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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer wenigstens zwei relativ zueinander verstellbaren Klemmelementen umfassenden Klemmvorrichtungen zum Verklemmen einer Verstelleinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Bislang wird beispielsweise bei direkt angetriebenen Systemen zur Feststellung von linearen und/oder rotatorischen Achsen in Werkzeugmaschinen Klemmungen eingesetzt, die meist aus einem passiven Element wie beispielsweise einer Bremsscheibe und einem aktiven Element wie z. B. einem hydraulischen Druckring bestehen.
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Einerseits werden diese Klemmungen genutzt, um durch Klemmung der stillstehenden Achse höhere Bearbeitungskräfte zu ermöglichen. Andererseits soll auch häufig die Funktion der Notfallklemmung erfüllt werden. Dies bedeutet unter anderem, dass die Achse bei Stromausfall und dem daraus resultierenden Abschalten der Antriebe aus der Bewegung heraus zuerst gebremst und anschließend sicher geklemmt werden muss. Bei Berührung der Klemmelemente entsteht Verschleiß.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einer herkömmlichen Klemmung, vor allem bei Stahl-Stahl- oder Stahl-Guss-Paarung der Reibpartner, es sehr schnell zu sehr starker Reibkorrosion in der Klemmung, dem sogenannten „Fressen”, kommt. Dies führt meist zu einem Festsitzen der Achse. Die Klemmung muss dann ausgetauscht werden.
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Darüber hinaus sind bereits Klemmscheiben aus Bronze oder aufgeklebten Reibbelägen aus der Bremstechnik im Einsatz, die dem ”Fressen” entgegenwirken sollen. Häufig sind auch reibungserhöhende Schichten im Einsatz, die meist nur wenige Mikrometer Dicke aufweisen, z. B. aus Siliziumcarbid oder dergleichen.
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Der Nachteil der Bronzescheiben ist bei großen Durchmessern vor allem der sehr hohe Preis. Die Dicke dieser Bronzescheiben muss wegen der notwendigen Genauigkeit mindestens zweimal so groß sein, als die von Stahl.
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Kunststoffbeschichtungen (vgl.
DE 25 30 132 C2 ) oder aufgeklebte Reibbeläge sind ebenfalls (aufgrund der hohen Anforderung beim Verkleben) nicht günstig. Zudem besteht hier das Problem, dass aufgrund der Konsistenz des Materials der Reibbeläge die notwendige hochgenaue Bearbeitung sehr aufwendig zu realisieren ist. Eine weitere Schwierigkeit besteht hierbei, dass das Material zum Quellen neigt, wenn dies mit Flüssigkeit, insbesondere der Kühlschmierflüssigkeit in Berührung kommt. Zudem ist eine Dicke unter 3 mm bei derartig aufgeklebten Reibbelägen nicht verarbeitbar. Darüber hinaus kann der eingesetzte Klebstoff unter anderem während dem Einsatz ebenfalls zu Problemen führen.
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Aus der
DE 25 33 186 A1 ist zudem eine Klemmvorrichtung bei einer Gleitführung einer Beugungsgitterliniermaschine und aus der
DE 100 29 967 A1 ist eine Vorrichtung zur Bearbeitung von optischen Werkstücken mit einer an einem Reibbelag aufweisenden Klemmvorrichtung bekannt.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es dem gegenüber, eine Werkzeugmaschine mit einer wenigstens zwei relativ zueinander verstellbaren Klemmelementen umfassenden Klemmvorrichtung zum Verklemmen einer Verstelleinheit, wobei das erste Klemmelement wenigstens einen Reibbelag mit einer ersten Klemmfläche zum Erzeugen eines Reibschlusses mit einer zweiten Klemmfläche des zweiten Klemmelementes aufweist, vorzuschlagen, wobei wirkungsvoll die Reibkorrosion der beiden Klemmelemente miteinander vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Werkzeugmaschine der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine dadurch aus, dass der Reibbelag als reibungsmindernder Belag ausgebildet ist, wobei der Reibkoeffizient des Reibbelages kleiner als der Reibkoeffizient von Stahl ist. Dies bedeutet eine Abkehr von der eingeschlagenen Entwicklungsrichtung, den Reibkoeffizienten der Reibbeläge immer weiter zu erhöhen.
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Zudem umfasst der reibungsmindernde Belag gemäß der Erfindung wenigstens Elastomerpartikel. Beispielsweise wird eine Kombination entsprechender Elastomerpartikel mit Teflon verwirklicht, was sich als vorteilhaft in der Praxis herausgestellt hat. Beispielsweise sind die Elastomerpartikel als gemahlene Gummipartikel ausgebildet. Entsprechende gemahlene Gummipartikel weisen vorzugsweise eine Größe im Mikrometerbereich auf. Hierdurch wird es möglich, dass auf bereits handelsübliche Produkte zurückgegriffen werden kann. Beispielsweise sind im Handel bereits Kunststoff-Teflon-Produkte mit gemahlenen Gummipartikeln gebräuchlich, die bislang jedoch für Gleitzwecke und nicht für Klemmzwecke eingesetzt wurden.
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Darüber hinaus scheint auf den ersten Blick die Erfindung sogar im Wiederspruch zum Fixieren bzw. Verklemmen der Verstelleinheit zu stehen, da allgemein bekannt ist, dass reibungsmindernde Oberflächen einem Festhalten bzw. Fixieren prinzipbedingt entgegenstehen. Das Festhalten bzw. Fixieren ist jedoch gerade Sinn und Aufgabe der Klemmeinheit bzw. der Klemmelemente.
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In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass gerade mit diesem Ansatz bzw. mit dem als reibungsmindernden Belag ausgebildeten Reibbelag gemäß der Erfindung eine Reibkorrosion der beiden Klemmelemente miteinander bzw. ein „Fressen” wirkungsvoll verhindert wird.
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Zum Ausgleich der kleinen Reibkoeffizienten wird die Klemmkraft in vorteilhafter Weise erhöht. Beispielsweise wird eine hydraulische Kraft bzw. Druck z. B. bei Verwendung eines hydraulischen Druckringes vorteilhaft erhöht, so dass die Klemmkraft entsprechend groß ausgebildet ist und das Festhalten der Verstelleinheit gewährleistet.
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Gemäß der Erfindung kommen die besonders guten Gleiteigenschaften des reibungsmindernden Belages in der Phase vor dem Stillstehen bzw. Festhalten, in der sich die beiden Klemmelemente bereits berühren und noch relativ zueinander verstellt werden, ganz besonders zum Tragen.
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Darüber hinaus ist bei einem reibungsmindernden Belag mit besonders geringem Reibkoeffizient von Vorteil, dass im Unterschied zum Stand der Technik, beispielsweise durch Einwirkung von Kühlschmiermitteln bzw. Schmiermitteln, wie Schmieröl oder dergleichen, der Abfall des bereits geringen Reibkoeffizienten vergleichsweise gering ist. In Untersuchungen wurde beispielsweise festgestellt, dass der Abfall des Reibkoeffizienten bei öligen Reibflächen weniger als 15% beträgt.
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Grundsätzlich ist ein derart geringer prozentualer Abfall des Reibkoeffizienten bei entsprechender Verschmutzung und hiermit einhergehender Verringerung der Klemmfähigkeit der Klemmvorrichtung von geringer bzw. keiner Bedeutung. Derartige Verschmutzung können in der Praxis im Allgemeinen nicht völlig vermieden werden.
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Zudem wird es gemäß der Erfindung möglich, dass der Reibbelag bzw. die Klemmelemente keinem Verschleiß bzw. Abrieb unterliegen, was wiederum zu konstanten Reibverhältnissen und somit zu einem konstanten Reibmoment führt.
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Weiterhin konnte festgestellt werden, dass eine sehr hohe Standfestigkeit auch unter Bewegung bei relativ hoher Flächenpressung gemäß der Erfindung vorhanden ist.
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Durch die Verringerung bzw. völlige Vermeidung von Reibkorrosion bzw. des „Fressens” wird darüber hinaus auch eine Senkung der Gewährleistungskosten erreicht, was die Wirtschaftlichkeit einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine Durch die Verringerung bzw. völlige Vermeidung von Reibkorrosion bzw. des „Fressens” wird darüber hinaus auch eine Senkung der Gewährleistungskosten erreicht, was die Wirtschaftlichkeit einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine deutlich verbessert.
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Vorzugsweise umfasst der reibungsmindernde Belag wenigstens Teflon. Es hat sich gezeigt, dass Teflon als reibungsminderndes Belagmaterial von Vorteil ist. Darüber hinaus wird auch durch die Antihafteigenschaften von Teflon einer Verschmutzung der Reibfläche entgegengewirkt.
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In vorteilhaften Varianten der Erfindung ist die Dicke des reibungsmindernden Belags kleiner als 1 mm oder kleiner als 0,5 mm oder vorzugsweise kleiner als 0,2 mm. Zum Beispiel werden vergleichsweise dünne Schichten von 0,1 bis 0,2 mm auf das Klemmelement als Reibbelag aufgebracht, womit besonders geringe Bauraumanforderungen an die Umsetzung der Erfindung gestellt werden.
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Vorteilhafterweise ist der reibungsmindernde Belag als aufgespritzter Spritzbelag ausgebildet. Hierdurch entfällt in vorteilhafter Weise eine aufwendige Verklebung oder sonstige Fixierung des Reibbelages auf dem Klemmelement. Hiermit wird der Montageaufwand zur Realisierung der Erfindung deutlich reduziert. Beispielsweise erfolgt das Aufspritzen mittels handelsüblicher Spritzpistolen bzw. Sprühdüsen, so dass ein vergleichsweise gleichmäßig dicker Reibbelag gemäß der Erfindung herstellbar ist.
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Durch das Beschichten mittels Spritzverfahren kann nahezu jedes beliebige Bauteil bzw. jede beliebige Form gemäß der Erfindung hergestellt werden.
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Durch den Wegfall von Klebstoff als Fixiermittel entfällt die entsprechende Problematik des Verklebens, was beim Stand der Technik immer wieder zu einer Beeinträchtigung bzw. zum teilweise Lösen des Reibbelages geführt hat.
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Generell wird unter anderem durch die Verwendung teflonhaltiger reibungsmindernder Beläge erreicht, dass diese unter Einfluss einer Flüssigkeit, insbesondere von Kühlschmierflüssigkeit nicht quellen, so dass einerseits keine Langzeitveränderungen der Bremsspalte bzw. des Abstandes zwischen den Klemmelementen entsteht. Andererseits werden im Vergleich zum Stand der Technik engere Spalten bzw. Abstände zwischen den Klemmelementen möglich, wodurch eine Erhöhung des Klemmmomentes in vorteilhafter Weise erfolgen kann.
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Weiterhin wird aufgrund der Unempfindlichkeit gegenüber Flüssigkeitseinwirkung es gemäß der Erfindung nicht mehr unbedingt notwendig, wie dies beim Stand der Technik zwingen zu erfolgen hat, die Klemmvorrichtung weitestgehend bzw. zu 100% abzudichten.
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Vorzugsweise ist die Verstelleinheit als eine um eine Drehachse drehbare Dreheinheit wie z. B. eine Werkzeugmaschinenspindel und/oder ein Drehtisch und/oder ein Mehrachsendrehkopf ausgebildet. Bevorzugt umfasst die Verstelleinheit wenigstens einen direkt angetriebenen Motor bzw. Torque-Motor. Es hat sich gezeigt, dass vor allem bei entsprechend drehbaren Dreheinheiten, insbesondere mit direkt angetriebenen Systemen, eine Klemmvorrichtung gemäß der Erfindung von ganz besonderem Vorteil ist. Die Erfindung kann jedoch grundsätzlich auch bei linearen Antriebsystemen bzw. indirekt angetriebene System eingesetzt werden.
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Generell weist die Verstelleinheit relativ zueinander verstellbare Komponenten auf, die mittels der Klemmvorrichtung in bestimmten Situationen bzw. Klemmphasen gemäß der Erfindung zu verklemmen bzw. festzuhalten bzw. zu fixieren sind.
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Ausführungsbeispiel
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigt:
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1 einen schematischen Schnitt im Ausschnitt durch einen Drehtisch mit einer Klemmvorrichtung gemäß der Erfindung und
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2 mehrere schematische Varianten von Klemmvorrichtungen gemäß der Erfindung.
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In 1 ist schematisch ein Ausschnitt eines Drehtisches 1 als Verstelleinheit 1 dargestellt, der um eine Drehachse 2 drehbar ist. Auf dem Drehtisch 1 sind Ausnehmungen 3 vorhanden, mit Hilfe derer z. B. ein nicht näher dargestelltes Werkstück auf dem Drehtisch 1 fixierbar ist.
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Eine Klemmvorrichtung 4 gemäß der Erfindung umfasst einen als aktives Element ausgebildeten Hydraulikring 5. Dieser ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an den nicht drehbaren Komponenten des Drehtisches 1 angeordnet bzw. fixiert.
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Darüber hinaus umfasst die Klemmvorrichtung 4 gemäß der Erfindung eine mit den drehbaren bzw. rotierenden Komponenten des Drehtisches 1 verbundene Bremsscheibe 6 als passives Element. Gemäß der Erfindung ist die Bremsscheibe 6 mit einem reibungsmindernden Belag beschichtet.
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Da der reibungsmindernde Belag gemäß der Erfindung eine Schichtdicke von z. B. etwa 0,1 bis 0,2 mm aufweist, ist dieser aus darstellerischen Gründen in den Figuren nicht abgebildet.
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Der Hydraulikring 5 weist eine Klemmfläche 7 auf, die etwa 6/100 bis 8/100 mm von einer Klemmfläche 8 der Bremsscheibe 6 bzw. deren erfindungsgemäßen Beschichtung beabstandet ist. Hierdurch entsteht ein entsprechender Spalt zwischen den Klemmflächen im gelösten Zustand der Klemmvorrichtung 4.
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Die Klemmung erfolgt im dargestellten Beispiel dadurch, dass eine Hydraulikflüssigkeit, die zwischen dem U-förmigen Teil des Hydraulikringes 5 und einem Dichtring 9 ist, mit Druck beaufschlagt wird, so dass sich der freie Schenkel des U-förmigen Teils des Hydraulikringes 5 in Richtung auf die Bremsscheibe 6 bzw. Klemmfläche 8 bewegt bzw. verstellt. Hierdurch wird der vorhandene Spalt beseitigt und zudem wird der freie Schenkel des Hydraulikringes 5 gegen die Bremsscheibe 6 bzw. Klemmfläche 8 gepresst.
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In 2a) bis c) sind verschiedene Varianten entsprechender Klemmvorrichtungen 4 dargestellt. Hierbei ist der Hydraulikring 5 als Hydraulikkolben ausgebildet und kann beispielsweise mit etwa 80 bar Druck beaufschlagt werden. Der Hydraulikkolben wird zusätzlich von einer Feder 10 unterstützt.
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Jeweils rechts von den Figuren sind die Kraftverhältnisse einerseits beim Lösen (linker Pfeil) und andererseits beim Klemmen (rechter Pfeil) dargestellt.
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Das besondere Merkmal der Variante gemäß 2b) ist, dass mehrere Bremsscheiben 6 vorhanden sind und eine sogenannte Lamellenklemmung realisiert wird. Hierdurch wird auf vergleichsweise geringem Raum eine sehr große Klemmfläche 7, 8 realisierbar, die lediglich mit einer einzigen Druckbeaufschlagungseinheit gemäß der Erfindung verklemmt bzw. gelöst werden kann.
