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Die Erfindung betrifft eine Axialzugvorrichtung zum Erzeugen einer Axialkraft zum Betätigen einer Spanneinrichtung mittels einer Zugstange sowie eine Werkzeugmaschine mit einer Umlaufspindel und einer mit der Umlaufspindel umlaufenden Spanneinrichtung sowie einer zum Betätigen der Spanneinrichtung ausgebildeten Axialzugvorrichtung mit einer Zugstange.
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Derartige Axialzugvorrichtungen sind dem Grunde nach aus dem Stand der Technik bekannt. So sind insbesondere an Werkzeugmaschinen, welche eine zusammen mit einer Umlaufspindel der Werkzeugmaschine umlaufenden Spanneinrichtung, beispielsweise ein Spannfutter oder dergleichen aufweisen, Axialzugvorrichtungen mit zumeist hohl ausgebildeten Zugstangen bekannt, wobei die Spanneinrichtung, also beispielsweise das Spannfutter zum Betätigen mit der Zugstange verbunden ist.
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Die Zugstange wird wiederum von der im Regelfall hydraulisch oder elektrisch betriebenen Axialzugvorrichtung betätigt, wobei sich hier insbesondere bei elektrisch betätigten Axialzugvorrichtungen das Problem ergibt, dass zum Betätigen der Spannbacken des Spannfutters ein Motor mit vergleichsweise hohem Drehmoment zum Einsatz kommen muss, um nach einem Umsetzen der Drehbewegung in einer lineare, also in Axialrichtung wirkende Bewegung mittels der hohl ausgebildeten Zugstange eine hohe lineare Kraft auf die Spannbacken des Spannfutters übertragen zu können.
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Um ausreichend hohe Drehmomente zu erhalten, ist es einerseits bekannt, relativ große, schwere, sperrige und teuere Elektromotoren zum Erzeugen des notwendigen relativ hohen Drehmoments einzusetzen. Auf der anderen Seite ist es ebenso bekannt, relativ kleine Elektromotoren vorzusehen, um unter Zwischenschaltung eines drehmoment- bzw. linearkraftverstärkenden Getriebes auf Kosten eines höheren notwendigen Drehwinkels und somit auch Kosten der zum Spannen bzw. Lösen der Spannbacken erforderlichen Hubzeit das notwendige hohe Drehmoment bzw. die notwendige hohe Linearkraft erzeugen zu können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine derartige gattungsgemäße Axialzugvorrichtung derart weiterzubilden, dass beim Erzeugen der Axialkraft mittels eines relativ kleinen Elektromotors die erforderlichen Hubzeiten reduziert werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Axialzugvorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst.
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Im Einzelnen wird die Aufgabe insbesondere dadurch gelöst, dass eine Axialzugvorrichtung zum Erzeugen einer Axialkraft zum Betätigen einer Spanneinrichtung, beispielsweise eines Spannfutters, vorzugsweise einer mit einer Umlaufspindel einer Werkzeugmaschine umlaufenden Spanneinrichtung, mittels einer Zugstange, einen elektrisch betriebenen Spannmotor mit einem beim Spindelumlauf nicht mitrotierenden Stator und einem beim Spindelumlauf mitrotierenden Rotor, eine mit dem Rotor zum Übertragen der Drehbewegung des Spannmotors verbundene Motorwelle, ein Lagergehäuse, innerhalb dessen eine mittels eines Federspeichers begrenzt axial verschiebliche Spindelmutter angeordnet ist, und eine Kupplung zum selektiven gekuppelten Übertragen einer Drehbewegung zwischen der Motorwelle und dem Lagergehäuse aufweist.
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Die Kupplung weist hierbei eine Rückstelleinrichtung auf, welche ausgelegt ist, die Kupplung eigensicher in eine Geschlossenstellung zu bringen. Die Motorwelle ist mit der Zugstange drehbeweglich verbunden. Die Zugstange weist ein Außengewinde auf, welches mit der Spindelmutter derart im Eingriff steht, dass die Zugstange und die Spindelmutter einen Gewindetrieb bilden.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich eine Reihe von Vorteilen. Dadurch, dass kein Zwischengetriebe vorgesehen ist, sondern die Zugstange zusammen mit der innerhalb des Lagergehäuses begrenzt axial verschieblichen Spindelmutter ein direktes Übertragen des Drehmoments des Elektromotors nach erfolgtem Umsetzen in eine Axialbewegung auf die Zugstange ermöglicht, kann die Spanneinrichtung, beispielsweise also die Spannbacken eines Spannfutters, sehr schnell und direkt betätigt werden, wodurch sich die (unproduktiven) Hubzeiten minimieren lassen.
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Ferner ergibt sich durch die begrenzt axial verschiebliche Ausbildung der Spindelmutter mit Speicherung der bei der Axialverschiebung der Spindelmutter entstehenden Kräfte in einem Federspeicher, der beispielsweise aus Tellerfedern besteht, der besondere Vorteil, dass die an der Spanneinrichtung aufgebrachte Spannkraft auch dann weitgehend konstant aufrecht erhalten wird, wenn die zusammen mit der Umlaufspindel der Werkzeugmaschine umlaufende Spanneinrichtung aufgrund beispielsweise einer hohen Drehzahl relative große auftretende Fliehkräfte kompensieren muss.
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Dadurch, dass die Kupplung mittels der Rückstelleinrichtung, welche beispielsweise aus einer Feder gebildet ist, eigensicher in eine Geschlossenstellung, d. h. in einen angekuppelten Zustand zwischen Motorwelle und Lagergehäuse gebracht wird, ist zudem sicher gestellt, dass nicht unbeabsichtigt, beispielsweise in Folge eines Stromausfalles oder dergleichen, ein Drehmoment auf die Spindelmutter übertragen wird, durch welches die Zugstange bei noch rotierender Umlaufspindel der Werkzeugmaschine entgegen der Spannrichtung der Spanneinrichtung betätigt wird und das in der Spanneinrichtung gegebenenfalls eingespannte Werkzeug ungewollt freigegeben wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zugstange und die Spindelmutter einen Rollengewindetrieb mit Rollenrückführung bilden. Ein derartiger Rollengewindetrieb mit Rollenrückführung bietet durch die Vielzahl der Kontaktflächen eine sehr gute Lastverteilung und gewährleistet somit eine lange Haltbarkeit. Hierdurch wird die Anzahl der Spannvorgänge, d. h. die Anzahl der Hubvorgänge wesentlich erhöht. Des Weiteren ist durch einen derartigen Rollengewindetrieb mit Rollenrückführung eine hohe Stellgenauigkeit gewährleistet, d. h. die Klemmkraft an der Spanneinrichtung, beispielsweise also die Klemmkraft der Spannbacken eines Spannfutters, kann sehr genau eingestellt und aufrecht erhalten werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung als Zahnklauenkupplung ausgebildet ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass die als Zahklauenkupplung ausgebildete Kupplung beim Ausschalten des Antriebes der Umlaufspindel der Werkzeugmaschine oder im Falle eines Stromausfalles sicher einrastet und auch im Falle eines erhöhten Verschleißes der Kupplung das Werkstück nicht unbeabsichtigt, d. h. vorzeitig bei noch rotierender Umlaufspindel, frei gibt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Axialzugvorrichtung ferner ein Gehäuse aufweist. Dieses Gehäuse ist dazu ausgelegt, Drehmomente, insbesondere betriebsbedingte Drehmomente beim Betrieb der Axialzugvorrichtung, aufzunehmen. Derartige betriebsbedingte Drehmomente treten vor allem beim Verstellen der Spanneinrichtung mittels der Zugstange auf, d. h. wenn die Kupplung in eine offene Stellung gebracht worden ist, welche ein stellendes Betätigen der Axialzugvorrichtung erlaubt. Hierdurch ergibt sich der besondere Vorteil, dass zur Drehmomentübertragung keine weiteren Stützeinrichtungen oder dergleichen benötigt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung automatisch betätigbar, vorzugsweise elektrisch betätigbar ausgebildet ist. Hierdurch ist ein vollautomatisches Betätigen der Spanneinrichtung mittels der Axialzugvorrichtung möglich, indem zum Einleiten eines Spann- bzw. Lösungsvorganges zunächst in automatischer, vorzugsweise elektrischer Weise die Kupplung und die Drehverbindung zwischen der Motorwelle und dem Lagergehäuse aufgehoben wird. Anschließend wird dann der Spannmotor in die gewünschte Richtung betätigt, wodurch die über die Motorwelle mit dem Rotor des Spannmotors verbundene Zugstange in eine Drehbewegung versetzt wird. Je nach Rotationsrichtung wird infolgedessen die Spindelmutter gegen den Federspeicher des sich nunmehr mitdrehenden Lagergehäuses gedrückt und bewirkt so eine Axialverschiebung der Zugstange, wodurch die Spanneinrichtung betätigt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Werkzeugmaschine mit einer Umlaufspindel und einer mit der Umlaufspindel umlaufenden Spanneinrichtung vorgesehen, wobei die Werkzeugmaschine zum Betätigen der Spanneinrichtung eine erfindungsgemäße Axialzugvorrichtung aufweist.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 (die einzige Figur) eine funktionale Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Axialzugvorrichtung.
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1 zeigt eine Axialzugvorrichtung 100 zum Erzeugen einer Axialkraft zum Betätigen einer in 1 nicht näher dargestellten Spanneinrichtung, beispielsweise eines Spannfutters. Die Axialzugvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform aus 1 weist eine hohl ausgebildete Zugstange 32 auf, wobei die Zugstange 32 in dem in 1 rechtsseitig dargestellten Bereich mit einer durch Linearverschiebung betätigbaren nicht dargestellten Spanneinrichtung verbunden werden kann. Eine derartige Spanneinrichtung kann beispielsweise ein Spannfutter mit Spannklauen, wie es in einer Drehmaschine oder dergleichen zum Einsatz kommt, sein.
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Die Werkzeugmaschine, an welcher eine Axialzugvorrichtung 100 gemäß 1 zum Einsatz kommen kann, treibt für gewöhnlich eine Umlaufspindel an, und sowohl die Zugstange als auch die (nicht dargestellte) Spanneinrichtung laufen im Betrieb der Werkzeugmaschine mit.
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Die in 1 dargestellte Axialzugvorrichtung 100 weist einen elektrisch betriebenen Spannmotor aus einem Stator 11 und einem Rotor 12 auf. Beim Spindelumlauf ist der Stator 11 feststehend ausgebildet; dagegen rotiert der Rotor 12 auch beim Spindelumlauf stets mit.
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Zum Übertragen der Drehbewegung des Spannmotors ist eine Motorwelle 13 vorgesehen. Ein ebenfalls beim Spindelumlauf mitrotierendes Lagergehäuse 18 ist mittels einer in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 als Klauenkupplung ausgebildeten Kupplung 21 mit der Motorwelle 13 selektiv verbindbar. Die Kupplung 21 ist hierbei derart ausgebildet, dass sie mittels (nicht dargestellter) Federelemente eigensicher in eine Geschlossenstellung gedrückt wird. Beim Betätigen der Kupplung 21 wird demnach die selektive Verbindung zwischen der Motorwelle 13 und dem Lagergehäuse 18 gelöst.
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Innerhalb des Lagergehäuses ist eine Spindelmutter 28 angeordnet, welche innerhalb der Grenzen des Lagergehäuses begrenzt axial verschiebbar angeordnet ist. Die Grenzen der möglichen axialen Verschiebung werden durch einen Federspeicher 17, im Ausführungsbeispiel gemäß 1 in Form eines jeweils links- sowie rechtsseitig ausgebildeten Tellerfederspeichers 17 definiert. Der Tellerfederspeicher 17 ist derart ausgelegt, dass sich auch im weiter unten beschriebenen Normalbetrieb der Werkzeugmaschine, d. h. bei rotierender Umlaufspindel und entsprechend mitrotierender Spanneinrichtung, die an den Tellerfedern des Federspeichers 17 anliegende Spindelmutter 28 nicht infolge hoher Fliehkräfte oder dergleichen löst, eine Axialverschiebung der Zugstange 32 in Entspannrichtung bewirkt und dadurch ein unerwünschtes Öffnen der Spanneinrichtung zur Folge hat.
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Die Motorwelle 13 ist mit der Zugstange 32 drehbeweglich verbunden. Die Zugstange 32 weist ein Außengewinde 34 auf, welches mit der Spindelmutter 28 in Eingriff steht. Hierdurch bilden die Zugstange 32 und die innerhalb des Lagergehäuses 18 angeordnete Spindelmutter 28 einen Gewindetrieb. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist dieser Gewindetrieb als Rollengewindetrieb mit Rollenrückführung ausgebildet. Ein hinteres Gehäuseteil 33 und ein damit mittels Schraubverbindungen verbundenes vorderes Gehäuseteil 18 bilden ein Gehäuse der Axialzugvorrichtung, welches dazu ausgelegt ist, betriebsbedingte Drehmomente beim Betrieb der Axialzugvorrichtung aufzunehmen. Sowohl das hintere Gehäuseteil 33 als auch das vordere Gehäuseteil 18 sowie der Stator 11 stehen während eines Normalbetriebes der Werkzeugmaschine still, d. h. sind nicht mitdrehend ausgebildet.
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Während eines derartigen Normalbetriebes der Werkzeugmaschine, d. h. im Drehbetrieb einer Umlaufspindel, gehören somit der Rotor 12, die Motorwelle 13, das Lagergehäuse 18, der innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Federspeicher 17, die Spindelmutter 28 sowie die Zugstange 32 zur rotierenden Masse. Diese rotierende Masse ist mittels Kugellagern 10, 14, 25 rotatorisch von den Gehäuseteilen 33, 18 entkoppelt.
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Durch die Klauenkupplung 21 ist gewährleistet, dass selbst dann, wenn die Werkzeugmaschine aus einem normalen Drehbetrieb in einen Stillstand überführt wird, diese rotierende Masse stets miteinander verbunden ist, solange die Klauenkupplung 21 nicht aktiv betätigt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich die Spindelmutter 28 aufgrund einer möglicherweise beim Abbremsen der Werkzeugmaschine auftretenden relativen Drehgeschwindigkeit nicht derart verschiebt, dass eine auf die Zugstange 32 übertragene Axialbewegung ein versehentliches Auslösen, d. h. ein Freigeben des Werkstückes aus der Spanneinrichtung bewirkt.
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Im Folgenden wird ein Spann- bzw. Entspannvorgang unter willentlicher Betätigung der Kupplung 21 beschrieben. Infolge einer Betätigung der Kupplung 21 wird ein spannmotorseitiger Kupplungsteil 22 von einem gewindetriebseitigen Kupplungsteil 24 gelöst, so dass eine durch den Spannmotor erzeugte Rotationsbewegung nunmehr lediglich auf die Zugstange 32 übertragen wird. Das Lagergehäuse 18 rotiert demnach in diesem Fall nicht mit. Je nach Drehrichtung des Rotors 12 und damit der Zugstange 32 wird dann die Rotationsbewegung der Spindelmutter 28 in eine lineare Bewegung der Zugstange 32 umgesetzt, wodurch dann, bei geöffneter Kupplung 21, ein gezieltes Spannen bzw. Entspannen der Spanneinrichtung erfolgt.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 14, 25
- Kugellager
- 11
- Stator
- 12
- Rotor
- 13
- Motorwelle
- 16
- vorderes Gehäuseteil
- 17
- Federspeicher, Tellerfeder
- 18
- Lagergehäuse
- 21
- Kupplung, Klauenkupplung
- 22
- spannmotorseitiger Kupplungsteil
- 24
- gewindetriebseitiger Kupplungsteil
- 28
- Spindelmutter
- 32
- Zugstange
- 33
- hinteres Gehäuseteil
- 34
- Außengewinde
- 100
- Axialzugvorrichtung
