-
Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschinenkomponente mit Drehantrieb,
insbesondere Drehkopf für
Motorspindeln oder Drehtisch für
Werkstücke,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Stand der Technik:
-
Aus
dem Stand der Technik bekannt sind handelsübliche Drehtische, welche über keinerlei Selbstklemmung
im Antriebssystem verfügen
und daher oft mit teuren und aufwendigen reib- bzw. formschlüssigen Klemmungen
versehen sind. Meistens ist auch die Lagerung der rotierbaren Tischplatte
sehr aufwendig bzw. kostenintensiv.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschinenkomponente mit Drehantrieb,
insbesondere Drehkopf für
Motorspindeln oder Drehtisch für
Werkstücke,
mit wenigstens einer Rotationsachse vorzuschlagen, bei der die Lagerbelastung
im Betrieb der Werkzeugmaschine verringerbar ist.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Werkzeugmaschinenkomponente der eingangs genannten Art
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
-
In
den abhängigen
Ansprüchen
werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele
und Weiterbildungen der Erfindung genannt und erläutert.
-
Dementsprechend
zeichnet sich eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschinenkomponente
dadurch aus, dass das Klemmelement wenigstens mit dem Klemmbereich
in radialer Richtung außerhalb des
Lagers angeordnet ist.
-
Derartige
Werkzeugmaschinen werden für verschiedene
Zwecke benötigt,
insbesondere zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, aber
auch beispielsweise zum Polieren oder Ähnlichem. Eine besondere Rolle
spielen dabei auch Dreh- bzw. Fräsarbeiten.
Einige Werkzeugmaschinen sind dabei sowohl für Dreh- als auch für Fräsarbeiten
geeignet. Je nach Bearbeitungsart rotiert folglich entweder das Werkstück oder
das Werkzeug. Bei Bearbeitungsvorgängen, bei denen insbesondere
große
Mengen an Material vom Werkstück
abgenommen werden, sind die Werkzeugmaschinenkomponenten großen mechanischen
Belastungen ausgesetzt. Einerseits müssen derartige Werkzeugmaschinenkomponenten
beispielsweise zur Drehung bzw. Positionierung eines Werkstücks Rotationselemente
umfassen, andererseits müssen
während
des Werkzeugbetriebs diese Rotationselemente hinreichend geklemmt
werden, um den mechanischen Belastungen während der Bearbeitungen Stand
halten zu können.
-
Bei
einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenkomponente
ist das Klemmelement in radialer Richtung außerhalb des Lagers, d. h. in
einem größeren Abstand
zur Rotationsachse als das Lager angebracht. Dieses Merkmal ermöglicht eine
Reihe von Vorteilen. Im Werkzeugbetrieb wirken eine Reihe von Kräften auf
das Rotationselement, welche insbesondere im geklemmten Zustand
aufgenommen werden müssen.
Ist das Klemmelement in radialer Richtung in einem größeren Abstand
zur Rotationsachse angebracht als das Lager, so kann dieses im Wesentlichen
diese Kräfte
aufnehmen. Andernfalls würden sonstige
Teile der Werkzeugmaschinenkomponente, insbesondere das Lager bzw.
die Lager wesentlich stärker
belastet als die Klemmung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass
das Lager vergleichsweise klein ausgebildet werden kann. Dies ermöglicht schon
deshalb einen ganz besonderen Kostenvorteil, da die Kosten von Lagerelementen
mit deren Größe sehr
stark ansteigen. Zudem wird die Werkzeugmaschinenkomponente durch
die verringerbare Lagerbelastung wesentlich weniger wartungsanfällig.
-
In
der Regel wird eine relativ einfache Fertigung der Klemmeinheit
ermöglicht,
da die zu fertigenden Bauteile derart gestaltet werden könne, dass
sie mit gängigen
Methoden herstellbar sind. Ein zusätzlicher Kostenvorteil kann
dadurch erzielt werden, dass eine weitere Schleifbearbeitung vermieden
werden kann.
-
Eine
Drehbewegung des Rotationselementes um die zugehörige Rotationsachse wird durch tangentiale
Kräfte
hervorgerufen. Zu den bei der Werkstückbearbeitung auftretenden
Kräften
zählen im
Besonderen solche nicht tangentialer Richtung. Folglich ist bei
einer Werkzeugmaschinenkomponente gemäß der Erfindung das Klemmelement
auch zur Aufnahme von nicht tangentialen Kräften, die durch den Werkzeugbetrieb
der Werkzeugmaschine auftreten, ausgebildet. Als besonders vorteilhaft
erweist es sich, dass eine Erhöhung
der Gesamtsteifigkeit, insbesondere der Kippsteifigkeit bei einer
Klemmung des Rotationselementes erreicht werden kann.
-
Außerdem ist
bei einer Ausführungsform
der Erfindung ein bezüglich
des Rotationselement statisches Element vorhanden. Die bereits genannten Kräfte, welche
beim Werkzeugbetrieb der Werkzeugmaschine auftreten, können umso
besser aufgenommen werden, je größer das
Klemmelement ausgebildet ist. Bezüglich der Konstruktion ist
es daher bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft,
wenn das Klemmelement bezüglich
der Rotationsachse am Außenrand
des Rotationselements und/oder des statischen Elements angebracht
ist. Insbesondere bei Kräften,
die rein prinzipiell für
eine Verkippung des Rotationselementes sorgen würden, ist diese Anordnung zur
Kraftaufnahme besonders zu bevorzugen, da der Kraftarm zwischen
der Klemmung und der Lagerung bzw. der Rotationsachse zur Bereitstellung
einer Gegenkraft sehr groß bzw.
unter Umständen
maximal gewählt
ist. Anders ausgedrückt besitzt
das dem durch die Belastung hervorgerufenen Drehmoment entgegengesetzte
Drehmoment den maximal möglichen
Hebel- bzw. Kraftarm.
-
Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der
Erfindung umfasst das Klemmelement wenigstens eine Bremsscheibe.
Bremsscheiben sind ein gängiges
und effektives Mittel zum Abbremsen einer Rotationsbewegung bzw.
zum Verklemmen des Rotationselementes. Falls dies bei einer Wartung
erforderlich ist, können
solche Bremsscheiben in der Regel auch einfach und relativ kostengünstig ausgetauscht
werden. Bremsscheiben sind in der Regel relativ flach und können platzsparend
im Zusammenhang mit der Klemmvorrichtung verwendet werden.
-
Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, dass das Klemmelement als selbsttätig verspannende und aktiv
lösbare
Klemmvorrichtung ausgebildet ist. Vorteilhaft ist hieran, dass beispielsweise
nur für
einzelne Positionierungsvorgänge
die Klemmung aktiv gelöst werden
muss. Außerdem
bietet eine solche Klemmvorrichtung enorme Sicherheitsvorteile,
da bei einer Unterbrechung der aktiven Betätigung bzw. Lösung der
Klemmvorrichtung automatisch sofort wieder der Klemmungszustand
eintritt.
-
Ebenso
kann bei einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung aber auch ein federnder Klemmring vorhanden sein. Die
Wahl, welche Art einer selbsttätigen
Verspannung der Klemmvorrichtung vorliegen soll, hängt im Wesentlichen
von der gewünschten Bauart
der Ausführungsform
der Erfindung ab.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Lösevorrichtung
zur Lösung
der Klemmvorrichtung vorhanden. Diese Lösevorrichtung kann entsprechend
der aktiven Lösung
der Klemmvorrichtung dienen.
-
Eine
bevorzugte Lösevorrichtung
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst dabei einen mit Druck beaufschlagbaren Ringkolben.
Dieser Ringkolben kann in seiner Größe der Klemmeinheit angepasst
werden. Somit umfasst diese Ausführungsform eine
Lösevorrichtung,
die der mechanischen Klemmung sehr gut angepasst sein kann. Außerdem kann somit
gleichmäßig eine
Kraft auf die Klemmung ausgeübt
werden.
-
In
der Regel wird der Ringkolben nicht direkt über eine Druckkammer mit Druck
beaufschlagt, sondern über
Einzelkolben.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, zur Beaufschlagung mit Druck gängige bzw.
etablierte Mittel aus der Werkzeugmaschinentechnik zu verwenden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung umfassen daher hydraulisch
bzw. pneumatisch mit Druck beaufschlagbare Einzelkolben.
-
Außerdem ist
bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung das Lager als Wälzlager
ausgebildet. Auch hierfür
gibt es mehrere Möglichkeiten,
wie beispielsweise Kugellager, insbesondere aber auch Rollenlager.
Es ist noch einmal zu betonen, dass es in der Regel ausreichend
sein kann, hierbei ein relativ kleines Lager zu verwenden, was einen
enormen Kostenvorteil ermöglicht.
Da die Lagerung bei der Erfindung bzw. den Ausführungsbeispielen und Weiterbildungen
der Erfindung einer geringeren Belastung ausgesetzt sein kann, kann
sich dies insbesondere auch positiv auf die Genauigkeit und Präzision der
Werkzeugmaschine auswirken.
-
In
der Regel ist die einfachste Anordnung bei einer Ausführungsform
der Erfindung, die Mittenachse des Klemmelements, die Mittenachse
des Lagers und die zugehörige
Rotationsachse koaxial vorzusehen. Hierdurch wird insbesondere eine
kompakte Anordnung und Bauweise ermöglicht.
-
Weiterhin
sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung denkbar, bei denen die Bremsscheibe am Rotationselement
befestigt ist.
-
Vorteilhaft
ist es bei einer Weiterbildung der Erfindung, einen Gegenhalter
als Reibfläche
der Bremsscheibe bei der Klemmung vorzusehen. Dieser Gegenhalter
kann demnach auf der in Bezug auf die Bremsscheibe gegenüberliegenden
Seite des Klemmrings an der Bremsscheibe angreifen.
-
Entsprechend
ist bei einer Ausführungsform der
Erfindung ein beschichteter Gegenhalter vorgesehen, um den Reibwert
zu erhöhen
und die Gefahr des Kaltverschweißens zu verringern. Zusätzlich kann
dadurch auch die Gefahr des Versagens der Klemmung vermindert werden.
-
Der
Gegenhalter kann bei der Ausführungsform
der Erfindung so ausgebildet sein, dass er den Ringkolben wenigstens
teilweise umgibt. Um den Ringkolben mit Druck beaufschlagen zu können, kann
bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die
Druckkammer in den Gegenhalter integriert sein. Dies ermöglicht eine äußerst kompakte
Bauweise und verringert außerdem
das Risiko von Leckagen an Druckleitungen innerhalb der Werkzeugmaschine,
da der Gegenhalter möglichst
zusammenhängend
ausgebildet werden und insbesondere die Druckkammer möglichst
wenig bzw. gar keine Nahtstelle an dem Gegenhalter zugewandten Seiten
aufweisen kann.
-
Ausführungsbeispiel:
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Im
Einzelnen zeigt
-
1 einen
Drehtisch mit einem Klemmelement gemäß der Erfindung.
-
In 1 ist
ein Drehtisch 1 mit einem Rotationselement 2 und
einem statischen Element 3 abgebildet. Das in Bezug auf
das statische Element 3 drehbare Rotationselement 2 ist
durch ein Rollenlager 4 gelagert. Die hier nicht dargestellte
Mittenachse des Rollenlagers 4 verläuft koaxial zur Rotationsachse.
Am Außenrand
des Rotationselements 2 ist ein Befestigungsring 6 mit
Schraubmitteln 16 angebracht, welcher eine Bremsscheibe 5 haltert.
Diese Bremsscheibe 5 greift ein zwischen einem Klemmring 7 und
einem Gegenhalter 8. Klemmring 7 und Gegenhalter 8 verspannen
die Bremsscheibe 5 selbsttätig. Zur aktiven Lösung ist
unter anderem ein Ringkolben 11 vorgesehen, der gegen den
Klemmring 7 gedrückt
werden kann. Der Ringkolben 11 steht in Kontakt mit mehreren
Kolben 12, die durch eine Feder 14 in einer gewissen
Vorspannung gehalten wird.
-
Außerdem ist
eine Druckkammer 19 vorhanden, welche zur Druckbeaufschlagung
der Kolben 12 bzw. des Ringkolbens 11 dient. Wird
mit Hilfe der Druckkammer 19 der Ringkolben 11 mit
Druck beaufschlagt, so drückt
dieser gegen den Klemmring 7, wodurch die Bremsscheibe 5 aktiv
gelöst
wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Druckbeaufschlagung durch hydraulische Mittel realisiert.
Wird der Hydraulikdruck weggenommen, so genügt die Klemmkraft des Klemmrings 7,
um die Bremsscheibe 5 wieder selbsttätig zu verspannen. Die Druckkammer 19 ist
in den Gegenhalter 8 integriert. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist ein Blech 13 zur sicheren Abdichtung der Kontaktflächen der
Druckkammer 19 zum restlichen statischen Element 3 angebracht.
An der Mantelfläche
des Gegenhalters 8 sind weitere Dichtelemente 9 vorgesehen,
um zu verhindern, dass keine Fremdkörper bzw. Fremdmedien, wie
z. B. Kühlwasser,
von außen
in das Innere des Drehtisches 1 eindringen können.
-
Wie
bereits erwähnt,
wird durch die Federvorspannung des Klemmringes 7 die Bremsscheibe 5 gegen
den ringförmigen
Gegenhalter 8 gedrückt. Bei
dieser Ausführungsform
ist der Kontaktbereich am Gegenhalter 8 mit einer Beschichtung
versehen, um den Reibwert zu erhöhen
und die Gefahr von Kaltverschweißungen zu verringern. Der Klemmring 7,
welcher durch Schraubmittel 15 am statischen Element 3 befestigt
ist, sorgt für
die nötige
Axialfixierung des Lagers 4. Das statische Element 3 beherbergt außerdem den
Stator 17. Ebenfalls dargestellt ist der Rotor 18 des
Motors.
-
Allen
Ausführungsbeispielen
und Weiterbildungen der Erfindung ist jedoch gemeinsam, dass das
Klemmelement wenigstens mit dem Klemmbereich in radialer Richtung
außerhalb
des Lagers angeordnet ist.
-
- 1
- Drehtisch
- 2
- Rotationselement
- 3
- statisches
Element
- 4
- Rollenlager
- 5
- Bremsscheibe
- 6
- Befestigungsring
- 7
- Klemmring
- 8
- Gegenhalter
- 9
- Dichtelement
- 10
- Beschichtung
- 11
- Ringkolben
- 12
- Kolben
- 13
- Blech
- 14
- Feder
- 15
- Schraubmittel
- 16
- Schraubmittel
- 17
- Stator
- 18
- Rotor
- 19
- Druckkammer