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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks, mit mindestens einer ortsfesten, motorgetriebenen Antriebsspindel und mit mindestens einer Abtriebsspindel, wobei die Antriebsspindel und die Abtriebsspindel zur Übertragung eines Drehmoments um eine Antriebsachse mittels einer Kupplungseinrichtung miteinander kuppelbar sind, wobei wobei die Abtriebsspindel und die Antriebsspindel in einer Richtung quer zu der Antriebsachse relativ zueinander bewegbar sind.
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Aus der
EP 1 882 550 B1 ist eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken bekannt, bei welcher eine ortsfeste Antriebswelle mit einer in einer ortsfesten Führung geführten Abtriebswelle koppelbar ist, wobei eine der Wellen einen Schlitz und die andere der Wellen einen seitlich in den Schlitz einführbaren Endabschnitt aufweist.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art mit einem alternativen Aufbau anzugeben.
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Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kupplungseinrichtung ein Kupplungselement aufweist, das zwischen einer Gebrauchslage, in welcher die Antriebsspindel und die Abtriebsspindel miteinander gekuppelt sind, und einer Nichtgebrauchslage, in welcher die Antriebsspindel und die Abtriebsspindel voneinander entkuppelt sind, bewegbar ist, und dass das Kupplungselement einen Betätigungsabschnitt aufweist, der in der Nichtgebrauchslage des Kupplungselements in einen Bewegungsraum der Abtriebsspindel oder der Antriebsspindel hineinragt und durch Kontakt mit einem Anlageabschnitt der Abtriebsspindel oder der Antriebsspindel zur Überführung des Kupplungselements in die Gebrauchslage betätigbar ist.
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Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ermöglicht es, eine sich bewegende Abtriebsspindel oder Antriebsspindel mit einem Anlageabschnitt gegen einen Betätigungsabschnitt des Kupplungselements anzulegen und auf diese Weise das Kupplungselement in die Gebrauchslage zu überführen, in welcher die Antriebsspindel und die Abtriebsspindel miteinander gekuppelt sind. Die Abtriebsspindel kann ihrerseits an einem Halter, beispielsweise einem Rundtakttisch, gehalten sein, sodass die Bewegung eines Abtriebsspindelhalters dazu verwendet werden kann, die Abtriebsspindel mit der Antriebsspindel zu kuppeln.
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Vorzugsweise ist das Kupplungselement um eine Schwenkachse schwenkbar an der Antriebsspindel oder der Abtriebsspindel gelagert. Dies ermöglicht eine kompakte Ausgestaltung der Kupplungseinrichtung.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Schwenkachse quer zu der Antriebsachse und/oder quer zu der Bewegungsrichtung der Antriebsspindel orientiert ist. Auch dies ermöglicht eine besonders kompakte Anordnung der an einem Kupplungsvorgang und einem Entkupplungsvorgang beteiligten Bauteile der Kupplungseinrichtung.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn das Kupplungselement schwerkraftbedingt und/oder kraftgestützt in seiner Nichtgebrauchslage gehalten ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass in einem entkuppelten Zustand zwischen Antriebsspindel und Abtriebsspindel der Betätigungsabschnitt des Kupplungselements in den Bewegungsraum der Abtriebsspindel oder der Antriebsspindel hineinragt. Wenn beispielsweise das Kupplungselement an der Abtriebswelle gelagert ist und der Anlageabschnitt der Abtriebsspindel in Kontakt mit dem Betätigungsabschnitt des Kupplungselements gelangt, genügt es, eine der Schwerkraft oder der Kraftunterstützung entgegengesetzte, höhere Betätigungskraft aufzubringen, um das Kupplungselement aus der Nichtgebrauchslage in die Gebrauchslage zu überführen.
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Die Kraftunterstützung des Kupplungselements kann beispielsweise mittels einer einfachen Feder erfolgen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kupplungselement einen Kupplungsabschnitt aufweist, der in der Gebrauchslage des Kupplungselements in den Bewegungsraum der Abtriebsspindel oder der Antriebsspindel hineinragt und in einer Aufnahme der Abtriebsspindel oder der Antriebsspindel aufgenommen ist. Dies ermöglicht eine zuverlässige Übertragung von Drehmomenten von der Antriebsspindel auf die Abtriebsspindel.
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Bevorzugt ist es, wenn der Kupplungsabschnitt in der Nichtgebrauchslage des Kupplungselements nicht in den Bewegungsraum der Abtriebsspindel oder der Antriebsspindel hineinragt, sodass eine Betätigung des Kupplungselements ausschließlich über dessen Betätigungsabschnitt des Kupplungselements erfolgt.
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Ferner ist es bevorzugt, dass die Aufnahme taschenförmig ausgebildet ist. Dies ermöglicht ein raumsparendes Einschwenken des Kupplungsabschnitts in die Aufnahme im Zuge der Verschwenkung des Kupplungselements aus dessen Nichtgebrauchslage in die Gebrauchslage.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn eine Steuerung zur Bestimmung der Drehlage der Antriebsspindel um die Antriebsachse vorgesehen ist. Auf diese Weise kann vor einem Kupplungsvorgang die Antriebsspindel so ausgerichtet werden, dass eine Anpassung der Drehlage der Antriebsspindel während des Kupplungsvorgangs nicht erforderlich ist.
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Bevorzugt ist es, wenn eine schließ- und öffenbare Fixiereinrichtung zur Festlegung und Freigabe der Antriebsspindel in Drehrichtung vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Kupplung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle. In entsprechender Weise ist es bevorzugt, wenn eine schließ- und öffenbare Fixiereinrichtung zur Festlegung und Freigabe der Abtriebsspindel in Drehrichtung vorgesehen ist. Auch dies ermöglicht eine zuverlässige Kupplung von Antriebsspindel und Abtriebsspindel, ohne dass während des Kupplungsvorgangs eine Korrektur der Drehlage der Abtriebsspindel erforderlich ist.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Antriebsspindel und die Abtriebsspindel in einer Richtung parallel zu der Antriebsachse nicht bewegbar sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kupplungs- und Endkupplungsvorgänge zwischen Antriebsspindel und Abtriebsspindel keinen Einfluss auf die Relativpositionen der Spindeln parallel zu der Antriebsachse haben.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Figurenliste
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- 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Teils einer Werkzeugmaschine, mit einer Kupplungseinrichtung, die in einem entkuppelten Zustand dargestellt ist;
- 2 eine der 1 entsprechende Seitenansicht, wobei die Kupplungseinrichtung in einem gekuppelten Zustand dargestellt ist;
- 3 eine Draufsicht der Kupplungseinrichtung entsprechend einer in 2 mit III - III bezeichneten Schnittebene;
- 4 eine Unteransicht der Kupplungseinrichtung entsprechend einer in 2 mit IV - IV bezeichneten Schnittebene; und
- 5 eine weitere Seitenansicht, wobei die Kupplungseinrichtung in einem entkuppelten Zustand dargestellt ist.
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Eine Werkzeugmaschine zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere eine Maschine zur finishenden Bearbeitung und/oder zur schleifenden Bearbeitung eines Werkstücks, ist in der Zeichnung insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und umfasst einen Motor 12 zum Antrieb einer Antriebsspindel 14 um eine Antriebsachse 16. Es kann genau eine Antriebsspindel 14 vorgesehen sein oder mehrere Antriebsspindeln 14.
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Die Werkzeugmaschine 10 umfasst ferner wenigstens eine Abtriebsspindel 18, welche vorzugsweise an einem Halter 20, insbesondere einem Rundtakttisch, gelagert ist.
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Für das Beispiel eines Rundtakttischs ist der Halter 20 seinerseits um eine Halterachse 22 drehbar gelagert und mittels eines Antriebs 24 in Drehrichtung antreibbar. Beispielsweise kann die Abtriebsspindel 18 in einer Draufsicht auf den Halter 20 gesehen im Uhrzeigersinn entlang einer Kreisbahn bewegt werden, indem der Halter 20 um die Halterachse 22 gedreht wird. Diese Drehrichtung ist in der Seitenansicht gemäß 1 durch einen Pfeil 26 angedeutet. Im Zuge der Bewegung der Abtriebsspindel 18 beansprucht die Abtriebsspindel 18 einen Bewegungsraum 28, welcher in einer Richtung senkrecht zu der Antriebsachse 16 gesehen und beabstandet zu der Abtriebswelle 14 durch eine untere Bewegungsraumgrenze 30 begrenzt ist. Eine obere Bewegungsraumgrenze 32 ist beispielsweise durch die Unterseite des Halters 20 definiert. Die Abtriebswelle 18 ist vorzugsweise in einer bezogen auf die Schwerkraftrichtung horizontalen Bewegungsebene bewegbar, während die Antriebsachse 16 vorzugsweise in Bezug auf die Schwerkraftrichtung vertikaler Richtung verläuft.
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Zur Kupplung der Abtriebsspindel 18 mit der Antriebsspindel 14 ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnete Kupplungseinrichtung vorgesehen. Die Kupplungseinrichtung 34 ist im Bereich einander zugeordneten Enden 36, 38 der Antriebsspindel 14 bzw. der Abtriebsspindel 18 angeordnet.
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Die Kupplungseinrichtung 34 umfasst ein Kupplungselement 40, das mittels einer Schwenkachse 42, insbesondere realiert durch einen Bolzen 44, schwenkbar an der Antriebsspindel 14 gelagert ist. Die Schwenkachse 42 verläuft vorzugsweise in bezogen auf die Schwerkraftrichtung horizontaler Richtung und ist insbesondere senkrecht zu der Antriebsachse 16 und gleichzeitig senkrecht zur der Bewegungsrichtung 26 der Abtriebsspindel 18 orientiert.
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Das Kupplungselement 40 ist zwischen zwei Endlagen verschwenkbar. In einer ersten Endlage (vergl. 1) nimmt das Kupplungselement 40 eine Nichtgebrauchslage ein. In diesem Zustand sind Abtriebswelle 18 und Antriebswelle 14 voneinander entkuppelt. In der Nichtgebrauchslage des Kupplungselements 40 ragt ein Betätigungsabschnitt 46 des Kupplungselements 40 in den Bewegungsraum 28 der Abtriebsspindel 18 hinein. Alle anderen Abschnitte des Kupplungselements 40 liegen in der Nichtgebrauchslage des Kupplungselements 40 außerhalb des Bewegungsraums 28. Dies gilt auch für einen Kupplungsabschnitt 48, welcher als Teil des Kupplungselements 40 oder gemeinsam mit diesem um die Schwenkachse 42 verschwenkbar ist.
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Der Betätigungsabschnitt 46 ist beispielsweise durch einen Eckbereich des Kupplungselements 40 gebildet. Dieser Eckbereich ist begrenzt durch Seitenflächen 50 und 52 des Kupplungselements 40.
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Der Kupplungsabschnitt 48 ist räumlich von dem Betätigungsabschnitt 46 entfernt angeordnet und beispielsweise durch einen Zapfen gebildet, welcher von der Seitenfläche 50 abragt.
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Ein mit „r“ bezeichneter Abstand der Seitenfläche 50 von der Schwenkachse 42 ist so klein, dass die Seitenfläche 50 in einem Bereich zwischen dem Betätigungsabschnitt 46 und dem Kupplungsabschnitt 48 unabhängig von der Schwenklage des Kupplungselements 40 außerhalb des Bewegungsraums 28 der Abtriebsspindel 18 verbleibt.
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Zum Halten des Kupplungselements 40 in dessen Nichtgebrauchslage (vergl. 1) ist eine Feder 54 vorgesehen, deren Federkraft versetzt zu der Schwenkachse 42 wirksam ist. Zur Begrenzung des Schwenkwegs des Kupplungselements 40 und zur Bestimmung der Nichtgebrauchslage ist es vorteilhaft, wenn ein Anschlag 56 des Kupplungselements 40 mit einer Anschlagfläche 58 der Antriebswelle 14 zusammenwirkt. Vorzugsweise sind die Feder 54 und der Anschlag 56 bezogen auf die Antriebsachse 16 der Antriebsspindel 14 auf einander entgegengesetzten Seiten angeordnet.
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Die Kupplungseinrichtung 34 umfasst ferner eine insbesondere taschenförmige Aufnahme 60, welche an dem Ende 38 der Abtriebsspindel 18 ausgebildet ist. In Richtung zu der Antriebsspindel 14 ist die Abtriebsspindel 18 durch eine Begrenzungsfläche 62 begrenzt. Die Begrenzungsfläche 62 ist bei einer Bewegung der Abtriebsspindel 18 deckungsgleich mit der Bewegungsraumgrenze 30 des Bewegungsraums 28. Es ist vorteilhaft, wenn die Aufnahme 60 einen gekrümmten Verlauf aufweist, der dem Radius R desjenigen Teilkreises entspricht, auf dem die Abtriebsspindeln an dem Halter 20 angeordnet sind.
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Die Abtriebsspindel 18 ist um eine Spindelachse 64 drehbar. Bezogen auf die Spindelachse 64 weist die Abtriebsspindel 18 auf der der Aufnahme 60 gegenüberliegenden Seite eine Außenfläche 66 auf, welche einen Anlageabschnitt bildet, mit welchem der Betätigungsabschnitt 46 des Kupplungselements 40 betätigbar ist.
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In einem Ausgangszustand (vergl. 1) sind die Antriebsspindel 14 und die Abtriebsspindel 18 voneinander entkuppelt. Das Kupplungselement 40 nimmt seine Nichtgebrauchslage ein, in welcher der Betätigungsabschnitt 46 in den Bewegungsraum 28 der Abtriebsspindel 18 hineinragt. Der Kupplungsabschnitt 48 ist außerhalb des Bewegungsraums 28 angeordnet. Wenn die Abtriebsspindel 18 entsprechend der Bewegungsrichtung 26 innerhalb des Bewegungsraums 28 bewegt wird, gelangt der Anlageabschnitt 66 in Anlage mit dem Betätigungsabschnitt 46 des Kupplungselements, welches hierdurch bedingt ausgehend von seiner Nichtgebrauchslage in seine Gebrauchslage (vergl. 2) verschwenkt. Diese Verschwenkung bewirkt, dass der Kupplungsabschnitt 48 in die taschenförmige Aufnahme 60 hinein verschwenkt wird. Die Schwenklage des Kupplungselements 40 ist in seiner Gebrauchslage durch Anlage der Seitenfläche 50 an der Begrenzungsfläche 62 der Abtriebswelle 18 begrenzt.
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Im Zuge der Verschwenkung des Kupplungselements 40 aus der Nichtgebrauchslage in die Gebrauchslage wird die Feder 54 zusammengedrückt. Hierdurch wird Energie gespeichert, die für eine Verschwenkung des Kupplungselements 40 zurück in die Nichtgebrauchslage nutzbar ist.
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Wenn der Kupplungsabschnitt 48 in der Aufnahme 60 aufgenommen ist, kann ein um die Antriebsachse 16 wirkendes Drehmoment von der Antriebswelle 14 über das Kupplungselement 40 und dessen Kupplungsabschnitt 48 auf die Seitenwände der Aufnahme 60 und somit auf die Abtriebsspindel 18 übertragen werden.
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Um die Schwenkachse 42 beziehungsweise den Bolzen 44 von Torsionskräften zu entlasten, ist es bevorzugt, das Kupplungselement 40 zwischen zwei Lagerböcken 68 und 70 (vergl. 3) aufzunehmen. Die einander zugewandten Innenflächen der Lagerböcke 68 und 70 wirken mit entsprechenden Außenflächen des Kupplungselements 40 zusammen, sodass die Schwenkachse 42 nicht auch die Funktion der Drehkraftübertragung übernehmen muss.
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Ausgehend von dem gekuppelten Zustand gemäß 2 ist es möglich, die Abtriebsspindel 18 wieder von der Antriebsspindel 14 zu entkuppeln, indem die Abtriebsspindel 18 der Bewegungsrichtung 26 weiter folgend innerhalb des Bewegungsraums 28 bewegt wird (vergl. 5). Im Zuge des Entkupplungsvorgangs gleitet die Begrenzungsfläche 62 der Abtriebswelle 18 auf der Seitenfläche 50 des Kupplungselements 40 entlang, wodurch der Kupplungsabschnitt 48 zunächst in zu der Seitenfläche 50 paralleler Richtung aus der Aufnahme 60 der Abtriebsspindel 18 herausbewegt wird. Sobald dann aber die Abtriebsspindel 18 so weit bewegt wurde, dass eine endseitige Begrenzung 72 der Tasche 60 die Seitenfläche 50 des Kupplungselements 40 vollständig überstrichen hat, taucht der Betätigungsabschnitt 46 des Kupplungselements 40 in den Bewegungsraum 28 der Abtriebsspindel 18 ein, unterstützt durch die Feder 54, bis der Anschlag 56 des Kupplungselements 40 auf die Anschlagfläche 48 der Antriebsspindel 14 trifft.
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Bevorzugt ist es, dass an dem Halter 20 mehrere Abtriebsspindeln 18 in Drehrichtung des Halters 20 zueinander versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine in Drehrichtung der in der Zeichnung dargestellten Abtriebsspindel 18 eine zusätzliche Abtriebsspindel folgen und unter Beibehaltung der Bewegungsrichtung 26 wie vorstehend beschrieben mit der Antriebsspindel 14 gekuppelt werden. Auch in diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahme 60 einen gekrümmten Verlauf aufweist, der dem Radius R desjenigen Teilkreises entspricht, auf dem die Abtriebsspindeln an dem Halter 20 angeordnet sind.
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Bei dem Halter 20 kann es sich auch um einen Träger handeln, welcher entlang eines gradlinigen Verfahrwegs bewegt wird, sodass die an dem Träger gehaltenen Abtriebsspindeln 18 ebenfalls in gradliniger Richtung (und nicht entlang einer Kreisbahn) bewegt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 5 ist das Kupplungselement 40 an der Antriebsspindel 14. Es ist aber auch möglich, das Kupplungselement 40 an der Abtriebsspindel 18 zu lagern und mittels eines Anlageabschnitts der Antriebsspindel 14 zu betätigen. In diesem Fall ist die Antriebsspindel 14 an ihrem Ende 36 beispielsweise so ausgestaltet, wie vorstehend beschrieben das Ende 38 der Abtriebsspindel 18. Dementsprechend weist das Ende 36 dann eine der Aufnahme 60 entsprechende Aufnahme für den Kupplungsabschnitt 48, eine der Begrenzungsfläche 62 entsprechende Begrenzungsfläche, und einen dem Anlageabschnitt 66 entsprechenden Anlageabschnitt auf. Ein Bewegungraum der Antriebsspindel 14 entspricht dann dem Raum, welche die Antriebsspindel 14 bei Rotation beansprucht und der durch die genannte Begrenzungsfläche begrenzt ist.
