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Die
Erfindung betrifft einen Fräskopf umfassend eine Gabel,
die zwei voneinander beabstandete Gabelarme aufweist, eine um eine
erste Achse drehbar zwischen den Gabelarmen angeordneten Spindelbaugruppe
und mindestens eine mit der Spindelbaugruppe gekoppelte Motoreinrichtung
für einen direkten Drehantrieb der Spindelbaugruppe um
die erste Achse.
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Ein
derartiger Fräskopf ist aus der
EP 0 885 081 B1 bekannt,
wobei die Motoreinrichtung einen drehmomentenstarken Servomotor
mit einem Stator und einem Rotor aufweist, der Stator in einer Ausnehmung
in einem der Gabelarme gelagert ist und der Rotor direkt mit einer
der Seiten der Spindelbaugruppe zum Antrieb und zur Steuerung der
Spindelbaugruppe um die erste Achse, auch als A-Achse bezeichnet,
verbunden ist.
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Der
Stator ist in der Ausnehmung nur schwer zugänglich. Eine
Montage und/oder eine Demontage z. B. in einem Wartungs- und/oder
Reparaturfall ist somit bei einem derartigen Fräskopf mit
einem großen Aufwand verbunden. Es ist daher beispielsweise aus
der
EP 1 880 796 A1 be kannt,
eine Statoreinheit an einer Außenseite eines Gabelarms
anzubringen, wobei ein Rotorring eines zugehörigen Rotors
an einem die Rotorwelle bildenden Rotorträger angeordnet
ist, welcher mit einem Gehäuse der Spindelbaugruppe über
eine Schraubenverbindung verbunden ist. Der Rotorträger
ist in einem Lager gelagert, welches in einem Durchlass des Gabelarms
vorgesehenen ist. Die Schraubenverbindung zwischen dem Rotorträger
und dem Gehäuse der Spindelbaugruppe hat jedoch den Nachteil,
dass es zu Steifigkeitsverlusten kommt, da eine an der Spindelbaugruppe angreifende
Kraft zunächst in die Schraubenverbindung und erst daran
anschließend in das Lager eingeleitet wird.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Fräskopf zu schaffen, dessen Motoreinheit
zu Wartungszwecken auf einfache Weise zugänglich ist und welcher
mit einer hohen Präzision arbeitet.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch einen Fräskopf umfassend
eine Gabel, die einen ersten Gabelarm und einen davon beabstandeten
zweiten Gabelarm aufweist, eine um eine erste Achse drehbar zwischen
den Gabelarmen angeordneten Spindelbaugruppe und mindestens eine
mit der Spindelbaugruppe gekoppelte Motoreinrichtung für
einen direkten Drehantrieb der Spindelbaugruppe um die erste Achse,
wobei ein Spindelgehäuse der Spindelbaugruppe einteilig
mit mindestens einem ersten Zapfen ausgebildet ist und der erste
Zapfen durch eine in einer Ausnehmung des Gabelarms angeordneten
Lagereinrichtung konzentrisch zu der ersten Achse drehbar gelagert
ist.
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Als „einteilig” oder „einstückig” wird
im Zusammenhang mit der Erfindung eine Bauform bezeichnet, welche
keine Schwächung und/oder Steifigkeitsverluste durch Schraubenverbindungen
oder dergleichen aufweist. Ein entsprechendes Bauteil kann einteilig
hergestellt sein, beispielsweise als Guss-, Schmiede- oder Drehteil.
Als „einteilig” im Sinne der Erfindung werden
auch Bauformen bezeichnet, welche mehr als ein Bauteil umfassen,
die durch eine steife, insbesondere eine verwindungssteife Verbindung
gekoppelt sind, vorzugsweise stoffschlüssig durch Kleben,
Schweißen oder dergleichen.
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Durch
einen einteilig mit dem Spindelgehäuse gebildeten Zapfen
für eine Lagerung des Spindelgehäuses in dem Gabelarm
wird sichergestellt, dass Kräfte von der Spindelbaugruppe
durch die Lagereinrichtung und nicht in Trennstellen, wie Schraubenverbindungen
oder dergleichen, aufgenommen werden.
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Die
Lagereinrichtung ist vorzugsweise als Festlager ausgebildet. Geeignete
Lagereinrichtungen sind beispielsweise Kreuzrollenlager, bei welchen
zylindrische Wälzkörper in einer X-Anordnung zwischen
zwei Lagerringen angeordnet sind. Durch die X-Anordnung der Wälzkörper
können Kreuzrollenlager axiale Kräfte aus beiden
Richtungen sowie radiale Kräfte, Kippmomentbelastungen
und beliebige Lastkombinationen in einer Lagerstelle aufnehmen.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Zapfen eine Klemmeinrichtung
zum Fixieren der Spindelbaugruppe in einer Drehstellung und/oder
ein Messsystem zur Erfassung der Drehbewegung der Spindelbaugruppe
um die erste Achse angeordnet. Durch eine Klemmeinrichtung wird
die Spindelbaugruppe in einer gewünschten Dreh- oder Schwenkstellung
fixiert. Dadurch ist eine gute Bearbeitung von Oberflächen
durch die Spindelbaugruppe auch unter hohen Belastungen, beispielsweise
bei großem Materialabtrag sichergestellt. Eine Klemmung
erfolgt beispielsweise elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch.
Vorzugsweise ist die Klemmeinrichtung derart gestaltet, dass bei
Ausfall einer Energiezufuhr zu der Klemmeinrichtung eine Klemmung
erfolgt. Das Messsystem umfasst beispielsweise eine Winkelmesssystem,
wie einen Encoder oder einen Inkrementalgeber. Mit Hilfe des Messsystems ist
eine präzise Ansteuerung einer gewünschten Position durch
die Motoreinheit möglich. Durch direkte Anbringung an dem
Zapfen ist eine hohe Präzision gegeben.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens einer
der Gabelarme mehrteilig mit mindestens zwei im Bereich der Aufnahme
miteinander verbundene Bauteilen ausgebildet ist. In anderen Worten
weist mindestens ein Gabelarm im Bereich der Aufnahme eine Trenn-
und/oder Verbindungsstelle auf. Dadurch Trennen des Gabelarms ist eine
einfache Montage eines Spindelgehäuses mit Zapfen in der
Aufnahme möglich.
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Vorzugsweise
ist das Spindelgehäuse einteilig mit einem zweiten Zapfen
ausgebildet, welcher sich koaxial zu dem ersten Zapfen erstreckt
und in einer Aufnahme des zweiten Gabelarms konzentrisch zu der
ersten Achse drehbar angeordnet ist. Die Spindelbaugruppe ist zwischen
den zwei Zapfen in dem Spindelgehäuse aufgenommen. Durch
die zwei koaxial angeordnete Zapfen ist eine zuverlässige drehbare
Anbringung des Spindelgehäuses an der Gabel gewährleistet,
wobei ungünstige Krafteinleitungen in Schwachstellen, wie
Schraubenverbindungen, verhindert werden können.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Motoreinheit eine an einer
Außenseite eines Gabelarms angeordnete Statoreinheit auf.
Der Fräskopf kann eine oder mehr Motoreinheiten aufweisen.
In einer Ausführungsform mit nur einer Motoreinheit ist diese
vorzugsweise an dem zweiten Gabelarm vorgesehen, wobei ein Festlager
zur Lagerung der Spindelbaugruppe in der Gabel, ein Messsystem und/oder
eine Klemmeinrichtung an dem ersten Gabelarm angeordnet sind. Die
an der Außenseite angebrachte Statoreinheit ist ohne Montage
der Spindelbaugruppe im Wartungsfall auf einfache Weise zugänglich.
In der Statoreinheit ist vorzugsweise ein dreh- und axialfest mit
dem Spindelgehäuse verbundener Rotor angeordnet. Der Rotor
ist direkt, d. h. ohne Getriebe oder dergleichen mit dem Spindelgehäuse
und damit mit der Spindelbaugruppe verbunden.
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In
einer Ausgestaltung ist der Rotor über einen Rotorträger
an dem Spindelgehäuse angebracht. Vorzugsweise wird dabei
auf eine Lagerung des Rotorträgers in der Aufnahme verzichtet.
Ein derartiges System zeichnet sich durch geringe Schwächungen
und/oder Steifigkeitsverluste aus. Dabei ist in einer Ausgestaltung
an beiden Gabelarmen jeweils eine Motoreinheit an der Außenseite
des Gabelarms angeordnet. Alternativ ist nur an einem Gabelarm eine
Motoreinheit angeordnet.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist mindestens ein Zapfen
zwei konzentrisch angeordnete Hülsenbereiche auf, wobei
der Rotor an einem Außenumfang eines äußeren
Hülsenbereichs angeordnet ist.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist an einem inneren Hülsenbereich
ein Stützlager für das Spindelgehäuse
vorgesehen. Das Stützlager ist vorzugsweise an der Außenseite
des inneren Hülsenbereichs angeordnet. Es sind jedoch auch
Ausführungsformen denkbar, in welchen das Stützlager
an der Innenseite des Hülsenbereichs angeordnet ist.
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Vorzugsweise
ist die Motoreinheit in Axialrichtung an dem Gabelarm angebracht,
insbesondere angeflanscht, und durch das Stützlager zentriert.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind.
Für gleiche oder ähnliche Bauteile werden in den
Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet. Als Teil eines
Ausführungsbeispiels beschriebene oder dargestellte Merkmale
können ebenso in einem ande ren Ausführungsbeispiel
verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform der Erfindung
zu erhalten.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1:
eine geschnittene Darstellung eines Fräskopfs gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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2:
eine geschnittene Darstellung eines Fräskopfs gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt
schematisch einen Fräskopf 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der dargestellte
Fräskopf 1 ist ein Zwei-Achsen-Fräskopf.
Der Fräskopf 1 umfasst eine Gabel 2, die
zwei parallel angeordnete Gabelarme 21, 22 aufweist.
Zwischen den Gabelarmen 21, 22 ist eine nicht im
Detail dargestellte Spindelbaugruppe angeordnet, welche in einem
Spindelgehäuse 30 gelagert ist. Die Spindelbaugruppe
ist mit dem Spindelgehäuse 30 um eine Achse A
drehbar gelagert. Die Gabel 2 ist drehbar um eine zweite
Achse C an einem nicht dargestellten Tragarm angebracht.
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Das
Spindelgehäuse 30 ist einteilig mit zwei Zapfen 31, 32 ausgebildet.
Die Zapfen 31, 32 ragen von einem Gehäusebereich 33 für
die nicht dargestellte Spindelbaugruppe in entgegen gesetzte Richtungen,
konzentrisch zu der Achse A ab. Die Zapfen 31, 32 sind
jeweils durch eine Lagereinrichtung 4 konzentrisch zu der
Achse A drehbar in den Gabelarmen 21, 22 gelagert
sind. Die Lagereinrichtungen 4 sind in Aufnahmen 210, 220 der
Gabelarme 21, 22 angeordnet.
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Die
dargestellten Lagereinrichtungen 4 sind jeweils als Kreuzrollenlager
gestaltet. Die Gabelarme 21, 22 weisen zur Aufnahme
der Lagereinrichtungen 4 Absätze auf, an denen
die Lagerringe auf bekannte Weise in Axialrichtung der Achse A anliegen.
Die Anbringung kann beispielsweise mittels nicht dargestellter Klemmscheiben
erfolgen. Eine im Betrieb durch die Spindelbaugruppe aufgrund einer
Bearbeitung eingeleitete Kraft wird durch die Lagereinrichtungen 4,
und nicht durch eine Schraubeneinrichtung oder ähnliches
aufgenommen. In einem Ausführungsbeispiel ist eine der
Lagereinrichtungen 4 als Festlager gestaltet, wobei die
andere als Loslager gestaltet sein kann.
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Für
einen Drehantrieb der Spindelbaugruppe um die Achse A sind in dem
dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Motoreinheiten 5 vorgesehen.
Die Motoreinheiten 5 umfassen jeweils einen über
ein Statorgehäuse 50 an den Außenseiten
der Gabelarme 21, 22 angebrachten Stator 51.
In dem Stator 51 ist jeweils ein Rotor 52 mittels
einem Rotorträger 53 drehbar angeordnet. Der Rotorträger 53 ist
für einen direkten Antrieb der Spindelbaugruppe mit dem
Spindelgehäuse 30 verbunden. Die Rotorträger 53 sind nicht
an der Gabel 2 gelagert.
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Im
Betrieb wird die Spindelbaugruppe durch Drehung um die Achse A in
eine gewünschte Position gebracht. Zum Arretieren der Spindelbaugruppe
in einer gewünschten Position ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Klemmeinrichtung 6 vorgesehen, welche mit dem Zapfen 31 zusammenwirkt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiter ein Messsystem 7 vorgesehen,
durch welches eine Schwenkstellung der Spindelbaugruppe um die Achse
A mit hoher Genauigkeit erfassbar ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Klemmeinrichtung 6 und das Messsystem 7 an
unterschiedlichen Gabelarmen 21 bzw. 22 angeordnet.
In anderen Ausführungsbeispielen sind die Klemmeinrichtung 6 und
das Messsystem 7 an einem Gabelarm vorgesehen, wobei es
beispielsweise denkbar ist, dass nur eine Motoreinheit 5 vorgesehen
ist, welche an dem zweiten Gabelarm angeordnet ist. Die Klemmrichtung 6 und
das Messsystem 7 wirken direkt mit dem Spindelgehäuse 30 zusammen,
so dass eine hohe Präzision gewährleistet wird.
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Zur
Montage des Spindelgehäuses 30 sind die Gabelarme 21, 22 in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils zweiteilig,
wobei eine in 1 nicht sichtbare Trenn- oder
Verbindungsstelle durch die Aufnahmen 210, 220 verläuft.
Zur Montage bzw. Demontage der Spindelbaugruppe von der Gabel 2 sind
dabei zwei Gabelteile 21B, 22B von den Gabelarmen 21, 22 trennbar.
Die Motoreinheiten 5 können von der Spindelbaugruppe
getrennt werden, wobei die Spindelbaugruppe sicher in der Gabel 2 gelagert verbleibt.
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2 zeigt
schematisch einen Fräskopf 101 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Für
gleiche Bauteile werden einheitliche Bezugszeichen verwendet und
auf eine detaillierte Beschreibung der Bauteile wird verzichtet.
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Der
in 2 dargestellte Fräskopf 101 umfasst
eine um die erste Achse A drehbar zwischen den Gabelarmen 21, 22 angeordnete
Spindelbaugruppe 3, welche in einem Spindelgehäuse 130 gelagert
ist. Das Spindelgehäuse 130 weist einen ersten Zapfen 131,
sowie einen zweiten Zapfen 132 auf. Die Zapfen 131, 132 sind
unterschiedlich gestaltet, sodass das Spindelgehäuse 130 nicht
symmetrisch ist. In einer Aufnahme des ersten Gabelarms 21 ist
eine Lagereinrichtung 4, insbesondere ein Kreuzrollenlager,
vorgesehen, durch die der Zapfen 131 konzentrisch zu der
ersten Achse A in dem ersten Gabelarm 21 axialfest und
drehbar gelagert ist. Die Lagereinrichtung 4 ist zu diesem
Zweck mittels einer Klemmscheibe 40 an einem Absatz des
ersten Gabelarm 21 axialfest angebracht. In der Aufnahme
des Gabelarms 21 sind weiter eine Klemmeinrichtung 6 sowie ein
Messsystem 7 vorgesehen. Die Klemmeinrichtung 6 arbeitet
mit einer Buchse 60 zusammen, welche ortsfest mit dem Zapfen 131 verbunden
ist. Im Inneren des Spindelgehäuses 130, insbesondere
im Inneren des Zapfens 131 ist ein Kühlsystem 8 vorgesehen,
wobei die Aufnahme des Gabelarms 21 durch einen Deckel 23 verschlossen
ist, um ein Austreten von Kühlmittel zu verhindern.
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An
dem gegenüberliegenden, zweiten Gabelarm 22 ist
eine Motoreinheit 105 vorgesehen. Die Motoreinheit 105 umfasst
einen Stator 51, welcher in einem Statorgehäuse 50 aufgenommen
ist. Das Statorgehäuse 50 ist ortsfest an dem
Gabelarm 22 an dessen Außenseite angebracht. In
dem Stator 51 ist ein Rotor 152 angeordnet. Der
Rotor 152 ist auf einer Außenseite des Zapfens 132 angebracht.
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Der
Zapfen 132 weist zwei konzentrisch zu der ersten Achse
A angeordnete Hülsenabschnitte auf, wobei auf einem äußeren
Hülsenabschnitt 133 der Rotor 152 angebracht
ist. Der innen liegende Hülsenabschnitt 134 dient
einer Lagerung des Spindelgehäuses 130, wobei
ein Stützlager 9 zwischen dem Hülsenabschnitt 134 und
einem ortsfest mit dem Statorgehäuse 150 verbundenen
Lagerdeckel 155 angeordnet ist. Die Motoreinheit 105 ist
an der Außenseite des Gabelarms 22 angeordnet,
sodass ein einfacher Zugriff auf die Motoreinheit 105 möglich
ist. Die Motoreinheit 105 ist durch Schraubverbindungen
in Axialrichtung der Achse A mit dem Gabelarm 22 fest verbunden.
Eine Zentrierung erfolgt durch das Stützlager 9.
Ein Deckelelement 24 dient einer Abdichtung der Motoreinheit 105 gegenüber
der Umgebung.
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In
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist
das Spindelgehäuse 130 einen Deckel 135 auf,
wobei die Spindelbaugruppe 3 mit Federelementen 136 gegen
den Deckel 135 abgestützt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0885081
B1 [0002]
- - EP 1880796 A1 [0003]