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Die Erfindung geht aus von einem Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Im Maschinenbau sind eine Vielzahl von hydraulischen und elektrischen Antrieben bekannt. Mit den elektrischen Antrieben werden Maschinenelemente direkt (z. B. Linearmotoren) oder über ein Getriebe (z. B. Kugelgewindetrieb) angetrieben und können beispielsweise in einer Servo-Presse bei umformenden Werkzeugmaschinen oder zum Bewegen einer Schwenkbrücke bei spanenden beispielsweise fünfachsigen Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Hierfür werden beispielsweise sehr drehmomentstarke elektromechanische Antriebe verwendet, die hohe Komponentenkosten, insbesondere für den Motor, aufweisen und eine hohe elektrische Leistung erfordern, was wiederum zu Folgekosten in der elektrischen Infrastruktur, beispielsweise Frequenzumrichter, Trafoleitungsnetz, Schaltstrang usw., führt. Die Leistung wird dabei insbesondere bei einer Schwenkbrücke nur sehr kurzfristig abgerufen, da die Schwenkbrücke bei typischen Bearbeitungssequenzen nur kleine Bewegungen ausführt. Beim Einsatz von hydraulischen Motoren zum rotatorischen Antrieb von Maschinenelementen sind diese bisher nach dem Gerotor-, dem Radialkolben- oder dem Axialkolbenprinzip aufgebaut und weisen hohe Haft- und Gleitreibungseffekte und schlechte Regelbarkeit auf. Nachteilig bei den oben genannten Antrieben ist außerdem eine recht ungenaue Stillstandsposition.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen alternativen rotatorischen Antrieb zu schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile vermindert sind, und der flexible Antriebsformen bietet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß weist ein Antrieb, insbesondere für Rundachsen, zumindest zwei Linearantrieben auf. Diese sind in zumindest einer Schwenkebene über je ein Lagerelement drehbar oder schwenkbar gelagert und weisen jeweils ein relativ zu dem Lagerelement linear verschiebbares Antriebselement auf. Diese sind geneinander verschwenk- oder drehbar miteinander und mit einer anzutreibenden Vorrichtung gekoppelt.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass mit kostengünstigen und vorrichtungstechnisch einfach angeordneten Komponenten eine Vorrichtung rotatorisch oder translatorisch antreibbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die zumindest zwei Linearantriebe Zylinder. Diese haben jeweils ein Zylindergehäuse, in dem ein zwei Zylinderkammern trennender und mit einer Kolbenstange verbundener Kolben geführt ist. Dieser ist von jeder Zylinderkammer her mit einem Arbeitsdruck beaufschlagbar. Das Zylindergehäuse oder die Kolbenstange des jeweiligen Zylinders sind als Lagerelement jeweils drehbar in zumindest einer Schwenkebene an einem Lager befestigt. Das jeweils nicht gelagerte Zylindergehäuse oder die jeweils nicht gelagerte Kolbenstange der Zylinder werden als Antriebselement eingesetzt. Mit den Zylindern können große Kräfte und Drehmomente bei geringem Energieverbrauch aufgebracht werden. Wird der Antrieb beispielsweise hydraulisch betrieben, so kann beim Antrieb einer hydraulischen Schwenkbrücke mit Rundtischen auf deren hydraulische Einrichtungen, wie Hydropumpen, Druckmittelspeicher etc. – die beispielsweise zum Spannen von Werkstücken eingesetzt sind – zurückgegriffen werden, wodurch nur eine geringe Anzahl weiterer hydraulischer Komponenten zum Einsatz des Antriebs benötigt werden.
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Mit Vorteil sind die Zylinderlängsachsen der Zylinder zueinander angestellt, womit vermieden ist, dass der Antrieb einen Todpunkt aufweist, was der Fall wäre, wenn die Zylinder beispielsweise gegenüberliegend koaxial zueinander angeordnet wären.
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Vorzugsweise sind die Zylinder etwa in einer gemeinsamen Schwenkebene angeordnet, die sich etwa senkrecht zu einer Drehachse der Vorrichtung erstreckt. Hierdurch ist ein Kurbeltrieb geschaffen, mit dem ein hohes Drehmoment bezüglich der Drehachse der Vorrichtung aufgebracht wird.
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Eine Hubbewegung der Zylinder wird bevorzugterweise über einer Steuereinheit gesteuert, wobei es sich um eine übliche und kostengünstige NC-Steuerung handeln kann.
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Zum präzisen Antreiben werden eine Ausfahrposition und/oder ein Ausfahrweg der Zylinder und eine Drehposition der Vorrichtung um die Drehachse von einer Messeinheit erfasst und zur Steuereinheit gemeldet.
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Der Antrieb kann hydraulisch oder pneumatisch sein.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einzigen Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in einer schematischen Darstellung den Antrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der Figur ist ein erfindungsgemäßer hydraulischer Antrieb 1, der einen Kurbeltrieb bildet, für eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Bei der Vorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine auf einem Maschinengrundgestell gelagerten Schwenkbrücke 2 bzw. Rundachse, die um eine Drehachse 4 verschwenkbar ist. Die Schwenkbrücke 2 wird beispielsweise für eine 4- bzw. 5-Achsbearbeitung einer Fräsmaschine eingesetzt. Hierbei ist erforderlich, dass die Schwenkbrücke 2 mit einer hohen Präzision bzw. mit einer hohen Positioniergenauigkeit verschwenkt wird, was mit dem erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieb 1 erreicht wird.
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Der Antrieb 1 hat zwei Zylinder, die als Hydrozylinder 6, 8 ausgeführt sind. Sie weisen einen in einem Zylindergehäuse 10 bzw. 12 geführten Kolben 14 bzw. 16 auf, der jeweils mit einer Kolbenstange 18 bzw. 20 verbunden ist. Bei den Hydrozylindern 6, 8 handelt es sich um Differentialzylinder, wobei auch Gleichgangzylinder möglich sind. In dieser Ausführung durchsetzen die Kolbenstangen 18 und 20 den jeweiligen Hydrozylinder 6 bzw. 8 stirnseitig. Auf der von dieser Stirnseite abgewandten Seite sind die Hydrozylinder 6 und 8 etwa parallel zur Drehachse 4 drehbar in einer Schwenkebene, beispielsweise über ein Gelenkauge 25, am Maschinengrundgestell gelagert.
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Die Kolbenstangen 18, 20 sind an ihren Endabschnitten derart über ein Verbindungselement 26 miteinander gekoppelt, dass sie gegeneinander verschwenkbar sind. Die Schwenkbrücke 2 weist stirnseitig eine sich von der Drehachse 4 in Radialrichtung wegerstreckende Linearführung 28 auf, in der das Verbindungselement 26 gleitend geführt ist, wobei die Linearführung 28 an der Schwenkbrücke 2 befestigt ist. Die Linearführung 28 ist derart ausgestaltet, dass das Verbindungselement 26 in Radialrichtung zur Drehachse 4 verschiebbar ist und in einer Umlaufrichtung um die Drehachse 4 über die Linearführung 28 ein Drehmoment auf die Schwenkbrücke 2 überträgt. Durch die Linearführung 26 wird eine mechanisch überbestimmte Verbindung des Verbindungselements 26 und der beiden Kolbenstangen 18, 20 mit der Schwenkbrücke 2 vermieden.
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Die Schwenkebene, in der sich die Längsachsen 22, 24 der Hydrozylinder 6, 8 etwa erstrecken, ist etwa senkrecht zur Drehachse 4 angeordnet. Verbindungslinien von einem jeweiligen Gelenkauge 25 eines Hydrozylinders 6 und 8 zur Drehachse 4 stehen etwa in der Zeichenebene in der Figur senkrecht zueinander.
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Die Kolben 14 und 16 der Hydrozylinder 6 bzw. 8 trennen in dem Zylindergehäuse 10 bzw. 12 jeweils eine erste von einer zweiten Zylinderkammer 30, 32. Diese sind über Druckleitungen beispielsweise mit einer Hydropumpe verbindbar, wodurch der Kolben 14 bzw. 16 mit einem Arbeitsdruck beaufschlagbar ist, um eine Hubbewegung zum Aus- oder Einfahren der Kolbenstange 18 bzw. 20 auszuführen. Zur Druckmittelversorgung der Hydrozylinder 6, 8 wird vorzugsweise auf eine hydraulische Anordnung (Hydropumpen, Hydrospeicher und auch diverse hydraulische Ventile bzw. Servoventile) der anzutreibenden Vorrichtung, wie in diesem Fall die Schwenkbrücke 2, zurückgegriffen, wodurch Kosten gespart werden.
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Gesteuert wird die Hubbewegung der Hydrozylinder 6, 8 durch eine Steuereinheit, insbesondere eine NC-Steuerung. Diese steuert die Hydrozylinder 6, 8 derart an, dass das Verbindungselement 26 sich um eine zur Drehachse 4 umlaufende Kreisbahn 34 – die als Strichpunktlinie in der Figur eingezeichnet ist – bewegt. In dieser Bewegungsrichtung wird eine Hubkraft der Hydrozylinder 6 und 8 von den Kolben 14 bzw. 16, über die Kolbenstangen 18 bzw. 20 und über das Verbindungselement 26 als Drehmoment auf die mit der Schwenkbrücke 2 verbundenen Linearführung 28 übertragen.
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Um die Hubbewegung der Hydrozylinder 6, 8 und die Drehbewegung der Schwenkbrücke 2 zu überwachen ist eine Messvorrichtung vorgesehen, die die aktuelle Hubposition und/oder Hubweg der Kolbenstangen 18, 20 der Hydrozylinder 6, 8 und die Drehposition der Schwenkbrücke 2 zur Steuereinheit meldet. Die Kolbenstangen 18, 20 können mit einer hohen Präzision linear verfahren werden, wodurch die Drehbewegung der Schwenkbrücke 2 ebenfalls mit einer hohen Präzision ausgeführt wird.
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Neben der Kreisbahn 34 ist der Koppelpunkt bzw. das Verbindungselement 26 des Antriebs 1 in beliebigen translatorischen oder rotatorischen Bahnen – oder eine Mischung aus Beiden – bewegbar und kann auf die spezifisch anzutreibende Vorrichtung über die Steuereinheit angepasst werden. Zur Erhöhung des Drehmoments und zur Verringerung der Drehzahl bei einer rotatorischen Bewegung wird ein Radius zwischen dem Verbindungselement 26 und der Drehachse 4 vergrößert und umgekehrt für eine Erhöhung der Drehzahl und einer Verringerung des Drehmoments der Radius verkleinert.
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Die Hydrozylinder 6, 8 sind vorteilhafterweise derart gelagert bzw. angeordnet, dass bei keiner Schwenkbewegung die Längsachsen 22, 24 etwa koaxial zueinander verlaufen, da in diesem Fall sich die Hydrozylinder 6, 8 in einem Todpunkt befinden würden, in dem die Kräfte der Hydrozylinder 6, 8 in die gleiche Richtung wirken.
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Alternativ können zusätzlich zu den beiden Hydrozylindern 6, 8 auch weitere Hydrozylinder zur Erhöhung eines Drehmoments angeordnet werden.
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Es ist auch denkbar den Antrieb pneumatisch auszuführen.
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Offenbart ist ein Antrieb, insbesondere für Rundachsen, mit zumindest zwei Linearantrieben. Diese sind in einer Schwenkebene über je ein Lagerelement drehbar gelagert und haben jeweils ein relativ zu dem Lagerelement linear verschiebbares Antriebselement. Die Antriebselemente sind dann gegeneinander drehbar miteinander und mit einer anzutreibenden Vorrichtung gekoppelt, um diese rotatorisch oder translatorisch anzutreiben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antrieb
- 2
- Schwenkbrücke
- 4
- Drehachse
- 6
- Hydrozylinder
- 8
- Hydrozylinder
- 10
- Zylindergehäuse
- 12
- Zylindergehäuse
- 14
- Kolben
- 16
- Kolben
- 18
- Kolbenstange
- 20
- Kolbenstange
- 22
- Längsachse
- 24
- Längsachse
- 25
- Gelenkauge
- 26
- Verbindungselement
- 28
- Linearführung
- 30
- Zylinderkammer
- 32
- Zylinderkammer
- 34
- Kreisbahn
