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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für zu bewegende Tische wie Schwenktische, die
um eine Schwenkachse bewegbar sind und zwar mittels eines Elektromotors.
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Eine
dahingehend bekannte Antriebsvorrichtung für Rundschalttische, ist beispielsweise
in der
EP 0 767 722
B1 offenbart. Um Rundlauffehler des Schalttisches bei dieser
bekannten Lösung
zu vermeiden, und um eine sichere Arretierung für einen spanenden Bearbeitungsschritt
mit einer zugeordneten Werkzeugmaschine zu ermöglichen, weist die bekannte
Lösung
eine erste Planverzahnung auf, die auf einem mit dem Rundschalttisch
verbundenen ersten Ringkörper
angeordnet ist. Ferner ist eine zweite Planverzahnung vorgesehen,
die auf einem mit einem feststehenden Ständer verbundenen zweiten Ringkörper angeordnet
ist, wobei eine auf einem axial verschiebbaren dritten Ringkörper angeordnete dritte
Planverzahnung mittels einer hydraulisch betätigbaren Hubvorrichtung und
einer Senkvorrichtung außer
Eingriff bzw. in Eingriff bringbar ist, mit den anderen ringförmigen Planverzahnungen.
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Als
eigentlicher Antrieb für
den bekannten Rundschalttisch dient ein konventioneller Elektromotor,
der über
ein Zwischengetriebe eine Schnecke 40 beidseitig antreibt,
die über
Lager im Ständer
als Gehäuse
endseitig drehbar gelagert ist, sowie ein Abtriebszahnkranz, der
koaxial zur Schwenkachse des Tisches angeordnet ist, um dergestalt
den Schwenk- oder Drehantrieb für
den Rundschalttisch als Schwenktisch zu ermöglichen. Die bekannte Lösung baut
klein auf und ist kostengünstig
in der Herstellung, sowie montage- und wartungsfreundlich im Betrieb.
Ferner ist in hohem Maße
die Funktionssicherheit bei der bekannten Lösung sichergestellt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde
unter Beibehalten der Vorteile der bekannten Lösung, diese dahingehend weiter
zu optimieren, dass noch weiterer Bauraum eingespart wird und dass
die Montage noch weiter vereinfacht ist bei gleichzeitig weiterer Senkung
der Herstell- und Wartungskosten. Eine dahingehende Aufgabe löst eine
Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in
seiner Gesamtheit.
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Die
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für zu bewegende
Tische wie Schwenktische, die um eine Schwenkachse bewegbar sind,
ist mit einem Zahnkranz versehen, der zumindest segmentweise und
konzentrisch zu dieser Schwenkachse angeordnet ist, und der genannte
Zahnkranz ist von einem innerhalb eines Gehäuses der Vorrichtung gelagerten Antriebsstrang
antreibbar, der hierfür
eine Außenverzahnung
aufweist und der ohne Zwischenschaltung eines Getriebes von einem
Elektromotor, insbesondere Torque-Motor antreibbar ist. Dahingehende Schwenktische,
die man auch als zweiachsige Kreisteiltische bezeichnet sind ideal
für komplexe
Bearbeitungen, sowohl auf Vertikal- als auch auf Horizontalwerkzeugmaschinen.
Mit dem erfindungsgemäßen Antriebskonzept
sind hohe Beschleunigungen möglich,
was insbesondere wichtig ist bei Laserbearbeitungen oder beim Auftragsschweißen von
Turbinenrädern,
wo eine konstante Geschwindig keit an jeder Stelle zwingend gewährleistet
sein muß.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
ist bei ihrer Anwendung jedoch nicht auf dahingehende Schwenktische
eingeschränkt,
sondern kann auch für
Rundschalttische wie im Stand der Technik aufgezeigt, sinnfällig eingesetzt
werden.
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Die
für die
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
vorgesehenen Elektromotoren in Form von Torque-Motoren, sind dem
Fachmann vorstellbar, als aufgewickelte Linearmotoren mit momentenstarker integrierter
Klemmung, und die hier zum Einsatz kommenden Torque-Motoren sind
vorzugsweise hochpolige, permanent erregte Synchronmotoren, die
vorzugsweise als Innenläufer
konzipierbar sind, wobei der Stator sich dann wie ein Zylinder um
den glockenförmigen
Rotor legt. Zwar greift dann die magnetische Schubkraft an einem
kleineren Radius an, als bei einem vergleichbaren Außenläufermotor,
wodurch das resultierende Drehmoment sich bei gleichem Bauvolumen
entsprechend verringert; allein läßt sich dergestalt bei dem
Innenläufer-Konzept eine
vereinfachte Außenkühlung im
Bereich des Stators erreichen, und des weiteren ist das Antriebskonzept
für den
eigentlichen Antriebsstrang des Zahnkranzes mit dem Schwenktisch
vereinfacht.
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Der
im Sinne der Erfindung eingesetzte Torque-Motor ist auch dadurch
charakterisiert, dass die einzelnen gewickelten Spulen in die Statorblechung
eingeschoben werden, wodurch eine hohe Packungsdichte mit entsprechend
hohen magnetischen Kräften
erzielbar ist. Der Betrieb dahingehender Motoren zeichnet sich durch
weichen Lauf ohne ein spürbares
Rastmoment aus. Da bis auf die notwendige Lagerung für den Antriebsstrang
keinerlei mechanische Reibung auftritt, sind Antriebsvorrichtungen nach
der vorliegenden Erfindung weitgehend wartungsfrei, was die Wartungskosten
senken hilft und die Lebensdauer der Maschine entsprechend erhöht.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
anhand eines Ausführungsbeispieles
nach der Zeichnung näher
erläutert.
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Dabei
zeigt in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die einzige
Figur in der Art einer Schnittdarstellung, die wesentlichen Teile
der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
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Die
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung dient
dem Bewegen von Tischen wie Schwenktischen, auch in Form von Rundschalttischen
wie beispielsweise in der
EP
0 767 722 B1 aufgezeigt. Da dahingehende Antriebskonzepte
hinreichend bekannt sind, wurde der einfacheren Darstellung wegen in
der Figur der anzutreibende Tisch weggelassen, und insoweit nur
seine Schwenkachse
10 gezeigt. Die dahingehende Schwenkachse
10 ist
mit einem Zahnkranz
12 verbunden, der segmentweise in der Art
eines 2/3 Teilkreis-Segmentes in konzentrischer Anordnung und radial
von der Schwenkachse
10 beabstandet, sich in Blickrichtung
auf die Figur gesehen im Ausgangszustand der Vorrichtung mit seinen
Zähnen
nach beiden Seiten hin, sich gleichermaßen erstreckt. Die dahingehende
Anordnung ist von einem Gehäuse
14 umfaßt, das
im Bereich der oberen Bildebene bogenförmig ausgestaltet und mit radialem Abstand
versehen der Umfangskontur des Zahnkranzes
12 nachfolgt,
wohingegen im unteren Bildbereich sich eine Rippenstruktur anschließt, die
zum einen der Gewichtsreduktion dient und zum andern das Aufständern der
Antriebsvorrichtung erleichtert.
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Unterhalb
des Zahnkranzes 12 wird das Gehäuse 14 von einem Antriebsstrang 16 durchgriffen, der
insoweit auch quer zur Schwenkachse 10 ver läuft, die
senkrecht auf der Bildebene der Figur steht. Der Antriebsstrang 16 weist
in etwa mittig eine als Ganzes mit 18 bezeichnete Außenverzahnung
auf, wobei die dahingehende Außenverzahnung 18 mit den
Zähnen
des Zahnkranzes 12 in der Art eines Schneckentriebes kämmt.
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Der über Lagerstellen 20, 22 axial
und radial gelagerte Antriebsstrang 16, durchgreift in
Blickrichtung auf die Figur gesehen auf der rechten Seite das Gehäuse 14,
und ist dergestalt drehfest mit einem Elektromotor in Form eines
Torque-Motores 24 verbunden. Der genannte Torque-Motor 24 ist
als Servomotor in der Art eines Innenläufers ausgebildet, bei dem
innerhalb des Stators 26 der Rotor 28 drehbar geführt ist.
Der Stator 26 ist außenumfangseitig
von einer Wasserkühlung 30 umfaßt, und
der Rotor 28 ist in der Art eines Topfes ausgebildet, dessen
Topfboden über
ein Spannelement 32 kraftschlüssig mit einer Abtriebswelle 34 verbunden
ist, die drehbar gelagert einen plattenförmigen Motorträger 36 durchgreift,
der den Elektromotor tragend an der Außenseite des Gehäuses 14 befestigt
ist.
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Die
dahingehende Abtriebswelle 34 kann der Anbindung an einen
Motordrehgeber (Motorkommutation) dienen (nicht dargestellt). Die
Abtriebswelle 34 ist weiter stirnseitig mit einer Antriebswelle 38 über eine
Wellenkupplung 40 kraftschlüssig verbunden, wobei zum Herstellen
der dahingehenden Verbindung die Abtriebswelle 34 stirnseitig
an die Antriebswelle 38 anstößt. Sowohl Abtriebswelle 34 als auch
Antriebswelle 38 sind Bestandteile des bereits genannten
Antriebsstranges 16. Die endseitig an der Antriebswelle 38 angreifenden
Lagerstellen 20, 22 bestehen aus Axial- und Radial-Lagerelementen,
die auf dem Gebiet dahingehender Antriebsvorrichtungen üblich sind,
so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird.
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Die
in Blickrichtung auf die Figur gesehen linke Lagerstelle 22 ist
in der Art einer Wellenlagerung mit Spielausgleich 42 ausgebildet,
um die Lagerung an die thermischen Gegebenheiten beim Betrieb der Vorrichtung
anpassen zu können.
Die Antriebswelle 38 selbst ist zweigeteilt, wobei unter
Bildung eines Spaltes 42 der eine rechte Teil der Antriebswelle 38 den
in Blickrichtung auf die Figur gesehen linken zapfenartigen Antriebswellenteil übergreift.
Der einfacheren Darstellung wegen ist die dahingehende Geometrie
einschließlich
des Spaltes 42 nur prinzipiell wiedergegeben. Die in der
Art einer Schneckenwelle ausgebildete Antriebswelle 38 weist
mithin zwei im Querschnitt gesehen trapezförmige Teilsegmente 44, 46 als
Bestandteil der Außenverzahnung 18 auf,
die beidseitig jeweils in trapezförmige Ausnehmungen 48 einmünden, um
dergestalt einen ungehinderten Ein- und Auslauf für den drehenden
Zahnkranz 12 zu gewährleisten.
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Des
weiteren weist der Antriebsstrang 16 an seinem dem Torque-Motor 24 gegenüberliegenden Ende
eine Sicherheitsbremse 48 auf, die als Energiespeicher über eine
Federeinrichtung (nicht dargestellt) verfügt, die von außen betätigt und/oder
beim Wegfall des Antriebsdrehmomentes am Torque-Servomotor 24 die Antriebswelle 38 stillsetzt,
auch wenn über
den Tisch und über
die mit ihm verbundene Schwenkachse 10 ein Gegendrehmoment
auf dem Zahnkranz 12 lastet, was insbesondere dann für den Fall
gilt, dass auf dem nicht näher
dargestellten Tisch schwere Werkstücke aufgespannt sind, und der Zahnkranz 12 aus
seiner Ausgangslage nach der Figur im oder entgegen dem Uhrzeigersinn
entsprechend mittels des Elektromotors 24 ausgelenkt worden
ist. Sich längs
des Außenumfanges
des Gehäuses 14 vorgesehene
Klemmzylinder 50 können
dabei mit zu einer Arretierung eingesetzt werden.
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Insgesamt
läßt sich
mit der dahingehenden Antriebsanordnung ein spielfreies Schneckengetriebe
erhalten, mit maximal übertragbaren
Drehmomenten in der Größenordnung
von 30 kNm, wobei bei einer Umdrehungszahl von 0 bis 5 Umdrehungen
pro Minute Wirkungsgrade von 0,4 bis 0,65 ohne weiteres erreichbar
sind. Der Torque-Servomotor 24 mit Wasserkühlung gibt
Drehmomente von 964 Nm und mehr ab, was an der Schwenkachse 10 zu
einem Schwenkmoment von 17.160 bis 27.880 Nm führt, bei wiederum einer Drehzahl
von 0 bis 5 Umdrehungen pro Minute.
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Bei
einer nicht näher
dargestellten Ausführungsform
einer Tischeinheit können
zwei, der in der Figur gezeigten Antriebsvorrichtungen in denselben Ebenen
einander gegenüberliegend
angeordnet sein und zwischen sich schwenkbar eine nicht näher dargestellte
Tischeinheit aufnehmen, die wiederum selbst schwenkbar oder mit
einem schwenkbaren Tischteil ausgestattet sein kann. Dergestalt
ist dann ein komplex aufgebauter Kreisteiltisch erhalten, mit dem
sich hohe Genauigkeiten bei der Bearbeitung erreichen lassen, was
beispielsweise notwendig ist bei Auftragsschweißvorgängen an Turbinenrädern oder dergleichen.
Anstelle des gezeigten Schneckenantriebes kann auch ein nicht näher dargestellter
Kegelradantrieb Verwendung finden, der über sehr gute Wirkungsgrade
verfügen
kann. Auch eine Ausgestaltung in Form eines Stirnradgetriebes wäre hier
möglich.