DE102006026193B3

DE102006026193B3 - Winkelaggregat

Info

Publication number: DE102006026193B3
Application number: DE200610026193
Authority: DE
Inventors: Carsten Clauder
Original assignee: GROTEFELD GmbH
Current assignee: GROTEFELD GmbH
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-06-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Winkelaggregat zur Bearbeitung von Werkstücken aus Holz, Kunststoff oder Metall mit einem Anschlusselement (2) zu einer Arbeitsspindel (4) eines Bearbeitungszentrums, einer Werkzeugspindel (24), die über einen Drehantrieb um eine Schwenkachse (51.1) winkelverstellbar ist, einem Druckluftanschluss, und einem Antriebsadapter (3), der ein von der Arbeitsspindel (4) aufgebrachtes Drehmoment auf eine Aggregatspindel (5) überträgt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Winkelaggregat zur Verfügung zu stellen, welches in ein Bearbeitungszentrum eingewechselt werden kann, ohne dass dieses an der Einwechselstelle eine spezielle Schnittstelle für die Aktivierung des Schwenkantriebs der Werkzeugspindel aufweist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Winkelaggregat (1) zwei koppelbare Kupplungsspindeln (28, 45) aufweist, die zum Antrieb des Schwenkantriebs miteinander koppelbar sind, wobei die Ansteuerung der Kupplungsspindeln (28, 45) mit Druckluft erfolgt, die aus einer internen Druckluftquelle eines Bearbeitungszentrums zur Verfügung gestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Winkelaggregat zur Bearbeitung von Werkstücken aus Holz, Kunststoff oder Metall gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Winkelaggregate gattungsgemäßer Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Werkzeugspindel derartiger Aggregate ist aus einer vertikalen Position um bis zu 100° schwenkbar. Ihr Einsatz in CNC-Bearbeitungszentren gestattet bei entsprechender Programmierung eine effektive Bearbeitung aller vier Seiten eines Werkstücks.
Ein Nachteil der bekannten gattungsgemäßen Winkelaggregate ist darin zu sehen, dass für die Aktivierung des Drehantriebs zum Verschwenken der Werkzeugspindel an der Einwechselstelle des Bearbeitungszentrums eine spezielle Schnittstelle vorgesehen sein muss.
Eine derartige Schnittstelle benötigt auch das aus der DE 10 2004 062 138 B3 hervorgehende Winkelaggregat. Hier besteht die Schnittstelle aus einem Servomotor und einem durch diesen angetriebenen Zahnrad.
Es sind auch schon Aggregate bekannt ( DE 100 41 854 A1 , DE 102 29 775 C1 ), die einen Druckluftanschluss aufweisen, um bestimmte Verstellfunktionen innerhalb des Aggregats auf pneumatischem Wege vornehmen zu können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Winkelaggregat zur Verfügung zu stellen, welches in ein Bearbeitungszentrum eingewechselt werden kann, ohne dass dieses an der Einwechselstelle eine spezielle Schnittstelle für die Aktivierung des Schwenkantriebs der Werkzeugspindel aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Winkelaggregat wird die Tatsache ausgenutzt, dass die meisten Bearbeitungszentren eine interne Druckluftquelle besitzt. Das Winkelaggregat wird zur Ansteuerung der ersten Kupplungsspindel, die mit der Aggregatspindel drehangetrieben verbunden ist, mit der internen Druckluftquelle des Bearbeitungszentrums verbunden. Durch eine entsprechende Druckluftbeaufschlagung wird die erste Kupplungsspindel auf die zweite Kupplungsspindel zugestellt, so dass die beiden Kupplungshälften einkuppeln. Wird nun die Aggregatspindel in Drehung versetzt, wird ein Drehmoment auf die erste Kupplungsspindel, von dieser über die gekoppelte Kupplung auf die zweite Kupplungsspindel und von dieser über das Schneckengetriebe auf die Werkzeugspindel übertragen. Diese schwenkt dadurch um die Schwenkachse. Nach dem Erreichen einer gewünschten Winkelstellung der Werkzeugspindel wird der Drehantrieb der Aggregatspindel gestoppt und die beiden Kupplungshälften durch eine entsprechende Ansteuerung der ersten Kupplungsspindel mit Druckluft getrennt. Eine spezielle Schnittstelle zwischen dem Winkelaggregat und dem Bearbeitungszentrum ist für die Aktivierung des Schwenkantriebs der Werkzeugspindel also nicht erforderlich. Dadurch ist ein erfindungsgemäßes Winkelaggregat als autarkes System in jedes Bearbeitungszentrum mit interner Druckluftquelle einwechselbar.
In aller Regel besitzen die Bearbeitungszentren mit interner Druckluftquelle an der Schnittstelle zu den Einwechselaggregaten einen Druckluftauslass, in den beim Einwechseln eines Aggregates ein auf dessen Anschlusselement angeordneter Druckluft-Anschluss-Stutzen einkuppelt. Damit ist ein in das Bearbeitungszentrum eingewechseltes Aggregat automatisch mit dessen Druckluftquelle verbunden. Diese Technik ist z. B. aus der DE 102 29 775 C1 bekannt und wird in vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ebenfalls genutzt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:
1 einen Schnitt durch ein Winkelaggregat bei nicht eingekuppelten Kupplungshälften,
2 eine Darstellung gemäß 1 bei eingekuppelten Kupplungshälften, und
3 einen Schnitt A-A gemäß 1 im vergrößerten Maßstab.
Das in der Zeichnung gezeigte Winkelaggregat 1 ist kompakt aufgebaut und in einem Werkzeugwechsler eines Bearbeitungszentrums bevorratet. Bei Bedarf wird es in die Arbeitsspindel 4 des Bearbeitungszentrums eingewechselt. Dazu besitzt es als Schnittstelle ein Anschlusselement 2 mit einem Antriebsadapter 3, welcher ein von der mit einer Strichpunktlinie 4 nur symbolisch dargestellten Arbeitsspindel 4 des Bearbeitungszentrums aufgebrachtes Drehmoment an einer Aggregatspindel 5 weiterleitet. Die Aggregatspindel 5 ist über ein oberes Kugellager 6 und ein unteres Kugellager 7 drehbar im Anschlusselement 2 gelagert. Ein Schaft 8 eines Kegelrades 9 ist drehfest mit der Aggregatspindel 5 verbunden. Das Kegelrad 9 kämmt mit einem weiteren Kegelrad 10, welches über eine Feder 11 drehfest mit einer Welle 12 verbunden ist, die über zwei Kugellager 13 drehbar im Gehäuse des Winkelaggregats 1 gelagert ist. Zwischen den beiden Kugellagern 13 ist über eine Feder 14 eine Zahnriemenscheibe 15 drehfest mit der Welle 12 verbunden. Über diese Zahnriemenscheibe 15 läuft ein Zahnriemen 16, der ein weitere Zahnriemenscheibe 17 antreibt. Diese sitzt über eine Feder 18 drehfest auf einer Welle 19, die im Abstand und parallel zur Welle 12 über zwei Kugellager 20 drehbar im Gehäuse des Winkelaggregats 1 gelagert ist. Auf der Welle 19 sitzt über eine Feder 21 drehfest ein Kegelrad 22, welches mit einem weiteren Kegelrad 23 kämmt. Letzteres ist drehfest mit einer Werkzeugspindel 24 verbunden, die über Kugellager 25 drehbar in einem Schwenkarm 26 gelagert ist. Die Werkzeugspindel 24 ist ihrerseits drehfest mit einer Spannzange 27 verbunden, die der Aufnahme eines Fräswerkzeuges dient.
Nachfolgend wird der Antrieb des Schwenkarms 26 erläutert.
Dazu ist parallel zur Aggregatspindel 5 eine erste Kupplungsspindel 28 vorgesehen, die axial verschiebbar und drehbar im Gehäuse des Winkelaggregats 1 gelagert ist. Zum Drehantrieb der ersten Kupplungsspindel 28 ist ein Zahnriemen 29 vorgesehen, der über Zahnriemenscheiben 30 und 31 läuft, die über Federn 32 bzw. 33 drehfest mit der Aggregatspindel 5 bzw. der ersten Kupplungsspindel 28 verbunden sind. Für die drehfeste Verbindung zwischen der Zahnriemenscheibe 31 und der ersten Kupplungsspindel 28 sind zwei sich diametral gegenüberliegende Federn 33 vorgesehen, die eine Führungshülse 34 durchsetzen, über die die erste Kupplungsspindel 28 mittels von zwei Kugellagern 35 drehbar im Gehäuse des Winkelaggregats 1 gelagert ist. Die beiden Federn 33 laufen mit Spiel in axialen Nuten 36 der ersten Kupplungsspindel 28, so dass diese nicht nur drehantreibbar, sondern auch axial verschiebbar ist.
Das untere Ende der ersten Kupplungsspindel 28 ist über ein Kugellager 37 drehbar in einem Kolben 38 gelagert, der seinerseits axial verschiebbar in einem Druckluftzylinder 39 geführt ist. Der Kolben 38 unterteilt den Druckluftzylinder 39 in einen Oberraum 39.1 und einen Unterraum 39.2, wobei beide Räume 39.1 und 39.2 über einen Kolbenring 40 gegeneinander abgedichtet sind. In den Oberraum 39.1 führt eine erste Druckluftzuleitung 41 und in den Unterraum 39.2 eine zweite Druckluftzuleitung 42, wobei beide Druckluftzuleitungen 41 und 42 wechselseitig mit Druckluft beaufschlagbar sind. Der Anschluss der Druckluftzuleitungen 41 und 42 an die Druckluftquelle des Bearbeitungszentrums, in das das Winkelaggregat 1 einwechselbar ist, kann z. B. über einen auf dem Anschlusselement 2 vorgesehenen, nicht dargestellten Pneumatikanschlussstutzen erfolgen, der beim Einwechseln des Winkelaggregats automatisch in den an der Einwechselstelle vorgesehenen Druckluftauslass des Bearbeitungszentrums einbindet. Von diesem Pneumatikanschlussstutzen führen dann im Gehäuse des Winkelaggregats 1 verlaufende, nicht dargestellte Druckluftleitungen über entsprechende, nicht dargestellte Ventile zu den Druckluftzuleitungen 41 und 42. Es ist natürlich auch möglich, seitlich am Gehäuse des Winkelaggregats 1 einen Einlassstutzen für Druckluft vorzusehen.
Am unteren Ende der ersten Kupplungsspindel 28 ist drehfest mit dieser eine erste Kupplungshälfte 43 angeordnet. Dieser gegenüber liegt eine zweite Kupplungshälfte 44, die drehfest mit einer zweiten Kupplungsspindel 45 verbunden ist, welche koaxial zur ersten Kupplungsspindel 28 ausgerichtet ist. Die zweite Kupplungsspindel 45 ist über zwei Kugellager 46 und 47 drehbar im Gehäuse des Winkelaggregats 1 gelagert. Der mittlere Bereich zwischen den beiden Kugellagern 46 und 47 der zweiten Kupplungsspindel 45 ist als Schnecke 48 ausgebildet, die mit einem Schneckenrad 49 kämmt. Das Schneckenrad 49 ist über eine Feder 50 drehfest mit einer Welle 51 verbunden, die über zwei Kugellager 52 und 53 drehbar im Gehäuse des Winkelaggregats 1 gelagert ist (3). Das in das Gehäuse des Winkelaggregats 1 hineinragende Ende der Welle 51 ist drehfest mit dem Schwenkarm 26 verbunden. Die Mittelachse 51.1 der Welle 51 bildet damit die Schwenk-achse des Schwenkarms 26, wobei dieser in den zu der Mittelachse 51.1 der Welle 51 koaxial angeordneten Kugellagern 53 und 20 drehbar gelagert ist.
Die Winkelverstellung des Schwenkarms 26 wird wie folgt vorgenommen:
Bei stillstehender Aggregatspindel 5 wird die erste Druckluftzuleitung 41 über die nicht dargestellte Ventile mit Druckluft angesteuert, so dass sich der Kolben 38 zusammen mit der ersten Kupplungsspindel 28 so weit auf die zweite Kupplungsspindel 45 zu bewegt, bis die beiden Kupplungshälften 43 und 44 miteinander kuppeln. Das ist in 2 gezeigt. Nun wird die Aggregatspindel 5 über die Arbeitsspindel 4 des Bearbeitungzentrums mit geringer Drehzahl angetrieben. Diese Drehbewegung wird über den Zahnriemen 29, die erste Kupplungsspindel 28 und die beiden Kupplungshälften 43 und 44 auf die zweite Kupplungsspindel 45 übertragen. Die dadurch in Drehbewegung versetzte zweite Kupplungsspindel 45 treibt mit ihrer Schnecke 48 das Schneckenrad 49 an, so dass der Schwenkarm 26 maximal um 100° verschwenkt. In den 1 und 2 sind die beiden möglichen Endstellungen des Schwenkarms 26 dargestellt. Nach dem Erreichen des gewünschten Schwenkwinkels des Schwenkarms 26 wird der Drehantrieb der Aggregatspindel 5 gestoppt und die erste Kupplungsspindel 28 durch Ansteuerung der zweiten Druckluftzuleitung 42 zum Druckluftzylinder 39 wieder nach oben gesteuert, so dass die beiden Kupplungshälften 43 und 44 entkuppelt werden.
Obwohl die Verbindung zwischen der Schnecke 48 und dem Schneckenrad 49 selbsthemmend ist, eine Winkelverstellung des Hebelarms 26 nach erfolgter Einstellung also nicht möglich ist, ist zur zusätzlichen Sicherung eine Feststellbremse für das Schneckenrad 49 vorgesehen. Diese besteht aus zwei sich diametral zur Welle 51 gegenüberliegenden Kolben 54, die jeweils in einem Druckluftzylinder 55 angeordnet sind. Die Abdichtung der Kolben 54 gegenüber der Wandung des Druckluftzylinders 55 erfolgt über Kolbenringe 56. In die Druckluftzylinder 55 mündet jeweils eine Druckluftzuleitung 57, über die die Kolben 54 axial beaufschlagt werden können. Die den Druckluftzuleitungen 57 abgewandten Stirnseiten 54.1 der Kolben 54 liegen, wenn sie nicht mit Druckluft beaufschlagt sind, der ihnen zugewandten Seitenfläche 49.1 des Schneckenrades 49 mit geringem Abstand gegenüber. Werden die Kolben 54 mit Druckluft beaufschlagt, so drücken ihre Stirnseiten 54.1 gegen die Seitenfläche 49.1 des Stirnrades 49, so dass die ses zusätzlich gegen Verdrehen gesichert ist. Diese Verdrehsicherung kann durch eine entsprechende Rauhigkeit der zusammenwirkenden Flächen 54.1 und 49.1 verbessert werden. Die Ansteuerung der Druckluftzuleitungen 57 erfolgt ebenfalls über das nicht dargestellte Ventilsystem. Dabei versteht es sich, dass die Kolben 54 nur dann mit Druckluft beaufschlagt werden, wenn die Druckluftzuleitungen 41 und 42 zu dem Druckluftzylinder 39 des Kolbens 38 der ersten Kupplungsspindel 28 nicht mit Druckluft beaufschlagt sind.

Claims

Winkelaggregat zur Bearbeitung von Werkstücken aus Holz, Kunststoff oder Metall, aufweisend – ein Anschlusselement (2) zu einer Arbeitsspindel (4) eines Bearbeitungszentrums, mit einem Antriebsadapter (3), der ein von der Arbeitsspindel (4) aufgebrachtes Drehmoment auf eine Aggregatspindel (5) überträgt, – eine Werkzeugspindel (24), die über einen Drehantrieb um eine Schwenkachse (51.1) winkelverstellbar ist, und – einen Druckluftanschluss gekennzeichnet durch, – eine parallel zur Aggregatspindel (5) angeordnete und mit dieser drehangetrieben verbundene erste Kupplungsspindel (28), wobei die erste Kupplungsspindel (28) axial verschiebbar gelagert ist und an ihrer einen Stirnseite eine drehfest mit ihr verbundene erste Kupplungshälfte (43) aufweist und zur axialen Verstellung in beiden Richtungen mit Druckluft beaufschlagbar ist, – eine zweite Kupplungsspindel (45), die koaxial mit der ersten Kupplungsspindel (28) angeordnet und drehbar gelagert ist, wobei die zweite Kupplungsspindel (45) an ihrer der ersten Kupplungsspindel (28) zugewandten Stirnseite eine drehfest mit ihr verbundene, mit der ersten Kupplungshälfte (43) kuppelbare zweite Kupplungshälfte (44) sowie eine Schnecke (48) besitzt, die mit einem drehfest mit der Schwenkachse (51.1) verbundenen Schneckenrad (49) kämmt.
Winkelaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftanschluss ein auf dem Anschlusselement (2) angeordneter Pneumatikanschlussstutzen ist, der beim Einwechseln des Winkelaggregats (1) automatisch in einen an der Einwechselstelle vorgesehenen Druckluftauslass des Bearbeitungszentrums einbindet.
Winkelaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb der ersten Kupplungsspindel (28) über einen Zahnriemen (29) erfolgt, der über drehfest mit der Aggregatspindel (5) und der Kupplungsspindel (28) verbundene Zahnriemenscheiben (30) bzw. (31) läuft.
Winkelaggregat nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplungsspindel (28) mindestens eine axiale Nut (36) aufweist, in der eine der Drehmomentenübertragung dienende Feder (33) mit Spiel derart eingreift, dass die erste Kupplungsspindel (28) gegenüber der Feder (33) axial verschiebbar ist.
Winkelaggregat nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Ende der ersten Kupplungsspindel (28) drehbar in einem drehfesten Kolben (38) gelagert ist, der seinerseits axial verschiebbar in einem Druckluftzylinder (39) geführt ist, wobei der Kolben (38) den Druckluftzylinder (39) in einen Oberraum (39.1) und einen Unterraum (39.2) unterteilt, die durch einen Kolbenring (40) gegeneinander abgedichtet sind, und wobei in den Oberraum (39.1) eine erste Druckluftzuleitung (41) und in den Unterraum (39.2) eine zweite Druckluftzuleitung (42) mündet, die wechselseitig mit Druckluft beaufschlagbar sind.
Winkelaggregat nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine pneumatische Feststellbremse für das Schneckenrad (49) vorgesehen ist, die einen eingestellten Schwenkwinkel der Werkzeugspindel (24) arretiert.
Winkelaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellbremse aus mindestens einem in einem Druckluftzylinder (55) axial geführten Kolben (54) besteht, wobei in den Druckluftzylinder (55) eine Druckluftzuleitung (57) mündet, über die der Kolben (54) axial mit Druckluft beaufschlagbar ist, wobei die der Druckluftzuleitung (57) abgewandte Stirnseite (54.1) des Kolbens (54), wenn er nicht mit Druckluft beaufschlagt ist, einer ihr zugewandten Seitenfläche (49.1) des Schneckenrades (49) mit geringem Abstand gegenüberliegt, und, wenn er mit Druckluft beaufschlagt ist, an der Seitenfläche (49.1) anliegt.