DE1189822B - Spindelantrieb fuer Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F06h

Deutsche Kl.: 47h-6

1189 822
C25442XII/47h
4. November 1961
25. März 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spindelantrieb für Werkzeugmaschinen mit einer rotierenden Antriebshülse mit einer mit Keilnuten versehenen Bohrung zur Aufnahme der rotierenden Antriebsspindel. Der für die Keilverbindung bestimmte Durchmesser der Antriebsspindel durchsetzt im allgemeinen die mit den Keilnuten versehene Bohrung und muß immer ein sich änderndes Lastdrehmoment aufnehmen. Derartige Spindelantriebe weisen fast immer eine Konusreibungskupplung auf, welche die Spindel und die Hülse zusammendrückt. Bei einem derartigen Spindelantrieb treten Ratterbewegungen auf, wenn auf die umlaufenden Bauteile, d. h. also insbesondere auf die Hülse und die Keilwelle, sich schnell ändernde Belastungen übertragen werden.

Selbstverständlich fehlt es nicht an Vorschlägen zur Beseitigung von unerwünschtem Spiel und insbesondere zur Beseitigung von unerwünschten Bewegungen und Geräuschen in Spindelantrieben.

So ist beispielsweise eine Einrichtung zur Spielbeseitigung zwischen ineinandergreifenden Antriebsverbindungen bekanntgeworden, die insbesondere bei Keilwellenantrieben von Abwälzfräsmaschinen Anwendung finden kann. Diese bekannte Einrichtung ist gekennzeichnet durch die Unterteilung eines der im Eingriff stehenden Antriebselemente quer zu den die Kraftübertragung vermittelnden Elementarflanken, wobei unter Federkraft stehende Klauen über einen unverkeilten Schrägsitz mit Gegenklauen zusammenwirken. Die bekannte Einrichtung ermöglicht nicht die Entwicklung einer Kraft, die gegen die Relativbewegungen in irgendeiner Richtung zur Auswirkung kommen kann, sondern setzt ausschließlich einen Widerstand gegen die relative Drehbewegung in einer einzigen Richtung entgegen, während sie diese Relativbewegung in der anderen Richtung ungünstigerweise sogar unterstützt. Die bekannte Einrichtung eignet sich infolgedessen nicht zur Unterdrückung von Ratterbewegungen in einem Mechanismus.

Bei einer anderen Einrichtung zum Ausgleich des Spiels im Getriebezug einer Werkzeugmaschine gelangt ein Reibgetriebe zur Anwendung, dessen einer Teil unmittelbar von der Getriebewelle angetrieben wird, so daß eine Bremswirkung entsteht, die das Spiel in den Keilnuten aufhebt. Ein großer Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie einen Teil der Antriebsenergie verbraucht, der in jedem Falle als verloren gelten muß.

Schließlich ist noch ein Verfahren zur wahlweisen Einstellung des Lagerspiels von Spindeln in einem konischen Lager bekanntgeworden. Die Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens besteht aus einer-Spindelantrieb für Werkzeugmaschinen

Anmelder:

The Cincinnati Milling Machine Co.,

Cincinnati, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:

Emery Chester Raehrs, Cincinnati, Ohio

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 14. April 1961 (103 006)

seits am Lagergehäuse und andererseits an der Spindel abgestützten Federn, die einen axial gerichteten Druck auf die Spindel ausüben. An dem Gehäuse ist eine Einstellmutter angebracht, deren Verdrehung eine Axialverschiebung der Spindel bewirkt. Bei dieser bekannten Einrichtung ist aber keine axiale Einstellung eines Mechanismus relativ zu einem Bauteil durch Lösung von einer konischen Kupplung vorgesehen. Diese Einrichtung besitzt eine Feineinstellung zur Konstanthaltung des Lagerspiels, das sich während des Betriebs infolge der Viskositätsänderungen des Schmiermittels ändert. Durch diese recht verwickelte und teure Einrichtung lassen sich sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeiten einhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe, welches insbesondere für den Spindelantrieb einer Werkzeugmaschine geeignet ist, zu schaffen, bei dem die obenerwähnten Ratterbewegungen ausgeschaltet sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Spindelantrieb für Werkzeugmaschinen mit einer rotierenden Antriebshülse mit einer mit Keilnuten versehenen Bohrung zur Aufnahme der rotierenden Arbeitsspindel die Konuskupplung Klemmhülsen aufweist, die zwischen der Spindel und der Hülse liegen, und daß eine Freigabevorrichtung zur Trennung der Klemmhülsen und zur Freimachung der Spindel für Axialverschiebungen

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durch eine Antriebsvorrichtung in den Spindelantrieb den Antriebseingriff der Keilnutenabschnitte 44 und

eingebaut ist. 46 der Antriebshülse 26 bzw. der Spindel 16 gedreht.

Vorzugsweise weist die Freigabevorrichtung einen Zwischen der Antriebshülse 26 und der Werkzeug-Ringkolben auf, der die Spindel im Gleitsitz umgibt, spindel 16 ist eine Kupplung vorhanden, mit der die während eine Ventilvorrichtung das flüssige Medium 5 Spindel 16 und die Antriebshülse 26 miteinander verwahlweise gegen den Kolben drückt, um die Klemm- bunden werden können. Die Kupplung weist eine hülsen voneinander zu trennen. Klemmhülse 48 mit Schlitzen 50 auf, die die Klemm-

Bei einer anderen Ausführungsform des Spindel- hülse 48 zusammenziehbar machen. Die nichtzusam-

antriebs nach der Erfindung ist der Ringkolben in mengezogene Klemmhülse 48 liegt lose auf der Spin-

einem hydraulischen Zylinder untergebracht und io del 16 und ist in bezug auf die Spindel 16 verschieb-

zwischen dem Ringkolben und einer der Klemm- bar. In dem die Klemmhülse 48 umgebenden Ende

hülsen ein Ringdrucklager angeordnet, um den Frei- der Antriebshülse 26 befindet sich eine Klemmhülse

gabedruck auf die eine Klemmhülse zu übertragen. 52, die einen Schlitz 54 aufweist, so daß die Klemm-

Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet un- hülse 52 gedehnt werden kann. Die Klemmhülsen 48 abhängig von dem Drehsinn des Spindelantriebs und 15 und 52 haben aneinanderliegende Kegelflächen 56, wirkt entgegengesetzten relativen Drehbewegungen die eine Keilwirkung ausüben, um die Klemmhülse zwischen Spindel und Antriebshülse in jeder Richtung 48 zusammenzuziehen und die Klemmhülse 52 ausentgegen, so daß alle denkbaren Ratterbewegungen zudehnen, wenn beide Klemmhülsen 48 und 52 in schnell und wirksam gedämpft oder auch völlig un- Axialrichtung gegeneinandergepreßt werden. Der terdrücirt werden. Die Vorrichtung befindet sich un- ao Axialdruck wird durch kräftige Federn 58 erzeugt, mittelbar zwischen Antriebshülse und Antriebsspin- die in einem Ring 60 gelagert sind, der in der Andel, so daß der Raumbedarf ungewöhnlich klein ist. triebshülse 26 an einer Schulter 62 anliegt. Die Dieser Vorteil fällt insbesondere bei der Spindel- Federn 58 drücken die zusammenziehbare Klemmanordnung einer Werkzeugmaschine stark ins Ge- hülse 48 zur ausdehnbaren Klemmhülse 52 hin, die wicht, weil der dort zur Verfügung stehende Raum 35 in Axialrichtung in der Antriebshülse 26 von einer immer durch Getriebeteile und insbesondere durch Gewindemutter 64 gehalten wird, die in das Ende die Antriebsvorrichtungen selbst an sich schon über- der Antriebshülse 26 eingeschraubt ist. Der Druck beansprucht ist. Durch den Spindelantrieb nach der der Federn 58 klemmt also die Klemmhülsen 48 und Erfindung wird also gegenüber dem vorbekannten 52 zusammen, wobei die eine Klemmhülse 48 zusam-Stand der Technik ein erheblicher technischer Fort- 30 mengezogen und die andere Klemmhülse 52 gedehnt schritt erzielt. wird. Die Spindel 16 wird also von der zusammen-

In der nun folgenden Beschreibung soll die Erfin- gezogenen Hülse 48 erfaßt, und die Antriebshülse 26

dung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im ein- wird von der ausgedehnten Klemmhülse 52 erfaßt,

zelnen näher beschrieben werden. In der Zeichnung ist Die Reibung zwischen den Kegelflächen oder Schräg-

F i g. 1 die Ansicht eines Längsschnitts durch den 35 flächen 56, ferner zwischen der Antriebshülse 26 und

Spindelschlitten einer Fräsmaschine und der ausdehnbaren Klemmhülse 52 und ferner zwi-

F i g. 2 eine schematische Darstellung des hydrau- sehen der Klemmhülse 48 und der Spindel 16 erzeugt

lischen Kreises für die Fräsmaschine nach F i g. 1. einen starken Widerstand gegen die Relativbewegung

Der Frässchlitten 10 (Fig. 1) gleitet in lotrechter dieser Maschinenteile, wobei die Spindel 16 und die Richtung auf der Führungsbahn 14 eines Ständers 40 Antriebshülse 26 durch Bauteile zusammengeklemmt 12. Die Spindel 16 ist in Kegelrollenlagern 18,18 a werden, die Drücke erzeugen, die der Relativbewegelagert, die von einer axial beweglichen Hülse 20 gung zwischen diesen Bauteilen entgegenwirken.
getragen werden. Die Hülse 20 hat einen Zahn- Das Lösen der Klemmhülsen 48 und 52 von der Stangenabschnitt 22, in den ein im Schlittengehäuse Spindel 16 bzw. der Antriebshülse 26 erfolgt durch 10 gelagertes Ritzel 24 eingreift. Bei der Drehung des 45 das Arbeiten eines kreisringförmigen Kolbens 66, der Ritzels 24 wird die Hülse 20 in Axialrichtung bewegt. die Spindel 16 hinter der Antriebshülse 26 lose um-Die Kegelrollenlager 18,18 a sind zwischen der gibt. Der Kolben 66 liegt zwischen im Schlitten-Spindel 16 und der Hülse 20 so angeordnet, daß keine gehäuse 10 befestigten Bauteilen 68 und 70, die eine axiale Relativbewegung zwischen der Spindel 16 und Zylinderkammer 70 begrenzen, welcher Druckflüssigder Hülse 20 erfolgen kann. Bei der Bewegung der 50 keit über eine Druckleitung 74 zugeführt wird. Wird Hülse 20 mittels des Ritzels 24 wird infolgedessen Druckflüssigkeit derjenigen Zylinderseite der Druckauch die Spindel bewegt. kammer 72 zugeführt, die sich an der Rückseite des

Die Spindel 16 wird von einer Antriebshülse 26 Kolbens 66 , d. h. der rechten Seite des Kolbens 66, umgeben, die sich in Kegelrollenlagern 28,28a dreht, gesehen in Fig. 1, befindet, dann wird der Kolben welche auf der Antriebshülse 26 mit Gewindemuttern 55 66 zur Vorderseite der Maschine bewegt, d. h. nach 30 bzw. 32 in solcher Weise gehalten werden, daß links, gesehen in Fig. 1. Der Kolben 66 legt sich keine Axialbewegung der Antriebshülse 26 in dem dann an den Außenlaufring 76 eines Kugeldruck-Schlittengehäuse 10 erfolgen kann. Auf der Antriebs- lagers 78 an, dessen innerer Laufring an der zusamhülse 26 ist mit Schrauben 36 ein großes Zahnrad 34 menziehbaren Klemmhülse 48 anliegt. Bei genügend befestigt. Ein kleines Antriebszahnrad 38 ist auf der 60 kräftigem Druck in der Zylinderkammer 72 wird also Antriebshülse 26 nahe dem großen Zahnrad 34 mit- die auf der Spindel 16 liegende Klemmhülse 48 von tels eines Keiles 40 und eines Ringes 42 befestigt. Die der in der Antriebshülse 26 vorhandenen Klemmhülse Antriebshülse 26 weist an ihrem einen Ende eine mit 52 gegen den Druck der Federn 58 wegbewegt, um Keilnuten versehene Bohrung 44 auf. Der mit Keil- die Kegelflächen 56 voneinander abzuheben und die nuten versehene Hülsenabschnitt 44 arbeitet mit 65 Spindel 16 von der Hülse 26 freizumachen.
einem mit Keilen versehenen Abschnitt 46 der Werk- Die F i g. 2 zeigt einen vereinfachten Arbeitsströzeugspindel 16 zusammen. Beim Drehen der An- mungskreis für eine Werkzeugmaschinenspindel. Ein triebshülse 26 wird daher auch die Spindel 16 über Ventil 82 führt in der dargestellten Stellung Druck-

flüssigkeit aus einer Druckleitung 84 über einen im Ventilkolben 82 α befindlichen Durchlaß 85 zu einer Leitung 74, die mit der Zylinderkammer 72 verbunden ist, um den Kolben 66 zur Klemmhülse 48 zu bewegen und die Klemmflächen 56 zu trennen. Die Spindel 16 wird infolgedessen von der Antriebshülse frei gemacht und kann axial bewegt oder verstellt werden. Bei der Bewegung des Hebels 86 in die Stellung 86 a bewegt sich der Kolben 82 a des Ventils 82 nach links, und die Leitung 74 wird mit der Rücklaufleitung 88 verbunden. Die in der Hülse 26 befindlichen Federn 58 drücken dann die zusammenziehbare Klemmhülse 48 gegen die ausdehnbare Klemmhülse 52, so daß einer Relativbewegung zwischen der Antriebshülse 26 und der Spindel 16 entgegengewirkt wird.

Ist der Kolben 82 a des Ventils 82 nach links geschoben, dann ist die Druckleitung 84 über einen in dem Kolben 82 a vorhandenen Durchlaß 90 mit einer Leitung 92 verbunden, die mit dem Kolben 94 einer ao Flüssigkeitskupplung 96 in Verbindung steht. Wird Druckflüssigkeit der Kupplung 96 zugeführt, dann werden die Wellen 98 und 100 miteinander verbunden und drehen sich gemeinsam. Die Welle 100 steht über Zahnräder 102 und 104 mit dem Elektromotor 106 zum Antrieb der Spindel 16 in Verbindung. Bei gekuppelten Wellen 98 und 100 wird die Welle 108 von den Zahnrädern 110 und 112 gedreht, die an den Enden der Wellen 98 bzw. 108 befestigt sind. Auf der Welle 108 ist ein breites Zahnrad 114 befestigt, in das ein Zahnrad 116 eingreift, das sich mit einer Keilnutenwelle 118 dreht, auf der das Zahnrad 116 durch bekannte Einrichtungen nach links und nach rechts verschoben werden kann. Bei der Bewegung des Zahnrades 116 nach rechts (gesehen in Fig. 2) greift das Zahnrad 116 in das im Durchmesser kleine, auf der Antriebshülse 26 befestigte Zahnrad 38 ein. Auf diese Weise wird die Antriebshülse 26 gedreht, um die Spindel 16 zu treiben. Auf der Keilnutenwelle 118 ist ein zweites Zahnrad 120 gleitbar gelagert. Bei der Verschiebung dieses Zahnrades 120 nach links greift das mit der Keilnutenwelle 118 sich drehende Zahnrad 120 in das auf der Antriebshülse 26 befestigte große Zahnrad 34 ein, so daß sich die Antriebshülse 26 und die Spindel 16 drehen. Die Keilnutenwelle 118 und die Zahnräder 116 und 120 sind des Näheren in F i g. 1 dargestellt.

Bei der Verwendung eines im Durchmesser großen Fräsers 122 erfolgt der Antrieb zur Spindel über das große Zahnrad34, d.h. über den langsamen Drehzahlbereich. Da die aus den Klemmhülsen 48 und 52 bestehende Kupplung die Antriebshülse 26, an der das Zahnrad 34 befestigt ist, an die Spindel 16 klemmt, wird den Schwingbewegungen, deren Ursache das Spiel oder der tote Gang in den Keilnutenabschnitten 44 und 46 der Antriebshülse 26 bzw. der Spindel 16 ist, durch die Klemmdrücke der Kupplung entgegengewirkt, so daß diese Schwingbewegungen unterdrückt werden. Erfolgt der Antrieb über das kleinere Zahnrad 38, d. h. über den schnellen Drehzahlbereich, dann ist für gewöhnlich der Durchmesser des Fräsers wesentlich kleiner als der Durchmesser des Fräsers, der im langsamen Drehzahlbereich verwendet wird, weil die Umfangsgeschwindigkeit des Fräsers 122 zwischen einem im Durchmesser großen Fräser und einem im Durchmesser kleinen Fräser der gleichen Art im wesentlichen die gleiche sein muß. Beim Stillsetzen der Maschinenspindel 16 wird der Hebel 86 und der Ventilkolben 82 a in die dargestellte Stellung zurückgestellt, und die Kupplungsdruckleitung 92 wird über das Ventil 82 mit der Rückströmleitung 88 verbunden. Die ^pplung 96 wird ausgekuppelt, und die Welle 100 wird von der Welle abgekuppelt. Die Leitung 74 wird wieder mit dem Druckvorrat verbunden, und die Spindel 16 wird von der Antriebshülse 26 gelöst, so daß die Spindel 16 in der Antriebshülse 26 axial verstellt werden kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Spindelantrieb für Werkzeugmaschinen mit einer rotierenden Antriebshülse mit einer mit Keilnuten versehenen Bohrung zur Aufnahme der rotierenden Antriebsspindel, deren für die Keilverbindung bestimmter Durchmesser diese Bohrung durchsetzt und ein sich änderndes Lastdrehmoment aufzunehmen hat, sowie mit einer Konusreibungskupplung, welche die Spindel und die Hülse zusammendrückt, dadurch gekennzeichnet, daß die Konuskupplung Klemmhülsen (48,52) aufweist, die zwischen der Spindel (16) und der Hülse (26) liegen, und eine Freigabevorrichtung (66) zur Trennung der Klemmhülsen und zur Freimachung der Spindel für Axialverschiebungen durch eine Antriebsvorrichtung (22, 24) in den Spindelantrieb eingebaut ist.

2. Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabevorrichtung (66) einen Ringkolben aufweist, der die Spindel (16) im Gleitsitz umgibt, und eine Ventilvorrichtung (82) das flüssige Medium wahlweise gegen den Kolben drückt, um die Klemmhülsen (48,52) voneinander zu trennen.

3. Spindelantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben in einem hydraulischen Zylinder (68, 70) untergebracht ist, und zwischen dem Ringkolben und einer der Klemmhülsen ein Ringdrucklager (78) angeordnet ist, um den Freigabedruck auf die eine Klemmhülse (48) zu übertragen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 660 546,1027 033; schweizerische Patentschrift Nr. 284 164.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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