DE102008045793A1

DE102008045793A1 - Rotierendes Sichtfenster

Info

Publication number: DE102008045793A1
Application number: DE200810045793
Authority: DE
Inventors: Horst Bauer
Original assignee: Autz & Herrmann GmbH
Current assignee: ROTOCLEAR GMBH, DE
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2028-09-06
Also published as: DE102008045793B4

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um ein rotierendes Sichtfenster (1), das in eine oder auf eine feststehende Scheibe (2) montiert ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei reduzierter Bautiefe, dem Betrachter ein möglichst großes Sichtfeld zu erschließen. Dazu ist die elektrisch angetriebene Scheibe flach ausgeführt. Sie gewährleistet einen universellen und sicheren Einsatz bei Werkzeugmaschinen. Die Aufgabe wird durch Integration des Rotors (3) in die Durchsichtscheibe (7) und die des Stators (4) in topfförmiger Anordnung am Umfang der Durchsichtscheibe (1) unter Beachtung aller relevanten technischen Parameter gelöst.

Description

1. Einleitung
Rotierende Sichtfenster werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Übliche Anwendungen sind vorhanden im Schiffsbau, im Fahrzeugbau, im Flugzeugbau, in der Werkzeug- und Bearbeitungsindustrie, der Landmaschinenindustrie und vielen anderen Bereichen, in denen eine klare Durchsicht von Fenstern gewährleistet sein muss. So treten insbesondere im Schifffahrtsbetrieb enorme Mengen von Wasser, analog bei der Bearbeitung von Werkstücken in Maschinen, große Mengen von Kühlschmierstoff auf, die die Sicht durch die Frontscheibe oder die Maschinenumhausung behindern. Durch eine hohe Umdrehungszahl der Rotationsscheibe, die gegen das störende Medium gerichtet ist, wird das aufprallende Medium bedingt durch die Fliehkraft nach außen weggeschleudert. Verschiedene Lösungen sind am Markt bekannt. Sie weisen bedingt durch ihre Bauart bestimmte Nachteile auf.
So sind die mit Gas oder Luft angetriebenen Sichtfenster relativ laut. Das wirkt sich störend auf den Menschen aus, der durch das Fenster einsieht. Schwingungen können sich auf hochpräzise Bearbeitungsprozesse übertragen und sich negativ auf den Prozess auswirken. Der Luftverbrauch ist groß und die dadurch entstehenden Betriebskosten wirken sich gerade in der Bearbeitungsindustrie negativ aus. Siehe auch WO002007044718 , DE4117421 .
Durch Flüssigkeit oder das Kühlmedium angetriebene Sichtfenster in der Bearbeitungsindustrie sind wartungsintensiv. Bei Ruhezeiten können die Medien verharzen und führen zum Stillstand der Rotationsscheibe. Gleichfalls ist eine Filterung der Medien unbedingt erforderlich, so dass Schmutzpartikel und Späne ferngehalten werden und die Sichtscheibe nicht blockieren. Bestehende Maschinen mit ungenügenden Filtern müssen dadurch kostenintensiv aufgerüstet werden. Siehe auch WO002007044718 , DE 20 2007 015 322 , DE4211194 .
Aufbauten mit handelsüblichen Motoren in Achsmitte vergrößern die Bautiefe und schränken dadurch das Sichtfeld ein. Zur Ableitung der Kräfte werden oft Stege eingesetzt, an denen auch die elektrische Zuleitung des Motors untergebracht ist. DE3414487 , DE3532362 .
Aufbauten mit peripherer Lagerung weisen generell hohe Reibungskräfte auf, die den Wirkungsgrad des eingesetzten Antriebselementes verschlechtern. Geplante periphere drehfeldgetriebenen Asynchronmotoren benötigen einen verhältnismäßig großen Bauraum. Das in üblicher Bauweise eingesetzte Stator-Blechpaket hat eine große Masse, benötigt viel Raum, ist dadurch teuer und überdimensioniert, denn die erzeugten Drehmomente werden nicht benötigt. DR717240, DE 3310163 .
Durch ständiges Auftreffen von Kühlflüssigkeit und Späne auf die rotierende Scheibe unterliegt die Scheibe selbst einem Verschleiß und/oder einem Auftrag von eintrübenden Stoffen, der die Sicht durch die Scheibe verschlechtert. Bei Scheiben aus Kunststoff dringen anlösende Bestandteile des Kühlschmierstoffes in diesen und verspröden dessen Materialstruktur. Diese bewirkt eine reduzierte Standzeit bei feststehenden Wechselscheiben von aktuell eingesetzten Drehfenstern.
2. Beschreibung
Die Erfindung betrifft die Lösung für den sicheren, ergonomischen und wirtschaftlichen Betrieb einer rotierenden Durchsichtscheibe unter Berücksichtigung der aktuell bekannten Parameter.
Bei Werkzeugmaschinen wird in der Regel die Tür der Maschinenverkleidung (2) innen oder außen an der Umhausung parallel verschoben und damit geöffnet. Die Rotierende Scheibe (1) ist dabei oft in die Tür eingebaut. Der dadurch entstehende Spalt zwischen Tür und Umhausung bestimmt die Bauhöhe beziehungsweise den Überstand der Rotierenden Scheibe gegenüber der Tür. Eine flache Bauweise wird angestrebt und reduziert zudem den visuellen Tunneleffekt der sich dem Bediener der Maschine darstellt. Die aufgezeigte Lösung lässt sich durch die flache Bauweise ideal in die Tür integrieren, beziehungsweise benötigt geringsten Raum bei einer in die Tür integrierten Einheit.
Der elektrische Antrieb ist als 3-Phasen verschobener Schrittmotorenantrieb (3 und 4), beziehungsweise als ein Elektronikmotor am Umfang der Rotierenden Scheibe (1) realisiert. Dies hat zum Vorteil, dass der Motor nicht überdimensioniert wird, in der Masse reduziert ist, einen einfachen mechanischen Aufbau hat und trotz Applikation am Umfang einen geringen Bauraum beansprucht. Die Permanentmagnete (9) oder Anker sind hierbei fest am Umfang der rotierenden Durchsichtscheibe (7) montiert und bilden mit dieser den Rotor (3). Der Rotor wird mittels einer Schraube (15) im Achskern (16) befestigt. Durch Anordnung der Motorkomponenten wie bei einem Glockenankermotor, also durch stirnseitiges Eintauchen der Rotormagnete (9) in die Erregerspulen (29), ist ein schneller Austausch oder eine einfache Wartung und Reinigung der Rotationsscheibe (7) möglich. Die im Statorring eingelassenen Erregerspulen mit ihren stirnseitig ausgerichteten Kernen (12) sind am Umfang versetzt so angeordnet, dass in jeder Rotor-Stellung eine ausreichende Polüberdeckung erreicht wird. Die einhergehende Reduzierung der Kernmassen wird durch Verwendung neuartiger Sinterwerkstoffe unterstützt. Durch eine/mehrere am Statorring befestigte Elektronikplatine (25) werden die segmentweise angeordneten Spulen (29) angesteuert. Die elektrischen Schrittimpulse werden in ihrem Frequenzbild verändert, so dass mit einer definierten elektrischen Rampe eine kontinuierliche und gleichförmige Drehbewegung erreicht wird. Die Drehzahl der Scheibe und die daraus entstehende Fliehkraft beim Auftreffen der Kühlflüssigkeit gewährleistet das Abschleudern und eine freie Durchsicht auf den Betrachtungsraum. Bei Störeinflüssen, wie Abbremsen durch Späne oder extrem großem Wasseranfall regelt die integrierte Steuerung die Drehzahl nach. Dazu kann ein Sensor im Statorring (4) eingebaut sein, der die Drehzahl erfasst.
Im Statorring ist neben den Spulen und der Ansteuerelektronik, die im wärmeableitenden Grundring (5) vergossen sind, auch der Kabelanschluss (21) mit Zugentlastung (22) untergebracht. Ein Überkreuzen des Sichtfeldes durch das Anschlusskabel (21) wird dadurch vermieden. Optional wird im Statorring ein Heizelement (30) für die Anwendung bei Schiffen eingesetzt. Teure Zwischenstecker entfallen.
Der Stator (4) ist im Flansch untergebracht und mit diesem verbunden. Der Flansch (11) wiederum ist in die Maschinenumhausung eingelassen und darin befestigt. Die Materialstärke des Flansches entspricht mindestens der Dicke der Maschinenumhausung und stützt innen die integrierte, feststehende Sicherheitsscheibe (6) ab. Die Sicherheitsscheibe selbst ist im Statorring (5) zentriert und im Flanschring (11) befestigt. Dadurch werden Symmetrie- und Toleranzfehler vermieden, und der Aufbau ermöglicht einen geringen Luftspalt zwischen Rotor und Stator.
In der Einbauversion wird durch Einarbeiten eines Loches in die Maschinenscheibe die Sicherheitsfunktion unterbrochen, die durch den Flansch (11) und die integrierte Sicherheitsscheibe (6) wieder hergestellt wird. In der Sicherheitsscheibe untergebracht ist die Lagereinheit, die aus 2 Flanschlagern (17) und dem Lagerkern (16) besteht.
Die Sicherheitsscheibe (6) ist in Material und Widerstandskraft so ausgeführt, dass die von der Umhausung vorgegebenen und für die Sicherheit der Maschine erforderlichen Rückhaltekräfte erreicht werden. Die Sicherheitsscheibe (6) ist in der Regel aus Polykarbonat. Optional kann diese aus jedem anderen durchsichtigen Material oder einem Materialverbund hergestellt sein, das oder der die erforderlichen Spezifikationen erfüllt.
Die Rotorsichtscheibe (7) wird stirnseitig direkt am Innenring des Flanschlagers (17) abgestützt und durch den Lagerkern (16) zentriert. Toleranzadditionen werden damit weitgehend vermieden.
Bei der auf die Sicherheitsscheibe (2) der Werkzeugmaschine aufgesetzten Version oder bei der Anwendung bei Schiffen erfüllt die Scheibe (1) selbst keine Sicherheitsfunktion. Sie dient ausschließlich als Träger für den Lagerkern.
Die auf ein vorhandenes Fenster einer Werkzeugmaschine aufgesetzte Version, ist durch eine geeignete Klebeverbindung zwischen Flansch und Scheibe verbunden.
3. Liste der Abbildungen
1 zeigt ein Rotationssichtfenster (1), das in eine Sicherheitsverbundglasscheibe (2), zum Beispiel einer Werkzeugmaschine, integriert ist. Es wird in einer perspektivischen Darstellung die Seite gezeigt, die dem Betrachter zugeordnet ist. Das Anschlusskabel (21) und die Kabelabdeckung (27) sind außen auf der Maschinenverkleidung angebracht.
2 zeigt den Querschnitt durch ein Rotationssichtfenster (1), das auf ein Verbundfenster (2) mittels dem Aufsatzflansch (19) aufgeklebt ist. Das Rotationssichtfenster (1) ist mit dem Flansch (11) auf dem Klebeflansch (19) befestigt. Wiederum in diesem Flansch (11) ist der Stator (4) befestigt, dessen Statorgrundgehäuse (5) sichtbar ist. Die Rotorsichtscheibe (7) taucht in den Stator (4) ein und bildet so einen Glockenankermotor nach. Die durchsichtige Trägerscheibe (6) nimmt die Lager (17) auf, in deren Inneren der Lagerkern (16) angeordnet ist. Über den Lagerkern (16) wird die Rotorsichtscheibe (7) zentriert und mit der Befestigungsschraube (15) wird die Rotorsichtscheibe (7) an den Innenring des Lagers (17) stirnseitig angedrückt. Das Anschlusskabel (21) ist mit einer Zugentlastung (22) am Statorgrundgehäuse (5) befestigt. Mit dem Anschlussadapter (31) wird optional ein Schutzrohr oder ein Schutzschlauch angeschlossen und das Kabel (21) vor Beschädigung geschützt.
3 zeigt einen Querschnitt aus der Randzone des Rotationssichtfensters (1), in der die Anordnung der Spulen (14) im Stator (4) sichtbar ist. Mann sieht deutlich, wie der glockenförmig ausgebildete Rotor (3) mit der Rotorsichtscheibe (7) und den aufgesetzten Ankern (9) in den Spulenkern (12) eintaucht. Die für den Wasserablauf geschaffene Hinterdrehung (28) verhindert bei großem Wasseranfall den Ablauf. Die Trägerscheibe (6) dient hier nur der Aufnahme der Lager.
4 stellt ebenfalls den Querschnitt aus der Randzone dar. Wesentlicher Unterschied zur Darstellung 3 ist die Ausführung des Rotors (3), bei dem eine glatte Scheibe (7) aus Glas oder einem anderen durchsichtigen Material verwendet wird. Die Magnete oder Anker (9) sind hier in den Rotoraußenring (8) eingelassen und eingeklebt. Der Rotoraußenring (8) ist durch Bördeln und/oder Kleben an der Scheibe (7) befestigt. Auch sieht man, dass die Magnete (9) die Spulenelemente (29) durchlaufen können.
5 zeigt den Querschnitt eines Rotationssichtfensters (1), das in ein Verbundfenster (2) einer Werkzeugmaschine integriert ist. Der Flansch (11) ist in eine Öffnung im Verbundfenster (2) eingelassen. Die Sicherheitsfunktion des Verbundfensters (2) ist unterbrochen und wird hier durch die Sicherheitsscheibe (6) wiederhergestellt. Dabei ist die Sicherheitsscheibe (6) im Flansch (11) abgestützt und im Stator (4) zentriert. Die Bohrung zur Aufnahme der Lager (17) in der Sicherheitsscheibe (6) unterbricht ebenfalls die Sicherheitskette. Die Befestigungsschraube (15) überdeckt mit ihrem Außendurchmesser den des Bohrungsdurchmessers der Scheibe (6). Die Lagerabdeckung (18) schützt den Betrachter, der auf der gegenüber liegenden Seite der Rotorsichtscheibe (7) steht. Das Anschlusskabel (21) befindet sich hier auf der Außenseite der Maschinenumhausung und ist mit dem Schutz (24) auf der Scheibe (2) fixiert.
6 zeigt eine Teilansicht, beziehungsweise ein Segment des Rotationssichtfensters (1), mit Blickrichtung in den Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine. Teile des Rotationssichtfensters (1) sind hierbei ausgeblendet, so dass man den Statorgrundkörper (5) mit den eingelassenen Spulenkernen (12), den darauf angeordneten Wickelkörpern (13) und den Spulen (14) sieht. Die Ansteuerelektronik (25) ist auf dem Statorgrundkörper (5) befestigt. Im Freiraum (30) kann optional ein Heizelement (30) untergebracht sein.
7 zeigt eine Teilansicht des Rotationssichtfensters (1) aus dem Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine gerichtet. Teile des Rotationssichtfensters (1) sind entfernt, so dass die Anordnung und Lage der Spulenkerne (12) zur Lage der Magnete (9) sichtbar wird.

1: Rotationssichtfenster
2: Verbundfenster einer Werkzeugmaschine
3: Rotor
4: Stator
5: Statorgrundgehäuse
6: Sicherheitsscheibe beziehungsweise Trägerscheibe
7: Rotorsichtscheibe
8: Rotoraußenring
9: Magnet beziehungsweise Anker
10: Schutzabdeckung Anker
11: Flansch
12: Spulenkern
13: Wickelgehäuse
14: Spule
15: Befestigungsschraube
16: Lagerkern
17: Lager
18: Lagerabdeckung
19: Aufsatz beziehungsweise Klebeflansch
20: Klebespalt
21: Anschlusskabel
22: Kabelzugentlastung
23: Abdeckring
24: Kabelbefestigung
25: Steuerplatine
26: Polüberdeckung
27: Äußerer Rand des Rotors
28: Ablaufnut im Stator
29: Spuleneinheit
30: Heizelement
31: Anschlussadapter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 002007044718 [0002, 0003]
- DE 4117421 [0002]
- DE 202007015322 [0003]
- DE 4211194 [0003]
- DE 3414487 [0004]
- DE 3532362 [0004]
- DE 3310163 [0005]

Claims

Rotierendes Sichtfenster (1), das in oder auf ein vorhandenes Fenster einer Werkzeugmaschine (2), der Frontscheibe auf der Brücke eines Schiffes, oder in ein sonstiges, der Sichtverbesserung durch Wegschleudern von Flüssigkeiten und/oder anderen Stoffen montierbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) des ausgeführten Elektronikmotors oder des phasenverschobenen Schrittmotors in einer Baueinheit, bestehend aus Rotorsichtscheibe (7) und ringförmig angeordneten Magneten (9) glockenförmig und so ausgebildet sind, dass der Rotor (3) mit den darauf befestigten Magneten (9) durch Verschieben in Richtung der Rotationsachse einfach in die versetzt ringförmig im Stator (4) angeordneten Spuleneinheiten (27) eingeführt werden kann und der Rotor (3), beziehungsweise die Rotationsscheibe (7) mit dem Entfernen der Befestigungsschraube (15) leicht ausgetauscht und/oder gereinigt werden kann.
Rotierendes Sichtfenster (1) nach Anspruch 1 und 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (14) im Stator (4) segmentförmig und in diesen Segmenten versetzt um den Teiler der Phasen so angeordnet sind, dass eine der Bewegung folgende, gleichmäßige Polüberdeckung (26) erreicht wird und bei kontinuierlicher Impulsbestromung der Spulen (14) ein konstantes Drehmoment des Rotors (3) erzeugt wird.
Rotierendes Sichtfenster (1) nach Anspruch 1 bis 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (14) in Einzelkernen (12) aus gesintertem Material und/oder aus zusammengesetzten Kernen und/oder in einem umlaufenden Kern mit üblichen Blechpaketen im Stator angeordnet sind und die Polüberdeckung erreicht wird.
Rotierendes Sichtfenster (1) nach Anspruch 1 bis 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anordnung des Rotors (3) im Stator (4) eine spalt- und/oder labyrinthartige Dichtung entsteht, die weitgehend eine Verschmutzung im Innenaum des Rotierenden Sichtfensters (1) vermeidet.
Rotierendes Sichtfenster (1) nach Anspruch 1 bis 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass durch die Formgebung des äußeren Randes (27) des Rotors (3) und der eingedrehten Nut (28) am Statorgrundgehäuse (5) die Flüssigkeit in geeigneter Weise abschleudert wird und/oder das Kühlmittel und/oder das Wasser in der Ringnut (28) ablaufen kann.
Rotierendes Sichtfenster (1) nach Anspruch 1 bis 6 ist gekennzeichnet durch einen Flansch (11), der so ausgebildet ist, dass er bei unterbrochener Sicherheitsfunktion der Maschinenumhausung (2) durch den Einbau, die Rückhaltekräfte gegen herausschleudernde Gegenstände bei der Bearbeitung wiederherstellt und/oder mit der Sicherheitsscheibe (6) so ausgeführt ist, dass der Flansch (11) und die Sicherheitsscheibe (6) durch Abstützung und Zentrierung mindestens die gleiche oder sicherheitstechnisch bessere Rückhaltefunktion besitzt.
Rotierendes Sichtfenster (1) nach Anspruch 1 bis 7 ist gekennzeichnet durch einen Flansch (19), der so ausgebildet ist, dass er auf eine vorhandene glatte Scheibe einer Werkzeugmaschine (2) befestigt werden kann, und/oder darauf geklebt und/oder darauf geklemmt werden kann und durch geeignete Dichtstoffe oder einen O-Ring gedichtet werden kann und der das Rotierende Sicherheitsfenster (1) aufnehmen kann.
Rotierendes Sichtfenster (1) nach Anspruch 1 bis 8 ist gekennzeichnet durch einen Stator (4), der bestehend aus mindestens drei versetzt angeordneten Spuleneinheiten (29) in mindestens einer Gruppe segmentförmig angeordnet ist und optional der zugehörigen Steuerelektronik (25) und optional einer Zugentlastung (22) für das Anschlusskabel (11) und optional einem Heizelement (30) besteht und dieser Stator (4) im Flansch (11) befestigt ist.
Rotierendes Sichtfenster (1) nach Anspruch 1 bis 9 ist gekennzeichnet durch eine Sicherheitsscheibe (6) oder eine Trägerscheibe (6), die aus einem durchsichtigen Material wie Polycarbonat und/oder einem Glas und oder einem Verbundglas aus Polycarbonat und Glas und/oder einem anderen durchsichtigen Werkstoff oder Werkstoffverbund besteht und/oder achsmittig eine Bohrung zur Aufnahme der Lager (17) aufweist und eine Beschichtung oder mehrere Beschichtungen aufweist, die die Versprödung durch Diffusion der ölhaltigen Nebel verhindert oder weitgehend reduziert.
Rotierendes Sichtfenster (1) nach Anspruch 1 bis 10 ist gekennzeichnet durch eine Rotorsichtscheibe (7), die durch das Herstellungsverfahren wie Pressglas und/oder durch eine andere Bearbeitungsmethode erzeugt und mit angeschliffenen Flächen und/oder Konen zur exakten und rund laufenden Aufnahme versehen ist und/oder ausgewuchtet ist und die zur Aufnahme der Dauermagnete (9) eingeschliffene Taschen im topfförmig ausgeführten Rand aufweist und eine oder mehrere Beschichtungen aufweist, die den Verschleiß durch ständiges Auftreffen von Flüssigkeit und Spänen reduziert.
Rotierendes Sichtfenster (1) nach Anspruch 1 bis 11 ist gekennzeichnet, durch eine Rotorsichtscheibe (7), die aus einer glatten Scheibe aus Einscheibensicherheitsglas und/oder einem Sicherheitsverbundglas und/oder aus einem sonstigen durchsichtigen Material hergestellt ist und mit angeschliffenen Flächen zur exakten und rund laufenden Aufnahme versehen ist und einen aufgeklebten und/oder angebördelten Ringflansch (8) aufweist, der mit dem topfförmigen Rand im Stator (4) rund und ohne merkliche Unwucht läuft und/oder ausgewuchtet ist und eine Beschichtung oder mehrere Beschichtungen aufweist, die den Verschleiß durch ständiges Auftreffen von Flüssigkeit und Spänen reduziert.