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Die Erfindung betrifft einen Drehtisch.
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Zum Stand der Technik gehören Drehtische, die einen feststehenden Grundkörper aufweisen, in dem mittels mehrerer Lager eine Platte drehbar gelagert ist. Derartige Drehtische werden häufig in der dimensionellen Messtechnik, vorzugsweise in der Koordinatenmesstechnik eingesetzt. Als Lager kommen sowohl Wälzlager in verschiedenen Ausführungsformen als auch Gleitlager sowie Luftlager zum Einsatz.
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In der
US 4 958 438 A ist ein Drehtisch beschrieben, der als Radiallager eine luftgelagerte Spindel aufweist, während das Traglager (oder Axiallager) so ausgeführt ist, dass der Drehteller auf einem ringförmigen Luftpolster getragen wird, das von unten durch den Stator über Düsen mit Luft versorgt wird. Dabei führen der Tragkörper, der die Luftdüsen beinhaltet, und der Drehteller gemeinsam.
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Die
DE 102 09 776 B3 beschreibt eine Drehtischlagerkonstruktion, bei der durch Membranen die Steifigkeit der Luftlager erhöht wird. Auch hier handelt es sich bei dem Axiallager um eine vollflächige Konstruktion mit Luftzuführung über den Stator.
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Beide zum Stand der Technik gehörenden Drehtische weisen den Nachteil auf, dass die Axiallagerung kinematisch überbestimmt ist und insbesondere bei unterschiedlichen Belastungszuständen durch das Werkstück seine Führungseigenschaften in unvorhersehbarer Weise ändern kann. Dies tritt besonders dann auf, wenn die Last exzentrisch zur Drehachse positioniert ist.
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Die Änderung der Führungseigenschaften des Axiallagers äußert sich dann in drehwinkelabhängigen Taumelfehlern der Drehachse, was beim Einsatz auf Koordinatenmessgeräten zu Messfehlern führt, wenn der Drehtisch nicht nur als Positionierhilfe für das Werkstück verwendet wird, sondern als integrierte vierte Messachse.
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Darüber hinaus gehört zum Stand der Technik (
CH 480 920 A ) ein angetriebener Drehtisch an Werkzeugmaschinen, insbesondere an Flachschleifmaschinen, der eine um eine Drehachse drehbare Platte aufweist und bei dem die Platte auf drei Axiallagern, die auf einem ebenen Grundkörper sich abstützend ausgebildet sind, gelagert ist. Die Platte ist in radialer Richtung senkrecht zu der Drehachse über eine mit der Platte fest verbundenen mit wenigstens einem Radiallager gelagerten Spindel gelagert. Dieser zum Stand der Technik gehörende Drehtisch weist den Nachteil auf, dass bei Anordnung schwerer Werkstücke, die exzentrisch auf dem Drehtisch angeordnet sind, eine Verformung der Drehtischplatte bewirkt wird oder eine ungleichmäßige Belastung der Axiallager, wodurch die Drehtisch-Kinematik nachteilig beeinflusst wird.
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Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, einen Drehtisch für hochgenaue Messungen anzugeben, bei dem die Rückwirkung der Werkstücklast auf die Führungseigenschaften der Drehtischlager und damit auf das Messergebnis einer Koordinatenmessung minimiert wird.
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Dieses technische Problem wird durch einen Drehtisch mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Drehtisch, der eine um eine Drehachse drehbare Platte aufweist, bei dem
- – die Platte auf drei kinematisch voneinander unabhängigen, mitdrehenden Axiallagern, die auf einem ebenen Grundkörper sich abstützend ausgebildet sind, in axialer Richtung der Drehachse gelagert ist,
- – die Platte in radialer Richtung senkrecht zu der Drehachse über eine mit der Platte fest verbundene, mit wenigstens einem Radiallager gelagerte Spindel gelagert ist,
- – das Radiallager derart mit dem Grundkörper verbunden ist, dass die Drehachse relativ zu dem Grundkörper um Achsen, die in radialer Richtung und senkrecht zur Drehachse sich erstreckend ausgerichtet sind, kippbar ist ohne eine radiale Verschiebung der Drehachse,
zeichnet sich dadurch aus, dass eine Zusatzplatte vorgesehen ist, die sich auf jeweils einem Punkt auf den drei Axiallagern abstützt, dass die Zusatzplatte mittels dreier Lager auf der drehbaren Platte gelagert ist, und dass die Lager axial fluchtend zentrisch zu den Axiallagern angeordnet sind.
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Gemäß der Erfindung ist eine Zusatzplatte vorgesehen, die sich punktuell auf den Flächenschwerpunkten der drei Axiallager auf jeweils einem Punkt in axialer Richtung des jeweiligen Axiallagers zentrisch auf den drei Axiallagern abstützt.
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Durch diese Ausbildung, das heißt die Lagerung der Zusatzplatte auf der drehbaren Platte des Drehtisches zentrisch über den drei Axiallagern, wird der Vorteil erzielt, dass für den Fall, dass ein Werkstück nicht zentrisch bezogen auf die Drehachse angeordnet ist oder auskragt, die Krafteinleitung direkt über die Axiallager erfolgt, so dass keine weiteren Momente auf die Plattenstruktur und das Radiallager ausgeübt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Zusatzplatte als Werkstückspannplatte ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das Werkstück unmittelbar auf der Zusatzplatte angeordnet und fixiert werden kann. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Zusatzplatte von der drehbaren Platte lösbar ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, verschiedene Zusatzplatten auf der drehbaren Platte anzuordnen, je nach den Anforderungen des zu vermessenden Werkstückes.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung sind die Axial- und das Radiallager als Luftlager ausgeführt. Selbstverständlich können hier auch andere bekannte technische Lager zum Einsatz kommen, wie z. B. Gleitlager, Wälzkörperlager oder hydrostatische Lager.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Achsen, die senkrecht zur Drehachse in radialer Richtung sich erstreckend ausgerichtet sind, und um die die Drehachse kippbar ist, wenigstens annähernd in einer Lagerebene der Axiallager liegend angeordnet. Hierdurch ist ein Kippen der Drehachse ohne radiale Verschiebung der drehbaren Platte in dieser Lagerebene möglich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Radiallager über ein in axialer Richtung flexibles Ringblech mit dem Grundkörper verbunden. Dieses Ringblech erlaubt ein Kippen des Radiallagers, während ein zur Drehachse senkrechtes Ausweichen verhindert wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Radiallager als Kugellager ausgebildet, wodurch ein kräftefreies Kippen der Drehachse um den Kugelmittelpunkt ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die drehbare Platte so ausgeführt, dass die Bereiche zwischen den Stützpunkten der Axiallager ausgespart sind, so dass ein dreiachsiger Stern oder ein Speichenrad entsteht. Die Axiallager sind dann nur noch durch jeweils eine Speiche mit der Spindel des Radiallagers verbunden.
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Die Funktion der erfindungsgemäßen Lagerung ist nun wie folgt:
Befindet sich das Werkstück so auf dem Drehtisch, dass die Drehachse durch seinen Schwerpunkt verlauft, dann werden alle drei Axiallager gleichmäßig belastet, so dass keine Veränderung des Ablaufes der Drehachse auftritt. Bei einer exzentrischen Anordnung des Werkstückes bezüglich der Drehachse auf dem Drehtisch sinkt wegen der jetzt ungleichmäßigen Belastung mindestens ein Axiallager etwas ein, das heißt sein Luftspalt wird kleiner, wenn es als Luftlager ausgeführt ist. Durch die erfindungsgemäße Lagerung kippt die Drehachse in Richtung auf das eingesunkene Lager, ohne dass dabei wesentliche Momente auf die Spindel oder das Radiallager einwirken. Während der Drehung präzediert nun die momentane Drehachse auf einem Kegelmantel, dessen Symmetrieachse mit der ursprünglichen Drehachse – ohne Belastung durch das Werkstück – übereinstimmt.
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Da vor der eigentlichen Messung des Werkstückes die Lage und Orientierung des Werkstückes bezogen auf die vor der Platzierung des Werkstückes auf dem Drehtisch gemessenen Drehachse, die mit der Symmetrieachse des Präzessionskegels übereinstimmt, bestimmt wird, hat dies die gleiche Auswirkung auf das Messergebnis wie ein um den Präzessionswinkel gekippt aufgespanntes Werkstück auf einer nicht präzedierenden Drehachse. Die Koordinatenmessmaschine kann nicht unterscheiden, ob ein schief stehendes Werkstück um die ursprüngliche Drehachse gedreht wird oder ob die Drehachse zusammen mit dem Werkstück schief steht und beim Drehen ihre Orientierung mitdreht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind den Axiallagern drei Vorspannlager zugeordnet, damit sich die Axiallager auch bei geringer Belastung durch ein leichtes Werkstück in einem steifen Arbeitspunkt befinden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Vorspannung der Axiallager durch Vakuum aufgebracht, indem zwischen den Lagern und dem Grundkörper ein Vakuum eingebracht wird, so dass die Axiallager durch den äußeren Luftdruck an den Grundkörper gepresst werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei der Ausführung als Luftlager an den Axiallagern mindestens ein Drucksensor vorgesehen, der den Kammerdruck (das heißt den Druck des tragenden Luftpolsters) und damit die Belastung misst. Vorteilhaft ist jedem der drei Axiallager ein solcher Drucksensor zugeordnet. Diese Information kann beispielsweise dazu genutzt werden, das Werkstück besser auf dem Drehtisch zu zentrieren. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die drei Kammerdrücke oder ihre Umrechnung in Gewichtseinheiten auf einem Display dargestellt werden. Auch eine grafische Ausgabe der Exzentrizität der Belastung ist denkbar.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehtisches nur beispielhaft dargestellt ist. Alle Lager in den Zeichnungen sind als Luftlager dargestellt, was den allgemeingültigen Charakter der Erfindung, die Lagerausführung betreffend, nicht berührt. In der Zeichnung zeigen:
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1 einen Drehtisch in perspektivischer Ansicht, geschnitten;
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2 einen Drehtisch im Querschnitt;
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3 ein geändertes Ausführungsbeispiel eines Radiallagers im Längsschnitt.
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1 und 2 zeigen einen Drehtisch 1 mit einer drehbaren Platte 2, die mittels drei Axiallagern 3 gelagert ist. Die Axiallager 3 stützen sich auf einem Grundkörper 4 ab. Zusätzlich ist ein Radiallager 5 vorgesehen, welches ebenfalls an dem Grundkörper 4 mit flexiblen Ringblechen 18 abgestützt ist. Das Radiallager 5 greift an einer vertikal angeordneten Spindel 6 der drehbaren Platte 2 an. Die Spindel 6 ist fest mit der drehbaren Platte 2 verbunden.
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Das Radiallager 5 ist mit dem Grundkörper 4 über ein in axialer Richtung flexibles Ringblech 18 verbunden, das eine leichte Kippung einer Drehachse A der drehbaren Platte 2 jedoch keine radiale Verschiebung zulässt. Zusätzlich sind vorspannlager 7 vorgesehen, die vertikal an dem Grundkörper 4 angreifen und eine Kraft aufbringen, die der Kraft der Axiallager 3 entgegengesetzt gerichtet ist. Die Vorspannlager 7 sind mit drei Armen 8, die an der Spindel 6 angeordnet sind, gelagert. Hierzu sind federnde Lagerungen 9 vorgesehen.
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Der Drehtisch 1 weist Aufstellblöcke 10 auf. Darüber hinaus ist ein Motor 11 mit einem Tachogenerator vorgesehen, der die Spindel 6 in nicht dargestellter Weise antreibt.
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Auf der drehbaren Platte 2 ist eine Zusatzplatte 12 angeordnet. Die Zusatzplatte 12 ist mittels dreier Lager 13 auf der drehbaren Platte 2 gelagert. Die Lager 13 sind axial fluchtend zentrisch zu den Axiallagern 3 angeordnet. Das bedeutet, dass die Lager 13 in axialer Richtung gesehen über den Axiallagern 3 angeordnet sind. Diese Anordnung verhindert Biegemomente auf die drehbare Platte 2, wenn ein Werkstück (nicht dargestellt) nicht exakt zentrisch angeordnet ist oder wenn es sich um ein einseitig auskragendes Werkstück handelt.
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Um die Kammerdrücke der Axiallager 3 zu überwachen, ist auf der drehbaren Platte 2 ein Drucküberwachungssensor (nicht dargestellt) vorgesehen.
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Darüber hinaus ist zur Erfassung des Drehwinkels der drehbaren Platte 2 ein Winkelmesssystem 15 vorgesehen.
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Der Drehtisch 1 weist darüber hinaus im unteren Bereich eine Drehdurchführung für Druckluft (nicht dargestellt) auf sowie eine elektrische Signaldrehdurchführung 17. Die Drehdurchführung für die Druckluft ist erforderlich, damit die Axiallager 3 mit der notwendigen Druckluft versorgt werden. Die Druckluftführung in dem Drehtisch 1 ist nicht im einzelnen dargestellt.
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Ein Motor 11 treibt über einen Riemenantrieb 14 eine mit der Spindel 6 fest verbundene Riemenscheibe 17 an.
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Die Zusatzplatte 12 ist als auswechselbare Zusatzplatte 12 ausgebildet, das heißt, sie kann von der drehbaren Platte 2 entfernt werden, und es kann eine andere Zusatzplatte auf dem Drehtisch 1 angeordnet werden. Die Zusatzplatte 12 ist vorteilhaft als anwendungsangepasste Werkstückspannplatte ausgebildet.
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3 zeigt den Drehtisch 1 mit der drehbaren Platte 2 und der auf der drehbaren Platte 2 angeordneten Zusatzplatte 12. Die drehbare Platte 2 ist mittels der schematisch dargestellten Axiallager 3 auf dem Grundkörper 4 gelagert. Das Radiallager 21 ist als Kugellager ausgebildet. Die Spindel 6 weist einen Kugelabschnitt 20 auf. Der Kugelabschnitt 20 ist radial umlaufend um die Spindel 6 angeordnet. Dieser Kugelabschnitt 20 der Spindel 6 ist in einem kugelkalottenförmigen Radiallager 21 gelagert, beispielsweise luftgelagert. Diese Lagerung weist den Vorteil auf, dass sie ein kräftefreies Verkippen der Drehachse ermöglicht. Die Kugelflächen 20 sind an der Spindel 6 angearbeitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehtisch
- 2
- drehbare Platte
- 3
- Axiallager
- 4
- Grundkörper
- 5
- Radiallager
- 6
- Spindel
- 7
- Vorspannlager
- 8
- Arm
- 9
- Federlagerung
- 10
- Aufstellblöcke
- 11
- Motor
- 12
- Zusatzplatte
- 13
- Lager von Zusatzplatte
- 14
- Riemenantrieb
- 15
- Winkelmesssystem
- 17
- Riemenscheibe
- 18
- Ringblech
- 19
- Lagerebene der Axiallager 3
- 20
- Kugelabschnitt der Spindel 6
- 21
- Radiallager
- A-A
- Drehachse
