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Die
Erfindung betrifft eine Feststelleinrichtung für Werkstück-/Werkzeugträger nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Es
ist bekannt (
DE 1 770
456 U1 ), einen Rundtisch mittels einer Klemmeinrichtung
in der jeweiligen Lage rotatorisch festzuklemmen. Die Klemmeinrichtung
hat zwei Bremsscheiben, die auf einem drehstarren Teil in Form eines
ortsfesten Untergestelles befestigt sind und die mit Abstand einander
gegenüberliegen.
Zwischen den Klemmscheiben befinden sich Nutringmanschetten, zwischen
die ein Druckmedium eingebracht wird, wenn der Rundtisch geklemmt
werden soll. Die unter Druck stehenden Nutringmanschetten drücken die
Bremsscheiben fest gegen den Rundtisch, so daß dieser geklemmt wird. Der
Aufbau dieser Feststelleinrichtung ist aufwendig. Die feststehenden
und drehbaren Komponenten werden beim Klemmen zueinander zentriert.
Dies kann zum Beispiel am Rundtisch zu Positionierungsfehlern führen. Außerdem können mit
den Bremsscheiben keine hohen Klemmomente erzeugt werden.
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Es
ist auch bekannt (
EP
0 749 803 A1 ), an einer Werkstückspindel eine radial abstehende
Bremsscheibe zu befestigen, die mit über den Umfang der Bremsscheibe
verteilt angeordneten Kolben von Druckzylindern beaufschlagt werden
kann. Um eine möglichst
gleichmäßige Klemmung
zu erzielen, muß über den
Umfang der Bremsscheibe eine große Zahl von Druckzylindern
vorgesehen sein. Solche externen Aktoren sind allerdings kostenintensiv
und benötigen
viel Bauraum.
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Es
sind auch Feststelleinrichtungen bekannt (
JP 8-294835 A ), bei denen
der zu klemmende Teil zwischen zwei Ringnuten liegt. Sie können im Klemmfall mit
einem Hydraulikmedium elastisch aufgeweitet werden. Die Aufweitung
der Ringnuten ist mit hohen Materialbelastungen verbunden. Dadurch sind
nur geringe Verformungen und so nur ein geringer Klemmspalt möglich, der
wiederum eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit und die damit verbundenen
Kosten zur Folge hat.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Feststelleinrichtung
so auszubilden, daß mit
ihr in konstruktiv einfacher Weise bei geringem Bauraum hohe Klemmomente
erzielt werden können.
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Diese
Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Feststelleinrichtung
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Feststelleinrichtung
wird die Klemmeinrichtung durch eine einseitig beaufschlagbare Membran
betätigt.
Dadurch ist gewährleistet,
daß die
Klemmkräfte
nur axial wirken, so daß die
Klemmung keine zentrierende Wirkung auf die drehbaren Komponenten
hat. Die Feststelleinrichtung läßt sich
mit geringen Kosten fertigen und problemlos einbauen, insbesondere
in Rundlauftischen. Die Membran wird durch das in den Druckraum
eingebrachte Druckmedium elastisch verformt, wodurch die Klemmeinrichtung
zum Klemmen der Klemmscheibe betätigt
wird.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die
Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen
näher erläutert. Es
zeigen
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1 in
Draufsicht eine erfindungsgemäße Feststelleinrichtung,
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2 einen
Schnitt längs
der Linie A-A in 1,
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3 in
vergrößerter Darstellung
die linke Hälfte
der 2,
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4 in
schematischer Darstellung und im Schnitt eine mögliche Anwendungskonfiguration
einer erfindungsgemäßen Feststelleinrichtung,
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5 in
einer Darstellung entsprechend 4 eine weitere
mögliche
Anwendungskonfiguration einer erfindungsgemäßen Feststelleinrichtung,
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6 im
Schnitt einen Maschinenschlitten bzw. ein Maschinengestell mit einem
Schwenkkopf und einer erfindungsgemäßen Feststelleinrichtung.
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Mit
der Feststelleinrichtung können
drehbar gelagerte Teile einer Maschine schaltbar rotatorisch fixiert
werden. Die Feststelleinrichtung hat eine Grundplatte 1,
die drehstarr gelagert ist und die im Ausführungsbeispiel quadratischen
Umriß (1) hat.
Die Grundplatte 1 kann selbstverständlich jeden anderen geeigneten
Umriß haben.
Die Grundplatte 1 hat einen erhöhten Rand 2, der zylindrisch
verläuft und
auf dem ein Ring 3 mit Schrauben 4 befestigt ist. Sie
sind über
den Umfang des Ringes 3 gleichmäßig verteilt angeordnet (1).
Der Ring 3 liegt mit seinem zylindrischen Außenmantel 5 an
einer zylindrischen Innenwand 6 des vorstehenden Ringes 3 an und
ist durch eine Ringdichtung 7 abgedichtet.
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Der
Ring 3 hat eine innen liegende Kegelfläche 8, der eine entsprechende
Kegelfläche 9 eines Werkstückträgers 10 mit
einem geringen Spalt gegenüberliegt.
Der Werkstückträger 10 ist
um die vertikale Achse 11 drehbar und in unterschiedlichen Drehlagen
in noch zu beschreibender Weise klemmbar. Der Werkstückträger 10 übergreift
mit einem radial äußeren Rand 12 den
Ring 3 im Anschluß an
die Kegelfläche 8 teilweise
oder ganz.
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Der
Ring 3 ist an seiner Unterseite mit einer nach unten und
innen offenen Ausnehmung 13 versehen, in der ein oberer
Klemmring 14 untergebracht ist. Er liegt vollständig innerhalb
der Ausnehmung 13 des Ringes 3. In der Aus nehmung 13 ist
außerdem ein
unterer Klemmring 15 angeordnet. Die beiden Klemmringe 14, 15 sind
auf beiden Seiten einer Rotor- bzw. Klemmscheibe 18 befestigt.
Dem unteren Klemmring 15 liegt unter Bildung eines Klemmspaltes
eine scheibenförmige
Membran 16 gegenüber. Sie
ist zwischen der ebenen Oberseite 17 der Platte 1 und
der Unterseite des Ringes 3 eingespannt. Die Schrauben 4 durchsetzen
die Membran 16, so daß sie
nicht nur klemmend, sondern auch formschlüssig zwischen der Grundplatte 1 und
dem Ring 3 gelagert ist.
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Die
Rotorscheibe 18 ist drehfest mit dem Werkstückträger 10 verbunden.
Wie 3 zeigt, hat der Werkstückträger 10 an seiner Unterseite
eine radial nach außen
und unten offene Ausnehmung 19, in der eine Lagerscheibe 20 liegt.
Mit ihr wird der radial innere Randbereich der Rotorscheibe 18 axial
gegen den ebenen Boden 21 der Ausnehmung 19 gedrückt. Die
Lagerscheibe 20 stützt
sich auf einem koaxial zur Drehachse 11 liegenden Ring 22 eines
Wälzlagerringes 23 ab.
Der Ring 22 und der Wälzlagerring 23 sind einstückig miteinander
ausgebildet. Der Wälzlagerring 23 ist
mit über
den Umfang verteilt angeordneten Schrauben 24, die den
Ring 22 durchsetzen, mit dem Werkstückträger 10 fest verbunden.
Die Schrauben 24 durchsetzen auch die Lagerscheibe 20 nahe
benachbart zur radial inneren Zylinderwand 25 der Ausnehmung 19.
Der Ring 22 des Wälzlagerringes 23 liegt
an der zylindrischen Wand 25 der Ausnehmung 19 flächig an.
Die Lagerscheibe 20 liegt unter Zwischenlage von Wälzlagerkörpern 26 an
einem scheibenförmigen
Wälzlagerring 27 an,
der seinerseits unter Zwischenlage von Wälzlagerkörpern 28 auf dem Wälzlagerring 23 aufliegt.
Am radial äußeren Randbereich
liegt der Wälzlagerring 27 auf
einer horizontalen Schulterfläche 29 der
Grundplatte 1 auf und ist mit Schrauben 30 auf
der Grundplatte 1 befestigt. Die Schrauben 30 sind über den
Umfang des Wälzlagerringes 27 verteilt
angeordnet und durch Axialbohrungen 31 im Werkstückträger 10 und
in der Rotorscheibe 18 zugänglich. Der Schraubenkopf liegt
unterhalb der Rotorscheibe 18. Der Wälzlagerring 27, der
drehstarr gelagert ist, liegt mit seiner äußeren Mantelfläche an einer
koaxial zur Drehachse 11 liegenden Zylin derwand 32 der
Grundplatte 1 an, die senkrecht an die Oberseite 17 der
Grundplatte 1 anschließt.
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Mit
den Schrauben 30 wird ein Haltering 33 befestigt,
der auf dem Wälzlagerring 27 aufliegt
und mit einem radial nach außen
vorstehenden Ringflansch 34 den radial inneren Rand der
Membran 16 übergreift.
Dieser Rand wird durch den Flansch 34 gegen die Oberseite 17 der
Grundplatte 1 niedergehalten.
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Unterhalb
der Membran 16 ist in der Oberseite 17 der Grundplatte 1 eine
koaxial zur Drehachse 11 liegende Ringnut 35 vorgesehen,
in die wenigstens eine Zuführbohrung 36 für Hydraulikmedium mündet. Die
Zuführbohrung 36 ist
zur Außenseite
der Grundplatte 1 geführt
und dort mit einem Anschluß 37 versehen.
Zwischen der Membran 16 und der Oberseite 17 der
Grundplatte 1 liegen ein innerer und ein äußerer Dichtring 38, 39 in
Ringnuten 41, 42, die jeweils radialen Abstand
von der Ringnut 35 haben und koaxial zur Drehachse 11 des
Werkstückträgers 10 liegen.
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Zwischen
dem drehstarren Wälzlagerring 27 und
dem drehbaren Wälzlagerring 23 befinden
sich weitere Wälzlagerkörper 40,
die koaxial zur Drehachse 11 angeordnet sind.
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Die
Membran 16, die vorteilhaft aus Federstahl besteht, deckt
den Ringraum 35 nach oben ab. Solange das Hydraulikmedium
in der Ringnut 35 nicht unter Druck steht, behält die Membran 16 ihre ebene
Form bei. Der obere Klemmring 14 hat in dieser Lage der
Membran 16 einen geringen Abstand (Klemmspalt) vom Ring 3.
Ebenso hat der untere Klemmring 15 in dieser Lage der Membran 16 einen geringen
Abstand (Klemmspalt) von der Membran 16. Dadurch ist es
möglich,
daß der
Werkstückträger 10 in
gewünschtem
Maße um
die Achse 11 gedreht werden kann. Die über die Schrauben 24 drehfest
mit dem Werkstückträger 10 verbundene
Rotorscheibe 18 kann mit den beiden Klemmringen 14, 15 drehen. Sobald
die gewünschte
Winkelstellung des Werkstückträgers 10 erreicht
ist, wird das Hydraulikmedium in der Ringnut 35 unter Druck
gesetzt, wodurch die Membran 16 axial ausgelenkt wird.
Dabei überwindet
die Membran 16 einen Klemmspalt und drückt dann axial über den
Klemmring 15 gegen die Rotorscheibe 18, die mit
dem drehbaren Werkstückträger 10 fest
verbunden ist. Dadurch wird die Rotorscheibe 18 gemeinsam
mit der Membran 16 axial weiter ausgelenkt, bis sie mit
dem Klemmring 14 auf den Ring 3 trifft, der fest
mit der Grundplatte 1 verbunden ist. Durch die Flächenpressungen
an den im Kraftfluß seriell
geschalteten Kontaktflächen
zwischen der Membran 16 und dem Klemmring 15 bzw.
zwischen dem Klemmring 14 und dem Ring 3 können mit
einem geeigneten Haftreibungskoeffizienten sehr hohe Klemmomente
erzielt werden. Die Kontaktflächen
können gegebenenfalls
beschichtet sein, um die Reibwerte und die Verschleißbeständigkeit
zu erhöhen.
Die Klemmkräfte
wirken rein axial, d. h. die Klemmung hat keine zentrierende Wirkung
auf die drehbaren Komponenten 10, 18, 20, 22.
Die Feststelleinrichtung läßt sich
mit geringen Kosten fertigen. Da mit der Feststelleinrichtung sehr
hohe Klemmomente erreicht werden können, ist auch eine hohe Prozeßsicherheit
gewährleistet.
Die Klemmomente können, auch
mit mehrfacher Sicherheit, so hoch sein, daß selbst formschlüssige Fixierungen,
beispielsweise über
axiale Verzahnungen, ersetzt werden können. Da die Kontaktflächen verhältnismäßig groß sind,
ergeben sich auch hohe Dämpfungswerte,
mit denen Schwingungen gut abgebaut werden können. Die Feststelleinrichtung
zeichnet sich durch einen geringen Platzbedarf aus, so daß sie auch
in kritischen Umgebungen verwendet werden kann. Das beschriebene
Klemmprinzip kann nicht nur bei Rundlauftischen, sondern auch zur
Klemmung von sogenannten A-Achsen oder zur Fixierung von sogenannten
C-Achsen eingesetzt werden. Allgemein kann das Klemmprinzip bei
NC-Rundachsen verwendet werden.
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Mittels
der hydraulischen Druckbeaufschlagung der Membran 16 kann
der Werkstückträger 10 einfach
in der erforderlichen Winkelstellung festgeklemmt und nach Druckentlastung
auch wieder für das
Drehen freigegeben werden. Die beschriebenen Wälzlager ermöglichen ein zuverlässiges Drehen
des Werkstückträgers 10 mit
der Rotorscheibe 18, der Lagerscheibe 20 und dem
Wälzlagerring 23.
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4 zeigt
ein Beispiel für
die Klemmung der A-Schwenkachse. Hierzu ist die Feststelleinrichtung 59 auf
einem Maschinengestell bzw. Maschinenschlitten 43 angeordnet.
Die drehfeste, starre Komponente der Feststelleinrichtung ist mit 44 bezeichnet.
Sie ist auf dem Maschinengestell/schlitten 43 montiert.
Die rotatorisch klemmbare Komponente der Feststelleinrichtung 59 ist
mit 45 gekennzeichnet. Die Komponenten 44, 45 sind
gleich ausgebildet wie bei der Ausführungsform nach den 1 bis 3. Da
die A-Schwenkachse horizontal liegt, sind die Komponenten 44, 45 im
Vergleich zur vorigen Ausführungsform
um 90° verdreht
angeordnet.
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An
der gegenüberliegenden
Seite befindet sich eine weitere Feststelleinrichtung 60 mit
der feststehenden Komponente 46 und der rotatorischen Komponente 47.
Diese Feststelleinrichtung 60 ist spiegelsymmetrisch zur
gegenüberliegenden
Feststelleinrichtung 59 angeordnet.
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Die
rotatorischen Komponenten 45, 47 sind drehfest
mit einem Schwenkarm 48 verbunden, der um die A-Schwenkachse
drehbar gelagert ist.
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In 4 sind
die Komponenten 44, 45; 46, 47 der
Feststelleinrichtungen 59, 60 nur schematisch dargestellt.
Sie haben entsprechend dem Ausführungsbeispiel
nach den 1 bis 3 die Rotorscheibe 18,
die in der beschriebenen Weise durch axiales Auslenken der Membran 16 festgeklemmt wird.
Somit kann der Schwenkarm 48 in jeder Drehlage mit einem
hohen Klemmoment festgesetzt werden.
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Auf
dem Schwenkarm 48 befindet sich eine weitere Feststelleinrichtung 61 mit
der feststehenden Komponente 49 und der rotatorischen Komponente 50.
Die feststehende Komponente 49 ist auf dem Schwenkarm 48 befestigt,
während
die rotatorische Komponente 50 drehfest mit dem Werkstückträger 10 verbunden
ist. Auf ihm ist ein Werkstück 51 in
bekannter Weise festgespannt. Die Feststelleinrichtung 61 ist
gleich ausgebildet wie die Feststelleinrichtung gemäß den 1 bis 3.
An der rotatorischen Komponente 50 ist wiederum die Rotorscheibe 18 befestigt,
die in der beschriebenen Weise mittels der axial auslenkbaren Membran 16 festgeklemmt
werden kann. Mittels der rotatorischen Komponente 50 wird
der Werkstückträger 10 um
die B-Achse gedreht, die senkrecht zur A-Achse liegt. Mit den Feststelleinrichtungen 59 bis 61 ist
somit eine Klemmung sowohl der A-Achse als auch der B-Achse möglich.
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5 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der die Klemmung lediglich bezüglich der A-Achse erfolgt.
Im Unterschied zur Ausführungsform
nach 4 fehlt somit die Feststelleinrichtung 61.
Der Schwenkarm 48 ist wie bei der vorigen Ausführungsform
an den rotatorischen Komponenten 45 und 47 der
Feststelleinrichtungen 59, 50 befestigt. Der Werkstückträger 10 ist
unmittelbar auf dem Schwenkarm 48 befestigt. Mit den beiden
Feststelleinrichtungen 59, 60 läßt sich
der Schwenkarm 48 einwandfrei bezüglich der A-Schwenkachse mit
hohem Klemmoment klemmen.
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Bei
den Ausführungsformen
nach den 4 und 5 ist es
grundsätzlich
auch möglich,
den Schwenkarm 48 nur mit einer Feststelleinrichtung 59 oder 60 festzuklemmen.
An der jeweils anderen Seite ist dann der Schwenkarm 48 über ein
Drehstück wälzgelagert.
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6 schließlich zeigt
die Möglichkeit
der Klemmung um die C-Achse am Beispiel eines Schwenkkopfes 52.
Er ist an einem Maschinenschlitten/gestell 53 schwenkbar
gelagert. Er hat eine unter 45° liegende
Montagefläche 54,
auf der die drehstarre Komponente 55 der Feststelleinrichtung
befestigt ist. Sie weist ferner die rotatorische Komponente 56 auf,
die, wie anhand der 1 bis 3 beschrieben ist,
gegenüber
der drehstarren Komponente 55 festgeklemmt werden kann.
An der rotatorischen Komponente 56 ist die Rotorscheibe 18 befestigt,
die mittels der hydraulisch beaufschlagten Membran 16 in der
beschriebenen Weise festgeklemmt wird. Da die C-Achse unter 45° zur Horizontalen
geneigt liegt, erstreckt sich auch die Rotorscheibe 18 und
die Membran 16 unter 45° zur
Horizontalen. Die rotatorische Komponente 56 ist mit dem
Schwenkkopf 52 fest verbunden, der mittels der rotatorischen Komponente 56 festgeklemmt
werden kann. Der Schwenkkopf 52 hat eine Werkzeugaufnahme 57 für ein Werkzeug 58. Die
Achse der Werkzeugaufnahme 57 liegt unter 45° zur Drehachse
C. Wird daher der Schwenkkopf 52 um die C-Achse gedreht,
gelangt die Werkzeugaufnahme 57 mit dem Werkzeug 58 aus
der dargestellten Vertikallage in eine Horizontallage.