diese Weise ist gleichfalls ein spielfreier Eingriff
der Zahnräder
mit Anlage an zwei Zahnflanken der Zahnstange erreichbar.
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In 5 ist
in einer Ansicht von oben eine erfindungsgemäße Schleifmaschine gezeigt,
bei der zwei Kreuzschlitten mit darauf befindlichen Schleifspindelstöcken auf
einem gemeinsamen Maschinenbett angeordnet sind. Das Maschinenbett
ist wieder mit 20 bezeichnet, während der Ort der Zahnstange 34 mit
einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Die beiden Kreuzschlitten
haben hier die Bezugszeichen 25 und 49. Auf dem
Kreuzschlitten 25 ist ein Schleifspindelstock 39 und
auf dem Kreuzschlitten 49 ein Schleifspindelstock 50 in
Richtung seiner jeweiligen X-Achse (Doppelpfeil X39 bzw.
Doppelpfeil X50) verfahrbar. Die Verfahrbarkeit
der Kreuzschlitten in Richtung der Z-Achse ist mit dem Doppelpfeil
Z25 bzw. Doppelpfeil Z49 angedeutet.
Die dargestellte Schleifmaschine weist einen Werkstückspindelstock 46 und einen
Reitstock 47 auf, zwischen denen eine Kurbelwelle 48 eingespannt
ist. Werkstückspindelstock 46 und
Reitstock 47 sind beide mit Drehantrieben versehen, wobei
die Drehachsen hervorgehoben sind. Die Schleifscheiben 40 bzw. 51 der
Schleifspindelstöcke 39 bzw. 50 befinden
sich in der dargestellten Situation etwa im Bereich des Werkstückspindelstocks 46 bzw.
des Reitstocks 47. Es wird erkennbar, dass beide Schleifscheiben 40, 51 über die
gesamte Länge der
eingespannten Kurbelwelle 48 verfahren werden können. Dadurch
können
unabhängig
voneinander unterschiedliche Schleifvorgänge an der eingespannten Kurbelwelle 48 gleichzeitig
vorgenommen werden.
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Da
die beiden Kreuzschlitten 25, 49 sicher und massiv
auf den Führungsschienen 21, 22 (in 5 nicht
sichtbar) geführt
und abgestützt
sind, ist es weitgehend ausgeschlossen, dass schädliche Vibrationen des einen
Schleifvorganges den anderen Schleifvorgang nachteilig beeinflussen.
Der von den Kreuzschlitten ausgehende Antrieb über die Zahnräder auf
die Zahnstange wirkt stets in derselben Weise, unabhängig von
der jeweiligen Stellung des Kreuzschlittens auf dem Maschinenbett.
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6 zeigt
einen Teilausschnitt aus 5, bei welchem eine Zahnstange 52 zum
Antrieb mittels weiterer Motorgetriebeeinheiten 53, 53A des
Schleifspindelstockes 39 in Richtung der X-Achse (Doppelpfeil
X39) gezeigt wird. Der bereits oben beschriebene Antrieb
des Kreuzschlittens 25 mittels Zahnstange und Zahnrad in
Richtung der Z-Achse ist durch den Doppelpfeil Z25 angedeutet.
Diese Ausführung
kann auch beim zweiten Kreuzschlitten 49 vorgesehen sein.
-
- 1
- Maschinenbett
- 2
- Schleiftisch
- 3
- Werkstückspindelstock
- 4
- Spitze
- 5
- Reitstock
- 6
- Spitze
- 7
- Antriebsmotor
- 8
- Doppelpfeil
(Z-Achse)
- 9
- Schleifspindelstock
- 10
- Schleifscheibe
- 11
- Riementrieb
- 12
- Antriebsmotor
- 13
- Doppelpfeil
(Z-Achse)
- 14
- Doppelpfeil
(X-Achse)
- 15
- erste
Verschiebebahn
- 16
- zweite
Verschiebebahn
- 20
- Maschinenbett
- 21
- erste
Führungsschiene
- 22
- zweite
Führungsschiene
- 23
- Gleitbelag
- 24
- Gleitbelag
- 25
- Kreuzschlitten
- 26
- erste
Motorgetriebeeinheit
- 26A
- zweite
Motorgetriebeeinheit
- 27
- elektrischer
Antriebsmotor
- 28
- Winkelgetriebe
- 29
- Öffnung
- 30
- Befestigungsflansch
- 31,
31A
- Zahnrad
- 32
- Achse
- 33
- Ausnehmung
- 34
- Zahnstange
- 35
- Befestigungsschraube
- 36
- Achse
- 37
- Zähne
- 38
- Doppelpfeil
(Z-Achse)
- 39
- Schleifspindelstock
- 40
- Schleifscheibe
- 41
- Doppelpfeil
(X-Achse)
- 42
- Kugelgewindespindel
- 43
- elektrischer
Antriebsmotor
- 44
- Rundführung
- 45
- Rundführung
- 46
- Werkstückspindelstock
- 47
- Reitstock
- 48
- Kurbelwelle
- 49
- Kreuzschlitten
- 50
- Schleifspindelstock
- 51
- Schleifscheibe
- 52
- Zahnstange
- 53,
53A
- Motorgetriebeeinheit
- X39
- Doppelpfeil
(X-Achse)
- X50
- Doppelpfeil
(X-Achse)
- Z25
- Doppelpfeil
(Z-Achse)
- Z49
- Doppelpfeil
(Z-Achse)