DE1197305B - Vorschaltgetriebe zum Einsatz in umlaufende Werkzeugmaschinenspindeln - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ħ^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

B 23 b

Deutsche Kl.: 49 a-62

1197305
B46651Ib/49a
4. November 1957
22. Juli 1965

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgetriebe zum Einsatz in umlaufende Werkzeugmaschinenspindeln, bei dem der angetriebene Einsatzteil als Käfig in einer Radialebene liegende Kugeln führt, die außen auf kegelige Flächen des festgehaltenen Gehäuses abrollen und innen die Antriebswelle mitnehmen.

Gewisse z. B. mit Fräsern oder Bohrern kleinen Durchmessers ausgeführte Bearbeitungen erfordern eine Drehzahl, welche größer als die ist, welche die Werkzeugmaschine liefern kann, auf welcher die Bearbeitung vorgenommen werden soll.

Es gibt im Handel Übersetzungsvorrichtungen, welche auf die Spindel einer rotierenden Werkzeugmaschine (z.B. Fräsmaschine oder Bohrmaschine) aufgesetzt werden können.

Diese »Schnellaufspindeln« werden im allgemeinen durch eine Zahnradübersetzung oder ein Epizykloidengetriebe gebildet, welches einen festen Zahnkranz mit Innenverzahnung aufweist, auf welchem zwei oder drei Umlaufräder rollen, welche mit der Antriebsspindel fest verbunden sind und mit dem Abtriebszahnrad im Eingriff stehen, welches mit dem Spannfutter für das Werkzeug fest verbunden ist.

Diese Ausführungsform ist häufig unvollkommen und teuer, und zwar hauptsächlich aus folgenden Gründen:

a) Der Zusammenbau erfordert wenigstens vier Kugellager, von denen zwei Speziallager mit großem Durchmesser sind.

b) Die das Epizykloidengetriebe bildenden Zahnräder erfordern eine große Genauigkeit, damit die Summe der Teilkreisdurchmesser der Zahnräder gleich der des Innenrades ist, und die Stellung der Achsen muß nach Winkel und Halbmesser genau bestimmt sein, damit man einen weichen Lauf ohne Spiel erhält.

c) Die unvermeidlichen Unvollkommenheiten des Profils und der Teilung der Verzahnungen erzeugen die wohlbekannte Erscheinung der Rattermarken, d. h. der Wiedergabe dieser Unvollkommenheiten an der ausgeführten Arbeit infolge der Schwingungen des Werkzeugs.

d) Selbst bei Voraussetzung einer tadellosen Herstellung der Vorrichtung bleibt die Qualität derselben nicht lange aufrechterhalten, da es kein Mittel gibt, um das von der Abnutzung herrührende Spiel wieder zu beseitigen.

e) Bei dem Auftreten einer Störung bei der Bearbeitung, welche die Blockierung des Werkzeugs zur Folge hat, muß die Verzahnung der Zahnräder den Stoß aufnehmen, was die Gefahr Vorschaltgetriebe zum Einsatz in umlaufende
Werkzeugmaschinenspindeln

Anmelder:

Paul Theodore Brächet, Saint-Germain-en-Laye; Claude Lucien Cerf, Paris (Frankreich)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:

Paul Theodore Brächet, Saint-Germain-en-Laye; Claude Lucien Cerf, Paris (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 9. November 1956 (725 410) --

einer Zerstörung der Vorrichtung mit sich bringt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Einsatz in eine Präzisionsschnellaufspindel für Werkzeugmaschinen zu schaffen, bei welcher die für die Arbeitsvorgänge benutzte Spindel eine gleichmäßige Drehgeschwindigkeit aufweist und bei der von allem die Spindel in Längsrichtung nicht verschiebbar ist, damit also bei Stoßbelastungen durch Verschiebungen keine Beschädigungen an den meist schon auf Grund der Vorbearbeitung teuren Werkstücken auftreten.

Diese Vorrichtung soll schwingungsfrei arbeiten, also kein Spiel zwischen der Antriebsspindel und der Arbeitsspindel aufweisen. Dabei soll diese Aufgabe außerdem durch Verwendung verhältnismäßig billiger Teile gelöst werden.

Gelöst wird die Aufgabe durch symmetrisch zur Radialebene der Kugeln angeordnete Kegelringe, mit entgegengesetztem Kegelwinkel, wovon der auf der Abtriebsseite liegende axial verschieblich und durch den Druck von Federn an die Kugeln angepreßt ist, wobei gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zum Übertragen hoher Drehmomente die Kugeln in zwei parallelen Reihen angeordnet sind und die kegeligen Flächen durch einen mittleren Doppelkegelring und zwei äußere Kegel-

509 627/113

ringe gebildet sind, welch letzte in Achsrichtung bewegbar sind und unter dem Druck von Federn an den Kugeln anliegen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zum Übertragen der Antriebsbewegungen zwischen dem Einsatzteil und den Kugeln Rollen angeordnet sind, deren Achse zur Achse der Kegelringe parallel ist. Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kugeln auf zur Achse der Kegelringe parallelen und schwenkbar mit dem angetriebenen Einsatzteil verbundenen Zapfen befestigt sind, so daß sie sphärische Rollen bilden.

Es sind zwar bereits Gewindeschneidvorrichtungen bekanntgeworden, bei welchen insbesondere zum Erzielen von Vor- und Rücklauf des Werkzeuges die Anwendung von Kugeln als Umdrehungskörper mit dem Ziel, eine Antriebsumdrehungszahl in eine Arbeitsumdrehungszahl umzusetzen, stattfindet. Bei diesen Vorrichtungen wird durch eine axiale Verschie- ao bung zwischen Antriebs- und Arbeitsspindel eine Kupplung bewirkt, welche die Kugeln entweder in eine dem Vorlauf oder dem Rücklauf zugeordnete Lauffläche zur Anlage bringt. Diese Verschiebung erzielt man dadurch, daß man das Werkzeug in axialer Richtung gegen das Werkstück drückt. Dieser Druck dient als Kupplungskraft.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Vorschaltgetriebe für Präzisionsarbeiten zu schaffen, bei der die Drehbewegung von der antreibenden auf die Abtriebspindel übertragen werden muß, ohne daß zwischen diesen Teilen eine Verschiebung in axialer Richtung stattfindet. Der beim Vorschub ausgeübte Druck darf nur zum Überwinden des Arbeitswiderstandes dienen. Es würde die Arbeitsgenauigkeit erheblich beeinträchtigen, wenn zusätzlich zum Arbeitsdruck noch ein Mindestdruck zum Herstellen einer Kupplungsverbindung aufrechterhalten werden müßte, weil die Bemesung eines solchen Mindestabdruckes nur ungenau erfolgen kann. Aus diesen Gründen hat man bisher, wie bereits oben ausgeführt wurde, derartige Präzisionsschnellaufspindeln nur mit Zahnradübersetzungen ausgerüstet, welche jedoch die bereits genannten Nachteile aufweisen.

Es sind auch bereits Werkzeugfutter für besondere Arbeiten bekanntgeworden, bei welchen das Werkzeug eine axiale hin- und hergehende Bewegung ausführt, welche dadurch erzielt wird, daß Kugellager mit einer nockenförmigen Lauffläche ausgerüstet sind, in welcher die Kugeln des Kugellagers durch eine in axialer Richtung wirkende Druckfeder anliegen. Zum Übertragen eines Drehmomentes sind diese Kugellager jedoch nicht geeignet.

Die Erfindung wird in der nun folgenden Beschreibung an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein erfindungsgemäßes Vorschaltgetriebe, bei welchem der Antrieb nur durch drei Kugeln erfolgt,

F i g. 2 einen entsprechenden Querschnitt in der Ebene der Mittelpunkte der Kugeln,

Fig. 3 einen Querschnitt, welcher eine andere Ausführungsform der Führung und des Antriebs der Kugeln in einer Vorrichtung der in F i g. 1 dargestellten Art zeigt,

F i g. 4 eine weitere Ausführungsform, bei welcher jedoch zwei Systeme mit je drei Kugeln vorhanden sind, wobei die Mittelpunkte der Kugeln der beiden Systeme in zwei in der Längsrichtung gegeneinander verschobenen Querebenen liegen,

F i g. 5 eine Ausführungsabwandlung, bei welcher die Wälzkörper Rollen mit sphärischer Rollbahn sind, die in Wälzlagern gelagert sind, welche von Kappen getragen werden, denen eine schwingende Bewegung um an dem Antriebskörper befestigte Achsen erteilt wird,

Fig. 6 einen entsprechenden Schnitt durch die senkrecht zur der Achse der Spindeln liegende Ebene, welche gleichzeitig die Symmetrieebene der Rollen ist.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Antriebsteil ein hohler zylindrischer Einsatzteil 11, welcher mit einem konischen Fortsatz 12 oder einer beliebigen anderen Einrichtung zum Befestigen an der Spindel der Werkzeugmaschine versehen ist.

Der zylindrische Körper weist drei Bohrungen 13 auf, deren Achsen radial um 120° versetzt sind und auf dem gleichen Parallelkreis liegen.

Diese Bohrungen 13 nehmen mit Spiel drei Kugeln 14 auf, für welche der Einsatzteil 11 so einen Käfig bildet und sie um die allgemeine Achse 10 in Umdrehung versetzt.

Die drei Kugeln 14 rollen innerhalb von Kegelringen 15 und 16 auf konischen Flächen 17 bzw. 18.

Diese Kegelringe sind durch einen mittleren Zwischenraum 19 getrennt. Sie sind außen zylindrisch und werden in einer hohlen zylindrischen Ausnehmung 20 in einer Außenmuffe 21 geführt, die, wie der zylindrische Einsatzteil 11, die Achse 10 hat und aus zwei zusammengesetzten Teilen besteht, welche mit ihrer Schulter 22 einen festen Anschlag für den Kegelring 15 und mit ihrer Schulter 23 eine Abstützung für Federn 24 bilden, die beständig den Kegelring 16 im Sinne einer Schließung des Zwischenraumes 19 gegen den Kegelring 15 drücken, wodurch infolge der zu der Achse gerichteten kombinierten Wirkung der Schrägflächen 17 und 18 auf die Kugeln 14 diese beständig in Richtung auf die Achse 10 gedrückt werden.

Das Gehäuse 21 ist gegen Drehung z. B. mittels einer an dem Gestell der Maschine abgestützten Gelenkanordnung 25 festgelegt.

Durch die über die konischen Flächen 17 und 18 übetragene Wirkung der Federn 24 werden die Kugeln 14 in Richtung der Achse 10 kräftig in eine entsprechende Kreisnut 26 gedrückt, welche in die sich um die gemeinsame Achse 10 drehende schnelllaufende Welle 27 eingeschnitten ist.

Diese Welle 27 ist zunächst in dem Einsatzteil 11 durch zwei Normalkugellager 28 und 29 zentriert und gelagert, wobei die Beseitigung des Spiels mittels einer Ringfeder 31 erfolgt.

Der Axialdruck wird von einer Kugel 32 aufgenommen, welche auf dem Ende der Welle 27 und einem gleichachsig in dem Boden des Einsatzteiles 11 angeordneten Klotz 33 rollt.

Das freie Ende der Welle 27 steht über den Einsatzteil 11 vor und ist mit einer bekannten Vorrichtung zum Befestigen und zum Antrieb des Werkzeugs mit großer Geschwindigkeit versehen.

Die Arbeitsweise ist wie folgt: Die um die Achse 10 durch den Einsatzteil 11 in Umdrehung versetzten Kugeln rollen auf den Kegelringen 15 und 16, wodurch sie schnell um ihre Mittelpunkte in Umdrehung versetzt werden, wobei sie gleichzeitig ihre Drehung auf die Welle 27 übertragen, gegen deren

Nut 26 sie gedrückt werden. Die Welle 27 dreht sich in der Richtung des Pfeiles 30, d. h. in der gleichen Richtung wie der Einsatzteil 11 (Pfeil 34).

Die wesentlichen Teile dieser Vorrichtung sind offenbar nur die Welle 27 und die beiden Kegelringe 15 und 16, welche sehr leicht zu bearbeiten, zu härten und zu schleifen sind.

Die Zentrierung erfolgt selbsttätig und verlangt keine besondere Genauigkeit, das übertragene Moment hängt von der Kraft der Federn 24 ab, welche außerdem den Zusammenhalt aufrechterhalten und selbsttätig eine Nachstellung entsprechend der Abnutzung vornehmen, welche übrigens beträchtlich geringer als bei Zahnrädern ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Eigenschaft der Vorrichtung rutscht die Welle zwischen den Kugeln, wenn die auf das Werkzeug ausgeübte Kraft das durch den Druck der „Kegelringe übertragbare größte Moment übersteigt, so daß die Vorrichtung dann wie ein Drehmomentbegrenzer arbeitet, wodurch jeder Unfall vermieden wird.

Die obige Vorrichtung gibt wenigstens theoretisch zu folgender Kritik Anlaß:

Wenn man Fig. 2 betrachtet, drückt der sich in der Richtung des Pfeiles 34 drehende antreibende Einsatzteil 11 auf jede Kugel 14, welche sich ihrerseits in der Richtung des Pfeils 35 dreht, und an der Berührungsstelle 36 zwischen dem Einsatzteil 11 und der Kugel tritt offenbar eine Reibung auf, welche schließlich eine Erwärmung hervorrufen und vielleicht die Kugelgestalt der Kugel beeinträchtigen könnte. Diese Reibung verringert jedenfalls etwas den mechanischen Wirkungsgrad, und zur Vermeidung dieser Erscheinung kann man gemäß F i g. 3 zwischen den Kugeln Rollen 37 anordnen, deren Achsen 38 mit dem Einsatzteil 11 fest verbunden sind, welcher so nicht mehr unmittelbar den Kugelkäfig bildet. Es tritt dann keine Reibung mehr, sondern nur ein gegenseitiges Abrollen auf.

Falls ein größeres Drehmoment erhalten werden soll, können auf eine der F ig. 1 entsprechende Weise zwei übereinanderliegende Kugelsätze 14 a und 14 b in Ausnehmungen 13 a, 13 b des Einsatzteiles 11 (Fig. 4) angeordnet werden. Diese Kugeln werden gegen eine Rollbahn eines nicht in der zylindrischen Bohrung 20 des Ringes 21 gleitenden, mit einem Doppelkonus versehenen Doppelkegelringes 41 und zwei konische Kegelringe 16 a und 16 b gedrückt, welche beständig gegen den Doppelkegelring 41 durch Federn 24 α und 24 b gedrückt werden, welche sich auf den Seiten 22 bzw. 23 der zylindrischen Bohrung 20 abstützen. Auf diese Weise wird jeder Kugelkranz gegen eine entsprechende Nut 26 a, 26 & der Welle 27 gedrückt.

Eine andere Ausführungsform, welche auf demselben Grundsatz beruht, und zwar teuerer ist, aber jede Reibung vermeidet, ist in F i g. 5 und 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Kugeln durch sphärische Rollen 44 ersetzt, deren Zapfen a und 45 & in Kugellagern in Bügeln 46 gelagert sind, welche auf mit dem Einsatzteil 11 starr verbundenen Achsen 47 schwenkbar sind. Die anderen Teile bleiben die gleichen wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorschaltgetriebe zum Einsatz in umlaufende Werkzeugmaschinenspindeln, bei dem der angetriebene Einsatzteil als Käfig in einer Radialebene liegende Kugeln führt, die außen auf kegeligen Flächen des festgehaltenen Gehäuses abrollen und innen die Antriebswelle mitnehmen, gekennzeichnet durch symmetrisch zur Radialebene der Kugeln (14) angeordnete Kegelringe (15,16) mit entgegengesetztem Kegelwinkel, wovon der auf der Abtriebsseite liegende (16), axial verschieblich und durch den Druck von Federn (24) an die Kugeln angepreßt ist.

2. Vorschaltgetriebe nach Anspruch 1, in welchem die Kugeln (14 α, 14 &) in zwei parallelen Reihen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die kegeligen Flächen gebildet sind durch einen mittleren Doppelkegelring (41) und zwei äußere Kegelringe (16 a, 16 δ), welch letztere in Achsrichtung bewegbar sind und unter dem Druck von Federn (24 a, 24 b) an den Kugeln anliegen.

3. Vorschaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Antriebsbewegungen zwischen dem Einsatzteil (11) und den Kugeln (14) Rollen (37) angeordnet sind, deren Achse zur Achse der Kegelringe (15, 16) parallel ist.

4. Vorschaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln auf zur Achse der Kegelringe parallelen und schwenkbar mit dem angetriebenen Einsatzteil (11) verbundenen Zapfen (45 a, 4Sb) befestigt sind, so daß sie sphärische Rollen bilden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 171184;
britische Patentschriften Nr. 120 204, 197 396;
USA.-Patentschriften Nr. 2 521585, 2 474 720.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 627/113 7.65 © Bundesdruckerei Berlin