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Die
Erfindung betrifft einen Mehrachsendrehkopf für eine Werkzeugmaschine nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Ein
Mehrachsendrehkopf, bei dem eine Motorspindel um zwei Achsen drehbar
in einer Gabel angeordnet ist, ist beispielsweise aus der Druckschrift
EP 0 885 081 B1 bekannt.
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Bei
einem bekannten Mehrachsendrehkopf wird die Motorspindel zwischen
zwei Gabelarmen angeordnet, in denen zwei Antriebsmotoren beidseitig der
Motorspindel für
deren Drehbewegung angeordnet sind. Für die Unterbringung der Antriebsmotoren, die
als Torquemotoren für
einen Direktantrieb ausgelegt sind, sind in der bekannten Ausführung zylindrische
Hohlräume
in den Gabelarmen vorgesehen, so dass der zylindrische Stator unmittelbar
im zylindrischen Hohlgehäuse
eines Gabelarms fixiert werden kann. Die Gabelarme sind durch die
geschlossene, zylindrische Wandung des Hohlraums sehr massiv und
entsprechend schwer ausgeführt.
Etwaige Zusatzeinheiten, z.B. eine Kühleinheit für den Stator, müssen dabei
in diese zylindrische Hohlform mitintegriert werden.
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Dabei
bildet die Außenwand
des Hohlraums in bekannten Mehrachsendrehköpfen die Außenwand des Stators bzw. einer zugehörigen Kühleinrichtung
und muss daher bei der Montage des Stators im Gabelarm auch entsprechend
abgedichtet werden. Hieraus resultiert die Gefahr einer mangelhaften
Abdichtung.
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Im
Wartungs- bzw. Reparaturfall ist ein in einem solchen zylindrischen
Hohlraum montierter Motor nur in Einzelteilen und damit mit großem Aufwand demontierbar.
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Die
Anschlüsse
für den
Motor sowie für
etwaige Zusatzkomponenten z.B. für
ein Kühlmedium können dabei
nur in axialer Richtung an der Stirnseite der zylindrischen Hohlform
erfolgen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Mehrachsendrehkopf vorzuschlagen, bei
dem die Montage und/oder Demontage, der Statoreinheit erleichtert ist.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Mehrachsendrehkopf gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
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Durch
die in den Unteransprüchen
genannten Maßnahmen
sind vorteilhafte Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend
zeichnet sich ein erfindungsgemäßer Mehrachsendrehkopf
dadurch aus, dass wenigstens eine von einem Gabelarm separate seitlich
auf den Gabelarm montierbare Statoreinheit vorgesehen ist.
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Bei
einem Mehrachsendrehkopf gemäß der Erfindung
ist die Montage bzw. Demontage der Statoreinheit der Antriebsmotoren
für die
Drehbewegung der Motorspindel zwischen den Gabelarmen denkbar einfach.
Die Statoreinheit kann fertig vormontiert auf den jeweiligen Gabelarm
aufgesetzt und dort befestigt, beispielsweise verschraubt werden.
Entsprechend einfach gestaltet sich auch der Austausch einer Statoreinheit
und entsprechende Reparatureinheiten.
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Bei
einem Mehrachsendrehkopf gemäß der Erfindung
ist auch die Montage des Rotors erleichtert, da dieser bei demontierter
Statoreinheit seitlich über
den Gabelarm hervorsteht. Der Rotor ist in diesem Montagestadium
von allen Seiten zugänglich und
kann dadurch leichter montiert bzw. demontiert werden.
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Darüber hinaus
kann für
einen erfindungsgemäßen Mehrachsendrehkopf
die Statoreinheit mit allen vorgesehenen Komponenten, beispielsweise
einer Kühleinheit
sowie den verschiedenen, erforderlichen elektrischen oder fluidführenden
Anschlüssen vormontiert
und anschließend
an dem Gabelarm befestigt werden.
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Dadurch,
dass die Statoreinheit als vormontierbare Einheit vorgesehen wird,
kann die Gabel ohne Motorgehäuse
und somit erheblich einfacher gestaltet werden. Durch die seitliche
Anordnung ist die Statoreinheit von allen Außenseiten her gut zugänglich,
so dass problemlos Anschlüsse
oder Zusatzkomponenten an unterschiedlichsten Positionen untergebracht
werden können.
Derartige Zusatzkomponten können
beispielsweise Sensoren, insbesondere Temperaturfühler, Winkelmesser
oder dergleichen sein.
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Der
Gesamtaufbau eines solchen Mehrachsendrehkopf ist durch die erfindungsgemäße, leichtere
und kompakte Gabelbauweise insgesamt kompakter und leichter zu gestalten.
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Darüber hinaus
ist im Wartungs- oder Reparaturfall die Statoreinheit als Ganzes
vom Gabelarm demontierbar, wodurch die Handhabung und damit der
Montageaufwand erheblich vereinfacht wird.
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In
einer vorteilhaften Weiterführung
der Erfindung wird die Statoreinheit mit einem vom Gabelarm separat
ausgebildeten Gehäuse
versehen. Ein solches Gehäuse
kann vormontiert staub- und
fluiddicht ausgeführt
und bereits außerhalb
des Gabelarms geprüft
werden. Darüber
hinaus können
die Durchführungen
für die
Anschlüsse
entsprechend staub- und fluiddicht im Gehäuse der vormontierten Statoreinheit
vorgesehen und geprüft
werden.
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Auch
die Flexibilität
bei Verwendung unterschiedlicher Motortypen oder unterschiedlicher
Zusatzkomponenten wird bei einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Mehrachsendrehkopfs
verbessert, da ohne weiteres auch unterschiedlich dimensionierte
Statoreinheiten in den Gabelarm einsetzbar sind.
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Dabei
sind lediglich die Fixierungselemente der Statoreinheit an die entsprechenden
Fixierelemente im Gabelarm anzupassen. Gegebenenfalls können im
Gabelarm auch unterschiedlich angeordnete oder unterschiedlich ausgebildete
Fixierelemente für
unterschiedliche Statoreinheiten vorgesehen werden.
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Um
die Statoreinheit zuverlässig
im Gabelarm zu fixieren wird vorteilhafterweise ein Verbindungsflansch
an der Statoreinheit vorgesehen. Mit Hilfe eines solchen Verbindungsflansches
kann die Statoreinheit lösbar
am Gabelarm befestigt, beispielsweise verschraubt werden.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Statoreinheit wenigstens ein Kühlelement. Ein solches Kühlelement
kann bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
wie bereits oben angedeutet in der fertig vormontierten Statoreinheit
eingebaut sein. Die Kühleinheit
kann dazu dienen, den Antriebsmotor oder weitere in der Statoreinheit
untergebrachte Komponenten zu kühlen.
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Vorteilhafterweise
ist ein umfangsseitiger Blechmantel für die Kühlung bei der Statoreinheit
vorgesehen. Dadurch ist es möglich,
die Kühleinheit
außen
am Statorgehäuse,
beispielsweise am Umfang des Statorgehäuses anzubringen, wobei die
Kühleinheit
durch den Blechmantel abgedeckt wird. Darüber hinaus kann in einer Weiterbildung
dieser Ausführungform
der Blechmantel Bestandteil der Kühleinheit sein. So ist in einer
besonderen Ausführungsform
der Blechmantel zugleich die Außenwandung der
Kühleinheit.
Der Blechmantel kann hierzu auch als Abdeckung einer Kühlkammer
oder von Kühlkanälen, beispielsweise
zur Abdeckung von Außennuten
in einem Statorgehäuse
herangezogen werden. In dieser Ausführungsform kann der Anschluss
der Kühleinheit
zur Zuführung
eines Kühlmediums
auf einfache Weise beispielsweise durch eine Durchführung durch
den Blechmantel bewerkstelligt werden.
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Vorteilhafterweise
wird die Statoreinheit mit Mitteln zur zentrischen Fixierung im
Bezug zur zweiten Achse versehen. Derartige Fixiermittel können beispielsweise
durch Passstifte oder dergleichen gebildet werden. Die Fixiermittel
können
darüber
hinaus auch als Führungsmittel
während
des Aufsetzens der Statoreinheit ausgebildet sein.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung wird die Stirnseite des Statorgehäuses mit einer Profilierung,
beispielsweise mit einer Ringschulter versehen, die an eine entsprechende
Ringschulter im Gabelarm anfügbar
ist. Auf diese Weise wird die zentrale Position durch die beiden
korrespondierenden Ringschultern festgelegt.
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Auch
andere Formen der Anschlagbildung zur zentrierten Montage der Statoreinheit
sind jedoch denkbar.
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Die
Fixierungsmittel können
darüber
hinaus einen Verbindungsflansch umfassen, der gegebenenfalls in
Verbindung mit vorgenannten Anschlägen ebenfalls in eine entsprechender Vertiefung
im Gabelarm einfügbar
ist. Auch hierdurch kann die zentrische Position der Statoreinheit
gewährleistet
werden. Darüber
hinaus kann an dem Verbindungsflansch die Befestigung am Gabelarm
vorgenommen werden, beispielsweise können im Verbindungsflansch
Bohrungen für
die Aufnahme von Verbindungsschrauben oder dergleichen Befestigungselemente
vorgesehen sein.
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Der
Antriebsmotor, der am Gabelarm befestigt wird, wird bevorzugt als
Innenläufermotor
ausgebildet, so dass die Lagerung des Rotors unabhängig von
der separat montierbaren Statoreinheit am Gabelarm erfolgen kann.
Der Gabelarm oder ein entsprechendes, am Gabelarm befestigtes Tragelement erstreckt
sich dabei vorteilhafter Weise auf der inneren Stirnseite der Statoreinheit über die
Drehachse hinaus, so dass daran die Lagerung des Rotors erfolgen
kann. Dadurch ist eine Bauform möglich,
bei der die Statoreinheit unabhängig
vom Rotor und dessen Lagerung seitlich von außen auf den Gabelarm montiert
oder von diesem demontiert werden kann.
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Vorteilhafterweise
umfasst der Gabelarm des Mehrachsendrehkopfs einen Durchlass für eine Rotorachse.
In diesen Durchlass kann bei der Montage des Mehrachsendrehkopfs
das entsprechende, die Rotorachse oder Rotorwelle darstellende Bauteil entweder
von außen
oder von innen eingesetzt werden. Der Durchlass kann dabei eine
oder mehrere Abstufungen aufweisen, die bevorzugt ringförmig angelegt
werden. Durch eine korrespondierende Formgebung des die Rotorachse
bildenden Bauelementes wird hierdurch wiederum eine zentrierte Einbaulage vorgegeben.
Darüber
hinaus kann an einer oder mehreren Abstufungen ein Lager für die Rotorachse angelegt
werden, so dass durch die Formgebung des Durchlasses auch die Position
des Rotorlagers definiert wird.
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Vorteilhafterweise
wird ein erfindungsgemäßer Mehrachsendrehkopf
spiegelsymmetrisch aufgebaut, d.h. es werden zwei Antriebsmotoren
auf beiden Seiten der Spindeln an jeweils einem Gabelarm vorgesehen.
Hierdurch ergibt sich eine gleichmäßig beidseits wirkende Kraftverteilung
auf die Gabel des Mehrachsendrehkopfs sowohl bezüglich der durch die beiden
Antriebsmotoren erzeugten Kräfte
als auch hinsichtlich der beim Einsatz der Spindel und entsprechenden
Vorschubbewegungen durch Bearbeitung des zugehörigen Werkstücks auftretenden Kräfte.
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Vorteilhafterweise
wird darüber
hinaus eine Klemm- und/oder Bremseinheit vorgesehen, um die Motorspindel
in den verschiedenen Winkelpositionen, die durch den Antriebsmotor
eingestellt werden können,
mechanisch mit der Gabel des Mehrachsendrehkopfs zu verspannen.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit hohen Krafteinwirkungen bei
der Bearbeitung des Werkstücks
gerechnet werden muss. Bei einem mechanischen Einspannen oder Verklemmen
des Mehrachsendrehkopfs können diese
Kräfte
sodann unmittelbar in die Gabel übergeleitet
werden, ohne dass hierzu die Antriebsmotoren zur Erzeugung eines
entsprechenden Haltemoments mit Strom beaufschlagt werden müssen.
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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 zeigen
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1 eine
Seitenansicht auf eine Gabel eines erfindungsgemäßen Mehrachskopfes und
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2 einen
Schnitt entlang Schnittlinie II in 1 der dort
dargestellten Gabel.
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Die
Gabel 1 gemäß den 1 und 2 umfasst
einen Quersteg 2 sowie zwei Gabelarme 3, 4.
Im Quersteg 2 ist eine axiale Muffe 5 zur Befestigung
der Gabel 1 an einem vorzugsweise um die Achse D1 drehbaren
Tragarm (nicht dargestellt) vorgesehen. In einer anderen Ausführungsvariante
des Mehrachsendrehkopfs kann auch der Tragarm fest und die Verbindung
zwischen der Gabel 1 und dem nicht dargestellten Tragarm
drehbar ausgeführt
sein.
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Zwischen
dem Gabelarm 3, 4 ist eine Motorspindel 6 in
einer Spindelaufnahme 7 angeordnet. Die Motorspindel 6 kann
dabei in herkömmlicher
Weise, beispielsweise stirnseitig in der Spindelaufnahme 7 fixiert
sein. Die Spindelaufnahme 7 kann rohrförmig, beispielsweise als Vierkantrohr
ausgestaltet sein.
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Die
Motorspindel 6 ist schwenkbar um die zweite Drehachse D2
angeordnet. Durch Drehungen um die beiden Drehachsen D1 und D2 kann
ein nicht näher
dargestelltes, an der Motorspindel 6 befestigtes Werkzeug
an nahezu beliebigen, insbesondere auch gekrümmten Oberflächen gesteuert
vorbeigeführt
werden. Für
das Arbeiten unter hoher mechanischer Belastung, insbesondere bei
großem
Materialabtrag kann dabei zusätzlich
ein nicht näher
dargestelltes Spann- bzw. Bremssystem vorgesehen werden, um die
Motorspindel in einer bestimmten Position mechanisch zu verspannen.
Die Ansteuerung eines solchen Spann- bzw. Bremssystems kann beispielsweise
hydraulisch, elektrisch oder auf andere Weise erfolgen.
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Die
Spindelaufnahme 7 zwischen den Gabelarmen 3, 4 ist
beidseits mit jeweils einem, die Rotorwelle bildenden Rotorträger 8 befestigt.
Der Rotorträger 8 ist
mit einem inneren Durchlass 9 versehen, durch den eine
elektrische und/oder medienführende Leitungsführung zur
Motorspindel 6 realisierbar ist. Der Rotorträger 8 ist
in einen Durchlass 10 des zugehörigen Gabelarms 3 eingesetzt.
Sowohl der Rotorträger 8 als
auch der Durchlass 10 sind mit verschiedenen Abstufungen 11, 12, 13 bzw. 14, 15 versehen, durch
die die zentrierte Einbaulage vorgegeben wird. Durch diese Abstufung
wird darüber
hinaus auch die axiale Position gegenüber der Drehachse D2 des Rotorträgers im
Gabelarm 3 vorgegeben.
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An
der Abstufung 14 ist ein Lager 16 für den Rotorträger 8 angefügt, mittels
dem der Rotorträger 8 drehbar
im Durchlass 10 des Gabelarms 3 gelagert ist.
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In
der dargestellten Variante des Antriebs zur Drehung der Motorspindel 6 um
die Drehachse D2 als Innenläufermotor
kann sich demnach der Gabelarm 3 oder in einer anderen
Ausführung
ein innen am Gabelarm befestigtes Tragelement soweit über die Drehachse
D2 hinaus am Stator vorbei erstrecken, dass der Rotor unmittelbar
am Gabelarm bzw. an dem zugehörigen
Tragelement gelagert werden kann.
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Durchgangsbohrungen 17 im
Rotorträger 8 ermöglichen
die Verbindung mit der Spindelaufnahme 7, beispielsweise
durch Verschrauben.
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Ein
Rotorring 18 mit Permanentmagnet 19 ist am Rotorträger 8 angeschraubt.
Wie in 2 erkennbar ist, befindet sich der Rotorring 18 außerhalb des
Gabelarms 3. Er kann, beispielsweise über die Bohrungen 20 mit
dem Rotorträger 8 verschraubt werden.
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Eine
erfindungsgemäße Statoreinheit 21 ist seitlich
von außen
an den Gabelarm 3 montiert. Die Statoreinheit 21 umfasst
ein Statorgehäuse 22,
in dem ein Statorblechpaket 23 sowie die zugehörigen Magnetspulen 24 angeordnet
sind. Stirnseitig ist die Statoreinheit 21 durch einen
Abdeckflansch 25 verschlossen, der beispielsweise an dem
Statorgehäuse 22 verschraubbar
ist.
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An
der Außenseite
des Statorgehäuses 22 sind
rillenförmige Ringnuten 26 angebracht,
die durch ein Abdeckblech 27 abgedeckt sind. Das Abdeckblech 27 bildet
eine Kühlkammer
um das Statorgehäuse 22.
Die Nuten 26 bilden Kühlkanäle bzw. Kühlrippen
für die
Kühlung
der Statoreinheit 21.
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Durch
die außen
liegende Anordnung der Statoreinheit 21 ist diese von allen
Seiten her zugänglich.
Dies ermöglicht
eine problemlose Montage bzw. Demontage und darüber hinaus einen ebenso einfachen
Anschluss für
elektrische Leitungen und/oder Medienleitungen an nahezu beliebiger
Stelle. Das Kühlmedium
kann beispielsweise durch eine einfache Durchführung im Blechmantel 27 zu
und wieder abgeführt
werden.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Statorgehäuse
auf der Seite des Gabelarms 3 mit einer Ringschulter 28 versehen,
die mit einer korrespondierenden Ringschulter eines Ringanschlags 29 des
Gabelarms 3 wechselwirkt. Hierdurch ist eine zentrierte
Position der Statoreinheit 21 am Gabelarm 3 im
Bezug auf die Drehachse 2 bzw. im Bezug auf den durch den
Rotorring 18 und die Permanentmagneten 19 gebildeten
Rotor 30 möglich.
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Weiterhin
ist ein Befestigungsflansch 31 am Statorgehäuse 22 vorgesehen,
mittels dem die Statoreinheit 22 am Gabelarm 3 befestigbar,
beispielsweise verschraubbar ist. Im Gabelarm 3 ist eine
weitere Ringschulter 32 angebracht, in die der Befestigungsflansch 31 geringfügig eintauchen
kann. Auch hierdurch wird eine Montageposition vorgegeben.
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Anhand
der Figuren ist ohne weiteres erkennbar, dass die Statoreinheit 21 leicht
durch lösen der
in den Bohrungen 33 eingesetzten Befestigungsschrauben
vom Gabelarm 3 lösbar
und sodann in Richtung der Achse D2 vom Gabelarm 3 abnehmbar ist.
In umgekehrter Richtung kann die Statoreinheit 21 ebenso
leicht aufgesetzt und befestigt, d.h. beispielsweise verschraubt
werden. Die Handhabung der Statoreinheit 2 an der Gabel 1 ist
somit denkbar einfach.
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Darüber hinaus
ist, wie in 2 erkennbar, die Statoreinheit 21 sowohl
umfangsseitig als auch stirnseitig an nahezu beliebiger Stelle von
außen
her zugänglich,
so dass die entsprechenden Anschlüsse nahezu frei positionierbar
angebracht werden können.
Die erhöht
auch die konstruktive Freiheit bei der Anordnung zusätzlicher
Komponenten, beispielsweise Sensoren oder dergleichen innerhalb
des Statorgehäuses 22.
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Auch
die Montage des Rotors 30 ist durch die erfindungsgemäße Bauweise
deutlich erleichtert. Der gesamte Rotor 30 ist bei abgenommener
Statoreinheit 21 ebenfalls umfangsseitig und stirnseitig komplett
von außen
her zugänglich.
Auch dieser Umstand erleichtert die Montage bzw. Demontage eines erfindungsgemäßen Mehrachsendrehkopfs
enorm.
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Zur
Winkelarretierung des Statorgehäuses 22 können darüber hinaus
noch entsprechende Fixierelemente, beispielsweise Passstifte oder
dergleichen zusätzlich
zu den Verbindungselementen wie den Verbindungsschrauben vorgesehen
werden.
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In 2 ist
erkennbar, dass die Gabel 1 spiegelbildlich aufgebaut ist,
d.h. am Gabelarm 4 zeigt sich der gleiche Aufbau, wie am
Gabelarm 3. Hierdurch ergibt sich eine ebenso symmetrische Kraftverteilung
bei Betrieb des erfindungsgemäßen Mehrachsendrehkopfs.
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Das
oben angeführte
Klemm- oder Spannelement zur mechanischen Verspannung der Motorspindel
in der Gabel 1 kann an beliebiger Stelle zwischen dem Rotorträger 8 bzw.
dem Rotorring 18 und dem Gabelarm 3 angeordnet
werden, in Frage kommt beispielsweise der in der Darstellung gemäß 2 erkennbare
Hohlraum 34 zwischen dem Rotorträger 8 und dem Gabelarm 3.
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- 1
- Gabel
- 2
- Quersteg
- 3
- Gabelarm
- 4
- Gabelarm
- 5
- Muffe
- 6
- Motorspindel
- 7
- Spindelaufnahme
- 8
- Rotorträger
- 9
- Durchlass
- 10
- Durchlass
- 11
- Abstufung
- 12
- Abstufung
- 13
- Abstufung
- 14
- Abstufung
- 15
- Abstufung
- 16
- Lager
- 17
- Bohrung
- 18
- Rotorring
- 19
- Permanentmagnet
- 20
- Bohrung
- 21
- Statoreinheit
- 22
- Statorgehäuse
- 23
- Statorblechpaket
- 24
- Magnetspule
- 25
- Abdeckflansch
- 26
- Kühlkanal
- 27
- Blechmantel
- 28
- Ringschulter
- 29
- Ringanschlag
- 30
- Rotor
- 31
- Befestigungsflansch
- 32
- Ringschulter
- 33
- Bohrung
- 34
- Hohlraum