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Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit mindestens einer derartigen Positioniereinrichtung.
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Aus der
DE 10 2007 023 244 A1 ist eine Positioniereinrichtung in Form eines Rundtisches bekannt, die zwischen einem Gehäuse und einem Schwenkteil einen mit Öl gefüllten Dämpfungsspalt aufweist. Der Dämpfungsspalt ist parallel zu einem Rundtischlager angeordnet und bildet zusammen mit dem Öl einen Dämpfer aus, der Schwingungen des Rundtisches bei der Bearbeitung von Werkstücken dämpft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positioniereinrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass diese ohne eine Beeinträchtigung der Dämpfungswirkung für die Bearbeitung von Werkstücken fixierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Positioniereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zum Fixieren des drehantreibbaren Schwenkteils relativ zu dem feststehenden Gehäuse ist eine Klemmeinheit vorgesehen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Dämpfungseinheit und die Klemmeinheit um den gleichen Bauraum in der Positioniereinrichtung konkurrieren. Sowohl die Dämpfungseinheit als auch die Klemmeinheit befinden sich zwischen dem Schwenkteil und dem Gehäuse und sollen zur Maximierung ihrer jeweiligen Wirkung einen möglichst großen Durchmesser bzw. Wirkradius aufweisen. Zusätzlich konkurriert auch das parallel zu der Dämpfungseinheit angeordnete Lager um den gleichen Bauraum. Um zusätzlich zu der Dämpfungsfunktion eine diese nicht beeinträchtigende Klemm- bzw. Bremsfunktion in der Positioniereinrichtung bereitzustellen, ist die Klemmeinheit derart mit der Dämpfungseinheit integriert ausgebildet, dass der Dämpfungsspalt von der Klemmeinheit begrenzt ist. Hierdurch nutzen die Dämpfungseinheit und die Klemmeinheit im Wesentlichen den gleichen Bauraum, so dass eine Dämpfungsfunktion und eine Klemm- bzw. Bremsfunktion mit optimaler bzw. maximaler Wirkung bereitgestellt werden können. Insbesondere kann sowohl für die Dämpfungseinheit als auch für die Klemmeinheit ein maximaler Wirkradius gewählt werden, so dass diese möglichst weit entfernt von der Schwenkachse angeordnet sind. Zusammen mit dem parallel zu der Dämpfungseinheit angeordneten Lager ist eine hohe statische Steifigkeit in Verbindung mit einer optimalen Dämpfungs- und Klemmwirkung möglich, wodurch die Bearbeitung von Werkstücken verbessert werden kann. Je nach Bedarf kann beispielsweise die Bearbeitungsqualität und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht und/oder der mechanische Aufbau der Positioniereinrichtung vereinfacht werden. Das Lager kann beispielsweise kleiner dimensioniert werden. Durch die Integration von Dämpfungs- und Klemmeinheit wird darüber hinaus die Anzahl der Bauteile der Positioniereinrichtung optimiert.
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Die Positioniereinrichtung kann beispielsweise als Schwenk- bzw. Drehtisch mit horizontaler oder vertikaler Schwenk- bzw. Drehachse zum Positionieren und Fixieren von zu bearbeitenden Werkstücken ausgebildet sein. Derartige Tische werden auch als Rundtische bezeichnet. Weiterhin kann die Positioniereinrichtung als Arbeitsspindel zum Positionieren und Fixieren von Werkstücken und/oder Werkzeugen ausgebildet sein. Die Klemmeinheit kann hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch ausgebildet sein. Die Dämpfungseinheit kann hydraulisch oder pneumatisch ausgebildet sein. Die Dämpfungswirkung ist über die Viskosität des Dämpfungsfluids und/oder die Spaltbreite des Dämpfungsspalts einstellbar.
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Eine Klemmeinheit nach Anspruch 2 ermöglicht eine Verbesserung der Dämpfungswirkung und der Bearbeitungsqualität des Werkstückes. Dadurch, dass sich bei Betätigung der Klemmeinheit die Spaltbreite des Dämpfungsspaltes verkleinert, wird die Dämpfungswirkung aufgrund der erhöhten Reibung des Dämpfungsfluids im Dämpfungsspalt erhöht. Dies kann zur Verbesserung der Bearbeitungsqualität genutzt werden. Weiterhin kann dies zur Erhöhung der Spaltbreite im unbetätigten Zustand der Klemmeinheit genutzt werden, wodurch die Positioniereinrichtung eine höhere Zuverlässigkeit aufweist. Durch die erhöhte Spaltbreite wird verhindert, dass das Schwenkteil aufgrund von Fertigungstoleranzen in Kontakt mit der Klemmeinheit oder dem Gehäuse kommt und sich festfrisst. Hierdurch wird – wie erwähnt – die Zuverlässigkeit der Positioniereinrichtung erhöht.
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Eine Klemmeinheit nach Anspruch 3 ermöglicht hohe Klemmkräfte bei einem einfachen Aufbau der Klemmeinheit. Als Klemmfluid kann beispielsweise Öl oder Luft verwendet werden.
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Eine Klemmeinheit nach Anspruch 4 ermöglicht auf einfache Weise eine Verkleinerung der Spaltbreite durch Betätigen der Klemmeinheit. Die Klemmeinheit ist beispielsweise um einen Befestigungspunkt verlagerbar oder aufgrund der Druckerhöhung deformierbar und somit zumindest in einem Teilbereich verlagerbar.
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Eine Positioniereinrichtung nach Anspruch 5 verursacht geringe thermische Verformungen, da die durch die Reibung der Dichtungen erzeugte Wärme in die Klemmeinheit eingebracht wird und in das feststehende Gehäuse abführbar ist.
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Eine Positioniereinrichtung nach Anspruch 6 weist eine gute Dämpfungswirkung auf, da das Dämpfungsfluid bei der Dämpfung von Schwingungen in den jeweiligen Aufnahmeraum verdrängt wird und dort zur Zuführung in den Dämpfungsspalt wieder zur Verfügung steht.
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Eine Positioniereinrichtung nach Anspruch 7 ermöglicht eine separate Ansteuerung der Dämpfungs- und der Klemmeinheit.
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Eine Positioniereinrichtung nach Anspruch 8 ist einfach aufgebaut. Vorzugsweise wird als Dämpfungs- und Klemmfluid Öl oder Luft verwendet.
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Eine Positioniereinrichtung nach Anspruch 9 gewährleistet eine hohe Flexibilität bei der Einstellung der Dämpfungs- und Klemm- bzw. Bremswirkung. Bei Positioniereinrichtungen mit horizontal verlaufender Schwenkachse kann somit das Dämpfungsfluid derart gewählt werden, dass dieses nicht aufgrund der Schwerkraft aus dem Dämpfungsspalt austritt, wohingegen das Klemmfluid so gewählt werden kann, dass hohe Klemmkräfte erzeugbar sind. Das Dämpfungsfluid kann beispielsweise Luft oder Öl und das Klemmfluid Öl oder Luft sein.
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Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die eine hohe Bearbeitungsqualität bei der Bearbeitung von Werkstücken ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die mindestens eine Positioniereinrichtung gewährleistet eine hohe statische Steifigkeit in Verbindung mit guten dynamischen Dämpfungseigenschaften. Durch die Integration von Dämpfungseinheit und Klemmeinheit ist die Dämpfungswirkung insbesondere auch im geklemmten Zustand der Positioniereinrichtung gewährleistet. Hinsichtlich der weiteren Vorteile der Positioniereinrichtung wird auf die bereits beschriebenen Vorteile zu Anspruch 1 verwiesen.
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Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 11 weist eine einfach aufgebaute Positioniereinrichtung zur Positionierung eines zu bearbeitenden Werkstückes auf. Der Schwenktisch ist beispielsweise als Rundtisch ausgebildet und um 360° drehbar.
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Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 12 gewährleistet eine hohe Bearbeitungsqualität bei einem Positionieren und Fixieren des zu bearbeitenden Werkstückes relativ zu dem Werkzeug um eine vertikale Schwenkachse. Die Positioniereinrichtung ist beispielsweise als Schwenk- bzw. Drehtisch ausgebildet und kann Teil einer Dreh-Schwenk-Brücke sein. Weiterhin kann sie als Arbeitsspindel ausgebildet sein.
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Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 13 gewährleistet eine hohe Bearbeitungsqualität bei einem Positionieren und Fixieren des zu bearbeitenden Werkstückes relativ zu dem Werkzeug um eine horizontal ausgerichtete Schwenkachse. Die Positioniereinrichtung ist beispielsweise als Schwenk- bzw. Drehtisch ausgebildet und kann Teil einer Dreh-Schwenk-Brücke sein. Weiterhin kann sie als Arbeitsspindel ausgebildet sein.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch eine Werkzeugmaschine mit einer Positioniereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 einen Axialschnitt durch die Positioniereinrichtung in 1 mit einer integrierten Dämpfungs- und Klemmeinheit,
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3 eine vergrößerte Darstellung der Dämpfungs- und Klemmeinheit in 2 in einem nicht betätigten Zustand der Klemmeinheit,
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4 eine vergrößerte Darstellung der Dämpfungs- und Klemmeinheit entsprechend 3 in einem weiteren Axialschnitt,
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5 eine vergrößerte Darstellung der Dämpfungs- und Klemmeinheit entsprechend 3 in einem betätigten Zustand der Klemmeinheit,
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6 eine perspektivische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit mehreren Positioniereinrichtungen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 einen Axialschnitt durch eine der Positioniereinrichtungen in 6 mit einer integrierten Dämpfungs- und Klemmeinheit,
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8 eine vergrößerte Darstellung der Dämpfungs- und Klemmeinheit in 7 in einem nicht betätigten Zustand der Klemmeinheit, und
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9 eine vergrößerte Darstellung der Dämpfungs- und Klemmeinheit entsprechend 8 in einem betätigten Zustand der Klemmeinheit.
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Nachfolgend wird anhand der 1 bis 5 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Werkzeugmaschine 1 zur spanenden Bearbeitung von metallischen Werkstücken 2 weist ein Maschinenbett 3 auf, das auf einer Fundamentplatte 4 befestigt ist. An einem Ende des Maschinenbetts 3 ist ein Ständer 5 befestigt, der sich im Wesentlichen in einer horizontalen x-Richtung und in einer senkrecht dazu verlaufenden, vertikalen y-Richtung erstreckt.
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An dem Ständer 5 ist eine Kreuzschlitten-Anordnung 6 befestigt, die einen x-Schlitten 7 und einen y-Schlitten 8 aufweist. Der x-Schlitten 7 ist mittels eines x-Antriebmotors 9 auf x-Führungsschienen 10 in der x-Richtung verfahrbar. Die x-Führungsschienen 10 sind an dem Ständer 5 befestigt. An dem x-Schlitten 7 sind y-Führungsschienen 11 befestigt, auf denen der y-Schlitten 8 mittels eines y-Antriebmotors 12 in der y-Richtung verfahrbar ist.
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An dem y-Schlitten 8 ist eine Werkzeug-Positioniereinrichtung 13 in Form einer Arbeitsspindel bzw. Werkzeugspindel angeordnet, die zum Spannen und Drehantreiben eines für die Bearbeitung des Werkstückes 2 vorgesehenen Werkzeuges 14 dient. Zum Spannen des Werkzeuges 14 weist die Werkzeug-Positioniereinrichtung 13 ein Spannfutter 15 auf, das mittels eines Antriebmotors 16 um eine horizontal verlaufende Drehachse 17 drehantreibbar ist. Die Drehachse 17 verläuft parallel zu einer z-Richtung, die senkrecht zu der x- und der y-Richtung gerichtet ist.
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Im Bereich vor der Werkzeug-Positioniereinrichtung 13 ist ein Arbeitsraum 18 ausgebildet, in dem ein z-Schlitten 19 angeordnet ist. Der z-Schlitten 19 ist mittels eines z-Antriebmotors 20 auf z-Führungsschienen 21 in der z-Richtung verfahrbar. Auf dem z-Schlitten 19 ist eine Werkstück-Positioniereinrichtung 22 befestigt, die als Schwenktisch bzw. Drehtisch ausgebildet ist. Mittels der Werkstück-Positioniereinrichtung 22 ist ein auf einer Werkstückpalette 23 angeordnetes Werkstück 2 um eine vertikal verlaufende Schwenkachse 24 drehantreibbar. Die Werkstück-Positioniereinrichtung 22 ist nachfolgend im Detail beschrieben.
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An einem dem Maschinenbett 3 abgewandten Ende des Ständers 5 ist ein Werkzeugmagazin 25 angeordnet. Das Werkzeugmagazin 25 ist in üblicher Weise als Scheibenmagazin ausgebildet. Zur Überwachung der Länge der Werkzeuge 14 weist das Werkzeugmagazin 25 eine Werkzeugbruchkontrolle 26 auf. Die Bestückung der Werkzeug-Positioniereinrichtung 13 erfolgt über diese selbst oder durch eine nicht dargestellte optionale Bestückungseinrichtung. Der Arbeitsraum 18 ist von einer Verkleidung 27 umgeben. An einer der Kreuzschlitten-Anordnung 6 abgewandten Seite des Ständers 5 ist ein Schaltschrank 28 mit einer Steuereinheit sowie mit Hilfs- und Nebenaggregaten angeordnet.
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Die Werkstück-Positioniereinrichtung 22 umfasst ein Gehäuse 29, das an dem z-Schlitten 19 befestigt ist, also um die Schwenkachse 24 feststehend ist. Das Gehäuse 29 ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet. An dem Gehäuse 29 ist ein plattenförmiges Schwenkteil 30 mittels eines Lagers 31 abgestützt. Das Schwenkteil 30 wird auch als Tischplatte bezeichnet. Das Schwenkteil 30 ist mittels eines Antriebmotors 32 relativ zu dem Gehäuse 29 um die Schwenkachse 24 drehantreibbar. Hierzu ist ein Stator 33 sowie ein Drehverteiler 34 mit dem Gehäuse 29 verbunden. Ein Rotor 35, der zwischen dem Stator 33 und dem Drehverteiler 34 zur Mediendurchleitung angeordnet ist, ist zum Drehantreiben des Schwenkteils 30 mit diesem verbunden. Zum Befestigen des Lagers 31 in radialer Richtung ist ein Anpassring 36 vorgesehen, der zwischen dem Schwenkteil 30 und dem Gehäuse 29 angeordnet und an letzterem befestigt ist. Das Lager 31 ist somit in radialer Richtung zwischen dem Schwenkteil 30 und dem Anpassring 36 angeordnet.
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Zur Dämpfung von Schwingungen bei der Bearbeitung von Werkstücken 2 weist die Werkstück-Positioniereinrichtung 22 eine Dämpfungseinheit 37 auf. Die Dämpfungseinheit 37 ist mit einer Klemmeinheit 38 zum Fixieren des Schwenkteils 30 relativ zu dem Gehäuse 29 integriert ausgebildet. Die Dämpfungseinheit 37 ist zwischen dem Schwenkteil 30 und dem Gehäuse 29 wirkend angeordnet und weist einen mit einem Dämpfungsfluid 39 füllbaren Dämpfungsspalt 40 auf. Der Dämpfungsspalt 40 ist von dem Schwenkteil 30, einer ringförmigen inneren Dichtung 41, einer ringförmigen äußeren Dichtung 42 und einem ringförmigen Klemmgrundkörper 43 begrenzt. Die Dichtungen 41 und 42 sind in radialer Richtung zueinander beabstandet, so dass diese seitlich den Dämpfungsspalt 40 begrenzen. Die innere Dichtung 41 ist in einer inneren Ringnut 44 angeordnet, die konzentrisch zu der Schwenkachse 24 in dem Schwenkteil 30 ausgebildet ist. Entsprechend ist die die innere Dichtung 41 umgebende äußere Dichtung 42 in einer äußeren Ringnut 45 angeordnet, die konzentrisch zu der Schwenkachse 24 in dem Schwenkteil 30 ausgebildet ist. Alternativ können die Dichtungen 41, 42 auch an dem Klemmgrundkörper 43 befestigt sein und gegen das Schwenkteil 30 anliegen. Die Dichtungen 41 und 42 weisen jeweils eine gegenüber einem Dichtungsgrundkörper 46 abstehende Dichtlippe 47 auf, die gegen den Klemmgrundkörper 43 dicht anliegen. Alternativ ist auch eine Dämpfungswirkung erzielbar, wenn die Dichtungen 41 und 42 nicht dicht anliegen, sondern eine geringe Leckage zulassen. Beispielsweise sind auch berührende Dichtungen mit wenig Vorspannung oder Labyrinthdichtungen, die keine Berührung aufweisen, für die Erzielung einer Dämpfungswirkung einsetzbar, wenn das Dämpfungsfluid 39 entsprechend nachgefördert wird. Die innere Dichtung 41 begrenzt aufgrund dieser Ausbildung einen inneren Aufnahmeraum 48 für das aus dem Dämpfungsspalt 40 austretende Dämpfungsfluid 39. Entsprechend begrenzt die äußere Dichtung 42 einen äußeren Aufnahmeraum 49. Zur Zuführung des Dämpfungsfluids 39 zu dem Dämpfungsspalt 40 sind in dem Anpassring 36 sowie in dem ringförmigen Klemmgrundkörper 43 mehrere erste Fluidzuführungen 50 ausgebildet, die zwischen den Dichtungen 41, 42 in den Dämpfungsspalt 40 münden. Der Dämpfungsspalt 40 weist in Richtung der Schwenkachse 24 eine Spaltbreite B auf, die beispielsweise im Bereich von 10 µm bis 120 µm, insbesondere von 10 µm bis 60 µm liegt. Die ersten Fluidzuführungen 50 sind mit einer ersten Fluidpumpe 51 verbunden, die das Dämpfungsfluid 39 in den Dämpfungsspalt 40 befördert. Die Fluidpumpe 51 ist in 3 lediglich schematisch angedeutet.
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Die Klemmeinheit 38 ist ringförmig ausgebildet und umfasst den Klemmgrundkörper 43, einen relativ zu diesem verlagerbaren Anpressring 52, ein relativ zu dem Gehäuse 29 feststehendes erstes Klemmelement 53 und ein relativ zu dem Gehäuse 29 drehbares zweites Klemmelement 54. Die Klemmelemente 53, 54 sind beispielsweise als Bleche ausgebildet.
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Der Anpressring 52 ist an einer dem Dämpfungsspalt 40 abgewandten Seite des Klemmgrundkörpers 43 in einer Ringnut 55 angeordnet, die in dem Klemmgrundkörper 43 ausgebildet ist. Der Anpressring 52 weist eine ringförmige Vertiefung 56 auf, so dass zwischen diesem und dem Klemmgrundkörper 43 ein Druckraum 57 für ein die Klemmeinheit 38 betätigendes Klemmfluid 58 ausgebildet ist. Der Anpressring 52 liegt gegen das erste Klemmelement 53 an, das über den Anpassring 36 fest mit dem Gehäuse 29 verbunden ist. Zwischen dem ersten Klemmelement 53 und dem Anpassring 36 ist das zweite Klemmelement 54 angeordnet, das mit dem Schwenkteil 30 fest verbunden ist. Zum Zuführen des Klemmfluids 58 in den Druckraum 57 sind über den Umfang verteilt mehrere zweite Fluidzuführungen 59 in dem Anpassring 36 und dem Klemmgrundkörper 43 ausgebildet, die an einer dem Anpressring 52 abgewandten Seite des Druckraums 57 in diesen münden. Die zweiten Fluidzuführungen 59 sind mit einer zweiten Fluidpumpe 60 verbunden, die das Klemmfluid 58 zum Betätigen der Klemmeinheit 38 in den Druckraum 57 befördert. Die zweite Fluidpumpe 60 ist in 4 lediglich schematisch dargestellt. Das Dämpfungsfluid 39 und das Klemmfluid 58 sind identisch ausgebildet. Als Dämpfungs- bzw. Klemmfluid kann beispielsweise Öl oder Luft verwendet werden. Vorzugsweise sind die Dämpfungs- und Klemmeinheit 37, 38 hydraulisch ausgebildet.
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Die Klemmeinheit 38 ist derart ausgebildet, dass sich durch deren Betätigung der Dämpfungsspalt 40 in seiner Spaltbreite B verkleinert. Durch eine Druckerhöhung des Klemmfluids 58 ist der Klemmgrundkörper 43 zumindest in einem Teilbereich relativ zu dem Schwenkteil 30 verlagerbar, wodurch sich der Dämpfungsspalt 40 in seiner Spaltbreite B verkleinert. Die Verlagerung kann beispielsweise durch eine Verkippung oder durch eine Biegung des Klemmgrundkörpers 43 verursacht sein.
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Der Klemmgrundkörper 43 ist sowohl Teil der Dämpfungseinheit 37 als auch Teil der Klemmeinheit 38, so dass diese in platzsparender Weise integriert ausgebildet sind.
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Nachfolgend ist die Funktionsweise der Werkzeugmaschine 1 beschrieben.
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Das Positionieren des zu bearbeitenden Werkstückes 2 relativ zu dem Werkzeug 14 erfolgt in üblicher Weise durch ein Verfahren der Schlitten 7, 8, 19 in x-, y- und/oder z-Richtung. Zum Bearbeiten des Werkstückes 2 wird das Schwenkteil 30 relativ zu dem Gehäuse 29 fixiert, indem die Klemmeinheit 38 betätigt wird. Hierzu wird das Klemmfluid 58 mittels der Fluidpumpe 60 in den Druckraum 57 gepumpt, wodurch der Anpressring 52 gegen das erste Klemmelement 53 gepresst wird. Der Druck im Druckraum 57 beträgt beispielsweise 70 bar. Das erste Klemmelement 53 presst wiederum das zweite Klemmelement 54 gegen den Anpassring 36, wodurch das mit dem Schwenkteil 30 verbundene zweite Klemmelement 54 geklemmt wird. Das Schwenkteil 30 ist somit fixiert.
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Gleichzeitig wird mittels der Fluidpumpe 51 das Dämpfungsfluid 39 in den Dämpfungsspalt 40 sowie in die Aufnahmeräume 48, 49 gepumpt, wobei diese nur teilweise gefüllt sind. Der Druck in der Fluidzuführung 50 beträgt beispielsweise 0,5 bar. Durch das im Druckraum 57 unter Druck stehende Klemmfluid 58 wird der Dämpfungsspalt 40 im Bereich beispielsweise von 20% bis 60% in seiner Spaltbreite B gegenüber dem nicht betätigten Zustand der Klemmeinheit 38 verkleinert. Die Verkleinerung beträgt beispielsweise 20 µm. Dieser Zustand ist in 5 veranschaulicht.
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Treten bei der Bearbeitung des Werkstückes 2 Schwingungen auf, werden diese durch die Dämpfungseinheit 37 gedämpft. Aufgrund der Schwingungen wird das Dämpfungsfluid 39 aus dem Dämpfungsspalt 40 in die Aufnahmeräume 48 und 49 gedrückt oder aus diesen in den Dämpfungsspalt 40 eingesaugt, wodurch aufgrund der Reibung des Dämpfungsfluids 39 eine Dämpfungswirkung entsteht. Durch die Verkleinerung der Spaltbreite B aufgrund der betätigten Klemmeinheit 38 wird der Reibungswiderstand für das Dämpfungsfluid 39 erhöht, wodurch sich die Dämpfungswirkung ebenfalls erhöht, also verbessert. Die Klemmung wird nach der Bearbeitung des Werkstücks 2 durch entsprechende Betätigung der Fluidpumpe 60 wieder aufgehoben.
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Ist zur Bearbeitung des Werkstückes 2 keine Klemmung erforderlich, sondern eine Drehung des Schwenkteils 30 um die Schwenkachse 24, kann das Dämpfungsfluid 39 ohne eine Betätigung der Klemmeinheit 38 mittels der Fluidpumpe 51 in den Dämpfungsspalt 40 befördert werden, so dass das Schwenkteil 30 auch während seiner Drehung gedämpft wird.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. Die Werkzeugmaschine 1a weist zwei Seitenwände 61 auf, die auf dem Maschinengestell 3a parallel zueinander angeordnet sind. Auf den Seitenwänden 61 sind die z-Führungsschienen 21a angeordnet, so dass der brückenartig ausgebildete z-Schlitten 19a in der z-Richtung auf den Seitenwänden 61 verfahrbar ist. An dem z-Schlitten 19a ist die Kreuzschlitten-Anordnung 6a befestigt. Die als Arbeitsspindel ausgebildete Werkzeug-Positioniereinrichtung 13a ist hängend an dem y-Schlitten 8a befestigt, so dass die Drehachse 17 parallel zu der y-Richtung verläuft. Das Werkzeug 14 ist mittels der Schlitten 7a, 8a und 19a in der x-, y- und/oder z-Richtung verfahrbar. Das Werkzeugmagazin 25a ist zwischen den Seitenwänden 61 angeordnet.
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Im Arbeitsraum 18a ist zum Positionieren des Werkstückes 2 eine Dreh-Schwenk-Brücke 62 angeordnet. Die Dreh-Schwenk-Brücke 62 umfasst eine erste Werkstück-Positioniereinrichtung 22, die entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel als Schwenk- bzw. Drehtisch ausgebildet ist. Das Schwenkteil 30 ist relativ zu dem zugehörigen Gehäuse 29 um die Schwenkachse 24 drehantreibbar. Das Gehäuse 29 ist in einen Brückenträger 63 integriert, der beidseitig mit zweiten Werkstück-Positioniereinrichtungen 64 verbunden ist. Die zweiten Werkstück-Positioniereinrichtungen 64 sind an den Seitenwänden 61 befestigt. Mittels der zweiten Werkstück-Positioniereinrichtungen 64 ist das zu bearbeitende Werkstück 2 um eine horizontal verlaufende Schwenkachse 65 drehantreibbar. Die Werkstück-Positioniereinrichtungen 64 sind als Schwenk- bzw. Drehtische ausgebildet.
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Die zweiten Werkstück-Positioniereinrichtungen 64 sind identisch ausgebildet, so dass nachfolgend lediglich eine dieser Werkstück-Positioniereinrichtungen 64 beschrieben ist. Das Schwenkteil 30a ist relativ zu dem Gehäuse 29a um die Schwenkachse 65 mittels des Antriebsmotors 32a drehantreibbar. Hierzu ist der Stator 33a mit dem Gehäuse 29a verbunden. Der Stator 33a umgibt den Rotor 35a, der mit dem Schwenkteil 30a fest verbunden ist.
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Das Lager 31a ist parallel zu der Dämpfungseinheit 37a angeordnet. Die Dämpfungseinheit 37a ist mit der Klemmeinheit 38a integriert ausgebildet. Die Klemmeinheit 38a weist einen zweiteiligen Klemmgrundkörper 43a auf, der ein erstes Grundkörperteil 66 sowie ein symmetrisch dazu ausgebildetes zweites Grundkörperteil 67 umfasst. Die Grundkörperteile 66 und 67 begrenzen einen inneren Druckraum 68 und einen diesen umgebenden äußeren Druckraum 69, die durch flexible und konkav geformte Wände 70 voneinander getrennt sind. Die Wände 70 sind mit den Grundkörperteilen 66 und 67 integriert ausgebildet und mit einem flexiblen Druckbereich 71 der Grundkörperteile 66 und 67 verbunden. Die Fluidzuführung 59a verbindet die Druckräume 68 und 69 miteinander, wobei in die Fluidzuführung 59a die Fluidpumpe 60a geschaltet ist, so dass das Klemmfluid 58a von dem inneren Druckraum 68 zu dem äußeren Druckraum 69 gepumpt werden kann und umgekehrt. Der Druckbereich 71 liegt gegen den Anpressring 52a an, der im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist und im betätigten Zustand der Klemmeinheit 38a den Rotor 35a und somit das Schwenkteil 30a relativ zu dem Gehäuse 29a fixiert.
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Die Klemmeinheit 38a ist vorzugsweise pneumatisch ausgebildet, wobei als Klemmfluid 58a Luft eingesetzt wird. Die Dämpfungseinheit 37a ist hydraulisch ausgebildet, wobei als Dämpfungsfluid 39a Öl eingesetzt wird. Alternativ kann die Dämpfungseinheit 37a ebenfalls pneumatisch ausgebildet sein, wobei als Dämpfungsfluid 39a Luft einsetzbar ist.
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Zum Klemmen des Schwenkteils 30a wird das Klemmfluid 58a mittels der Fluidpumpe 60a von dem inneren Druckraum 68 in den äußeren Druckraum 69 gepumpt. Im äußeren Druckraum 69 herrscht ein Spanndruck im Bereich von beispielsweise 3,5 bar bis 10 bar, wenn als Klemmfluid 58 Luft verwendet wird.
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Der innere Druckraum 68 ist entlüftet, so dass aufgrund des Spanndrucks die Wände 70 in Richtung des inneren Druckraums 68 gedrückt werden. Durch die Bewegung der konkav geformten Wände 70 wird auf den Druckbereich 71 eine Druckkraft in radialer Richtung ausgeübt, so dass dieser den Anpressring 52 gegen den Rotor 35a presst und diesen relativ zu dem Gehäuse 29a fixiert. Zusätzlich werden die die Grundkörperteile 66 und 67 durch den Spanndruck verformt. Das Grundkörperteil 66 wird aufgrund dieser Verformung im Bereich des Dämpfungsspaltes 40a in Richtung des Schwenkteils 30a verlagert, wodurch sich die Spaltbreite B im betätigten Zustand der Klemmeinheit 38a reduziert. Entsprechend wird das Grundkörperteil 67 in Richtung des Gehäuses 29a verlagert, wodurch ein zusätzlicher Klemmeffekt erzielt wird. Dieser Zustand ist in 8 veranschaulicht. Die Dämpfungseinheit 37a ist dauerhaft oder nur während der Bearbeitung des Werkstückes 2 mit dem Dämpfungsfluid 39a beaufschlagt, so dass aufgrund des im Dämpfungsspalt 40a befindlichen Dämpfungsfluids 39a die bereits beschriebene Dämpfungswirkung erzielt wird.
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Zum Lösen der Klemmung wird das Klemmfluid 58a mittels der Fluidpumpe 60a von dem äußeren Druckraum 69 in den inneren Druckraum 68 gepumpt. In dem inneren Druckraum 58 herrscht ein Lösedruck im Bereich von 3,5 bar bis 10 bar.
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Der äußere Druckraum 69 ist entlüftet, so dass aufgrund der verstärkten konkaven Form der Wände 70 eine Zugkraft auf den Druckbereich 71 ausgeübt wird, durch die die Klemmung gelöst wird. Dieser Zustand ist in 9 veranschaulicht. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Dadurch, dass die Dämpfungseinheit 37, 37a und die Klemmeinheit 38, 38a integriert ausgebildet sind, nutzen diese den gleichen Bauraum und sind für ihre jeweilige Wirkung optimal auslegbar. Die Klemmeinheit 38, 38a beeinträchtigt nicht die Dämpfungswirkung der Dämpfungseinheit 37, 37a. In Verbindung mit dem Lager 31, 31a kann somit eine hohe statische Steifigkeit sowie eine gute dynamische Dämpfungs- und eine gute Klemmwirkung erzielt werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit, die Bearbeitungsqualität, den konstruktiven Aufbau und/oder die Kosten aus. Werkzeugbrüche aufgrund von Schwingungen bei der Bearbeitung von Werkstücken 2 können beispielsweise vermieden werden. Vorteilhaft ist insbesondere, wenn bei betätigter Klemmeinheit 38, 38a der Dämpfungsspalt 40, 40a verringert und hierdurch die Dämpfungswirkung verbessert wird. Hierdurch kann die Spaltbreite B im nicht geklemmten Zustand der Klemmeinheit 38, 38a vergleichsweise größer gewählt werden, so dass die Reibung des Dämpfungsfluids 39, 39a während einer Drehbewegung des Schwenkteils 30, 30a geringer und auch das Risiko eines Kontaktes zwischen dem Schwenkteil 30, 30a und der Klemmeinheit 38, 38a in Folge von Bauteiltoleranzen geringer ist. Ein derartiger Kontakt könnte zum Fressen des Schwenkteils 30, 30a und somit zum Ausfall der Positioniereinrichtung 22, 64 führen. Die Positioniereinrichtung 22, 64 kann prinzipiell eine Schwenkachse 24, 65 mit einem beliebigen Raumwinkel aufweisen. Darüber hinaus kann das Dämpfungsfluid 39, 39a sowie das Klemmfluid 58, 58a je nach Bedarf beliebig gewählt werden.
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Die mit der Dämpfungseinheit 37, 37a integrierte Klemmeinheit 38, 38a kann zur Dämpfung von Schwingungen in Positioniereinrichtungen 22, 64 für Werkstücke 2 und/oder Werkzeuge 14 eingesetzt werden. Beispielsweise in als Rundtisch ausgebildeten Werkstück-Positioniereinrichtungen 22, 64 oder in als Arbeitsspindeln ausgebildeten Werkzeug-Positioniereinrichtungen 13.
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Weiterhin ist eine Anwendung der Positioniereinrichtung in Windkraftanlagen zur Schwingungsdämpfung und Klemmung des Rotors als Schwenkteil möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007023244 A1 [0002]
