DE102010000105B4

DE102010000105B4 - Spielfreie Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010000105B4
Application number: DE102010000105.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bruckmeier; Eckhard Schmied; Richard Geiner
Original assignee: HEYNAU GEARSPRODUCTIONSERVICE GmbH
Current assignee: Heynau Gearsproductionservice De GmbH
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2030-01-19
Also published as: DE102010000105A1; DE202009000086U1

Abstract

Spielfreie Antriebsvorrichtung mit einem Motor (10), dessen Abtriebswelle (22) drehfest mit einer Welle (26) eines Getriebes (16) gekoppelt ist, dessen Ausgangswelle (42) ein Antriebsritzel (44) trägt, wobei die Welle (26) des Getriebes (16) über eine drehsteife, längsbewegliche Kupplung (32) mit der koaxialen Welle (30) eines zweiten Getriebes (20) verbunden ist, dessen Übersetzungsverhältnis identisch mit demjenigen des ersten Getriebes (16) ist und dessen Ausgangswelle (42') ein Ritzel (44') trägt, wobei jedes der beiden Getriebe (16, 20) eine Schneckenradstufe (36, 36') hat und die beiden koaxialen Wellen (26, 30) als Schneckenwellen ausgebildet sind, von denen die Welle (16) des ersten Getriebes (26) axial fest und die Welle (30) des zweiten Getriebes (20) schwimmend gelagert und über ein Andruckorgan (56) axial relativ zur Welle (26) des ersten Getriebes (16) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsritzel (44, 44') mit einem Zahnkranz für den Antrieb eines Drehtisches oder mit einer Zahnstange für den Linearantrieb eines Maschinenbettes kämmen und dass das Andruckorgan (56) aus einem dynamischen Kraftelement (58) besteht, dessen Andruckkraft im Betrieb veränderbar ist, wobei zwischen den beiden koaxialen Wellen (26, 30) der Getriebe (16, 20) ein Rückstellelement (60) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine spielfreie Antriebsvorrichtung für Werkzeugmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Realisierung eines spielfreien Linearantriebs oder Drehtischantriebes des Standes der Technik gibt es unterschiedliche Lösungsansätze. Diese beruhen alle auf dem Effekt, dass der durch das Getriebe untersetzte Antrieb der Zahnstange bzw. des Zahnkranzes über ein Ritzel erfolgt. Um das unvermeidliche Spiel zwischen dem Antriebsmotor und dem Antriebsaggregat zu eliminieren, welches mit der Zahl der Getriebestufen wachst, ist es bekannt, dem Antriebsmotor einen zweiten Motor als Bremsmotor nachzuordnen, der über ein Getriebe ein zweites Ritzel antreibt, das mit der Zahnstange bzw. dem Zahnkranz in Eingriff ist (vgl. TwinDRIVE der Fa. Redex S. A.). Die Kraftrichtung dieses zweiten Ritzels wirkt der Kraftrichtung des ersten Ritzels entgegen, so dass das Verdrehspiel in den Zahneingriffen eliminiert wird. Dieses Konzept hat jedoch den Nachteil, dass ein zusätzlicher Motor erforderlich ist und dass der Motor für den Antrieb des Antriebsaggregates das Drehmoment des Bremsmotors überwinden muss.
Daneben sind aus EP 1 386 692 B1 = DE 603 01 648 T2 (Dual DRIVE der Fa. Redex S. A.) Antriebsvorrichtungen mit nur einem Motor bekannt, der über zwei gleiche Getriebe das Antriebsaggregat antreibt, wobei die beiden Getriebe über eine Torsionsvorspanneinrichtung zur Herstellung der Spielfreiheit miteinander verbunden sind. Das hat den Nachteil, dass die Vorspannung permanent wirksam ist und nicht verändert werden kann.
Eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist in GB 939 024 A beschrieben und dargestellt. Dort handelt es sich um ein in sich geschlossenes Getriebe mit zwei Schneckenradstufen, denen zum spielfreien Antrieb der Welle eines Fräskopfes ein Andruckorgan in Form eines Tellerfederpaketes zugeordnet ist, dessen Anfangsspannung eingestellt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs umrissenen Bauart so auszubilden, dass für eine Verfahrachse oder Drehachse in einer Werkzeugmaschine ein Spielausgleich mit konstruktiv einfachen Mitteln bewerkstelligt und verändert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, womit es möglich ist, z. B. einen „Aufspanntisch” einer Werkzeugmaschine spielfrei in allen Verfahrachsen, insbesondere x/y, zu verfahren. Im Fall einer Vertikaldrehmaschine kann auch die Drehung des Aufspanntisches um die Hochachse mit dieser Antriebsvorrichtung spielfrei bewerkstelligt werden.
Das Andruckorgan, welches aus einem dynamischen Kraftelement besteht, beispielsweise in Form von verstellbaren Federn oder hydraulischen oder magnetischen Zustellelementen, sorgt dafür, dass die schwimmend gelagerte Welle im Betrieb relativ zur Welle des ersten Getriebes verschoben wird, wodurch das Verdrehspiel im Eingriff der beiden Ritzel mit der Zahnstange bzw. dem Zahnkranz eliminiert wird.
Die beiden Getriebe können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in zwei fest miteinander verbundenen Gehäusen gelagert sein; alternativ können sie auch in einem gemeinsamen Gehäuse gelagert sein. Damit steht eine Einheit zur Verfügung, die mit dem Gehäuse des Motors fest verbunden werden kann.
Wenn in Weiterbildung der Erfindung die Abtriebswelle des Motors über eine drehsteife, längs- und winkelbewegliche Kupplung mit der koaxialen Welle des ersten Getriebes verbunden ist, sind auch Achsversetzungen, Achswinkelfeder sowie axiale Verschiebungen zwischen der Motorwelle und der ersten Getriebewelle ausgleichbar, so dass Einbaufehler und auch thermische Veränderungen automatisch korrigiert werden können.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer spielfreien Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung und
2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Realisierungsmöglichkeit der 1.
In den 1 und 2 ist ein Motor 10, beispielsweise ein Elektromotor gezeigt, dessen Gehäuse 12 fest mit dem Gehäuse 14 eines ersten Getriebes 16 verbunden ist. Das Gehäuse 14 dieses Getriebes 16 ist mit dem Gehäuse 18 eines zweiten Getriebes 20 fest verbunden. Die beiden Gehäuse 14 und 18 können auch als ein gemeinsames Gehäuse ausgeführt werden.
Wesentlich ist, dass die beiden Getriebe 16 und 20 exakt dieselben Übersetzungsverhältnisse haben, im Fall der Anwendung für eine Werkzeugmaschine beispielsweise in der Größenordnung von i = 15 bis 100.
Die Abtriebswelle 22 des Motors 10 ist über eine Kupplung 24 drehfest, jedoch axial verschiebbar mit der koaxialen Welle 26 des ersten Getriebes 16 gekoppelt, die im Gehäuse 14 des ersten Getriebes 16 gelagert ist.
Eine konstruktive Lösungsmöglichkeit hierfür zeigt 2, bei der die Abtriebswelle 22 des Motors 10 über eine längs- und winkelbewegliche Kupplung 24, beispielsweise in Form einer Metallbalgkupplung, mit der Welle 26 des ersten Getriebes 16 gekoppelt ist, die über gegeneinander angestellte Kugellager 28 spielfrei im Gehäuse 14 des ersten Getriebes 16 gelagert ist. Die erläuterte Kupplung 24 erlaubt nicht nur axiale Verschiebungen zwischen der Abtriebswelle 22 des Motors 10 und der Welle 26 des ersten Getriebes 16, sondern auch den Ausgleich von Achswinkelfehlern oder Einbaufehlern sowie thermischer Veränderungen zwischen den beiden Wellen.
Die Welle 26 des ersten Getriebes 16 ist mit der koaxialen Welle 30 des zweiten Getriebes 20 über eine drehsteife und längsbewegliche Kupplung 32 verbunden, wobei diese Welle 30 über Rollenlager 34 schwimmend im Gehäuse 18 des zweiten Getriebes 20 gelagert ist.
Wie das Ausführungsbeispiel weiter zeigt, bestehen die beiden Getriebe 16 und 20 jeweils aus einer Schneckenradstufe 36, 36' und einer Planetenradstufe 38, 38'. Die beiden Wellen 26 und 30 der Getriebe 16, 20 sind daher als Schneckenwellen ausgebildet, die über jeweils ein nicht dargestelltes Schneckenrad die Eingangswelle 40 bzw. 40' der nachgeordneten Planetenradstufe 38, 38' antreiben. Wie 2 zeigt, wird über die jeweilige Planetenradstufe 38, 38' eine Ausgangswelle 42, 42' angetrieben, deren Achse rechtwinklig zur Achse der zugeordneten Welle 26 bzw. 30 und damit auch zur Achse der Abtriebswelle 22 des Motors 10 ausgerichtet ist. Die Ausgangswelle 42 bzw. 42' ist fest mit einem Ritzel 44 bzw. 44' verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet. Die beiden Ritzel 44, 44' liegen in derselben Ebene und dienen zum Antrieb einer nicht gezeigten Zahnstange oder eines Zahnkranzes. In Abhängigkeit von dem anzutreibenden Zahnkranz bzw. der Zahnstange haben die verzahnungsgeometrisch identischen Ritzel 44 und 44' eine Schrägverzahnung oder eine Geradverzahnung.
Die Übersetzung der beiden Schneckenradstufen 36, 36' ist so gewählt, dass eine Selbsthemmung ausgeschlossen werden kann. Die Übersetzung der beiden Planetenradstufen 38, 38' ist so ausgelegt, dass die gewünschte Gesamtübersetzung erreicht wird, die zwischen i = 15 und i = 100 liegen kann.
Die beiden Planetenradstufen 38, 38' können als mehrstufige Umlaufgetriebe ausgebildet sein. Anstelle der Planetenradstufen 38, 38' sind auch andere Getriebearten, wie z. B. ein- oder mehrstufige Stirnradgetriebe, Cyclo-Getriebe, Winkel- oder Schneckengetriebe, denkbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel trägt, wie 1 zeigt, die Eingangswelle 40, 40' das Sonnenrad 46 bzw. 46', um das die Planetenräder 48 kreisen, die sich in einem Hohlrad 50 abwälzen und mit ihren Achsen in einem Planetenradträger oder Steg 52 gelagert sind. Der Steg 52 ist fest mit der Ausgangswelle 42 verbunden, die über ein Radiallager 54 im Gehäuse 14 bzw. 18 gelagert ist.
Die schwimmend gelagerte Welle 30 des zweiten Getriebes 20 stützt sich mit ihrem der Kupplung 32 gegenüberliegenden Ende über ein Andruckorgan 56 im Gehäuse 18 ab. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform für das Andruckorgan 56, das hier als hydraulisch oder pneumatisch betätigtes Kraftelement 58 in Form eines axial verschiebbaren Kolbens ausgebildet ist. Dieser kann die schwimmend gelagerte Welle 30 gegen die in Gehäuse 14 gelagerte Welle 26 des ersten Getriebes 16 verschieben, was durch die längsbewegliche Kupplung 32 zwischen den beiden Wellen 26 und 30 ermöglicht wird. Zwischen den beiden Wellen 26 und 30 ist ein Rückstellelement 60 eingesetzt, das der Zustellkraft des Andruckorgans 56 entgegenwirkt. Die axiale Zustellung kann auch mechanisch, elektrisch oder magnetisch erfolgen.
Um die Spielfreiheit zu erreichen, wird die aus den beiden Getrieben 16 und 20 und dem Motor 10 bestehende Einheit so mit der anzutreibenden Arbeitsmaschine, z. B. eine Werkzeugmaschine, verbunden, dass die anzutreibende Zahnstange bzw. der anzutreibende Zahnkranz mit den beiden Ritzeln 44, 44' kämmt. Dabei ist die Kupplung 32 zwischen den beiden Wellen 26 und 30 geöffnet, damit die beiden Ritzel 44, 44' in kämmenden Eingriff mit der Zahnstange bzw. des Zahnkranzes kommen können. Anschließend wird die gesamte Einheit fest mit der Arbeitsmaschine verbunden, worauf die Kupplung 32 geschlossen wird. Danach wird das Andruckorgan 56 betätigt, dessen Kraftelement 58 die Welle 30 des zweiten Getriebes 20 gegen die Welle 18 des ersten Getriebes 16 verschiebt. Durch diese Verschieben wird jedes Verdrehspiel innerhalb der Einheit einschließlich Verdrehspiel im Eingriff der beiden Ritzel 44, 44' mit der Zahnstange bzw. dem Zahnkranz eliminiert.
Wie das Ausführungsbeispiel der 2 zeigt, ist das Andruckorgan 56 fest mit dem Gehäuse 18 des zweiten Getriebes 20 verbunden, wobei zwischen dem Kraftelement 58 und der Welle 30 ein Axiallager 62 vorgesehen ist. Statt dessen ist auch eine feste Verbindung des Kraftelementes 58 auf der Welle 30 und eine entsprechende Lagerung dieser Welle mit dem Kraftelement 58 gegen das Gehäuse 18 des zweiten Getriebes 20 möglich.

Claims

Spielfreie Antriebsvorrichtung mit einem Motor (10), dessen Abtriebswelle (22) drehfest mit einer Welle (26) eines Getriebes (16) gekoppelt ist, dessen Ausgangswelle (42) ein Antriebsritzel (44) trägt, wobei die Welle (26) des Getriebes (16) über eine drehsteife, längsbewegliche Kupplung (32) mit der koaxialen Welle (30) eines zweiten Getriebes (20) verbunden ist, dessen Übersetzungsverhältnis identisch mit demjenigen des ersten Getriebes (16) ist und dessen Ausgangswelle (42') ein Ritzel (44') trägt, wobei jedes der beiden Getriebe (16, 20) eine Schneckenradstufe (36, 36') hat und die beiden koaxialen Wellen (26, 30) als Schneckenwellen ausgebildet sind, von denen die Welle (16) des ersten Getriebes (26) axial fest und die Welle (30) des zweiten Getriebes (20) schwimmend gelagert und über ein Andruckorgan (56) axial relativ zur Welle (26) des ersten Getriebes (16) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsritzel (44, 44') mit einem Zahnkranz für den Antrieb eines Drehtisches oder mit einer Zahnstange für den Linearantrieb eines Maschinenbettes kämmen und dass das Andruckorgan (56) aus einem dynamischen Kraftelement (58) besteht, dessen Andruckkraft im Betrieb veränderbar ist, wobei zwischen den beiden koaxialen Wellen (26, 30) der Getriebe (16, 20) ein Rückstellelement (60) vorgesehen ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (16) des ersten Getriebes (26) spielfrei gelagert ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenradstufe (36) eine Planetenradstufe (38) nachgeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenradstufe (36) ein Stirnradgetriebe, ein Cyclo-Getriebe, ein Winkelgetriebe oder ein Schneckengetriebe nachgeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Getriebe (16, 20) in zwei fest miteinander verbundenen Gehäusen (14, 18) gelagert sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Getriebe (16, 20) in einem gemeinsamen Gehäuse gelagert sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (22) des Motors (10) über eine drehsteife, längs- und winkelbewegliche Kupplung (24) mit der koaxialen Welle (26) des ersten Getriebes (16) verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) des Motors (10) fest mit dem Gehäuse (14) des ersten Getriebes (16) verbunden ist.