DE1966073B2 - Druckmittelübertrager an einer Werkzeugmaschine o.dgl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmittelübertrager an einer Werkzeugmaschine od. dgl., wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und beispielsweise aus der DE-PS 5 49 257 bekannt ist.

Gemäß dieser Druckschrift gelangt Drucköl zum Schalten eines Getriebes von einer Leitung über eine Ringnut eines Druckmittelübertragers in verschiedene Kanäle innerhalb einer Welle und von dort weiter zu den verschiedenen Kupplungen des dargestellten Getriebes. Konstruktive Maßnahmen zum Abdichten der Ringnut gegenüber der Welle sind nicht beschrieben.

Nun ist aber das Abdichten der Druckmittelkanäle gegenüber der Umgebung ein wichtiges Erfordernis, weil zum einen die Größe des Schaltdruckes einen konstruktiv vorgegebenen Wert nicht unterschreiten darf und weil Leckverluste größeren Umfangs generell unerwünscht sind. Besonders unangenehm ist es, wenn die Leckverluste inkonstant sind und mit zunehmendem Alter der Maschine aufgrund von Abrieb steigen. Eine diesbezügliche Befürchtung ist insbesondere dann angebracht, wenn eine Maschine programmgesteuert gefahren wird und die Ausführung von hydraulisch gegebenen Schaltbefehlen aufgrund von Leckverlusten in inkonstanter Weise verzögert wird.

Dies vorausgeschickt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Druckmittelübertrager gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches eine langzeitkonstante Dichtung zu erreichen, mit der insbesondere ein programmgesteuertes Arbeiten der angeschlossenen Werkzeugmaschine erleichtert werden soll.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches.

Mit diesen Mitteln wird die gestellte Aufgabe erfolgreich gelöst Der Einsatz der an sich beispielsweise aus der US-PS 29 98 999 bekannten hydrostatischen Lager in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Halterung des Kopfes im Maschinengestell läßt die Leckverluste wegen des praktisch beseitigten Abriebs über lange Zeit hinweg konstant bleiben, wobei hinzukommt, daß der eigentliche Druckmittelübertragungskanal von den hydrostatischen Lagern eingeschlossen ist, so daß dessen Leckverluste durch Einstellung des Lagerdruckes besonders gut beherrschbar und auf besonders kleine Werte einstellbar werden. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Lösung sind den Unteranspriichen zu entnehmen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben. Dort zeigt

F i g. 1 einen Teil-Längsschnitt durch die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, bei der das Werkzeug auf hydraulischem Wege eingespannt wird;

F i g. 2 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch die Arbeitsspindel im Bereich des Druckmittelübertragers;

Fig.3 einen Querschnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 2;

F i g. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10 in J5 Fig. 2;und

Fig.5 in weiter vergrößertem Maßstab einen Teil-Längsschnitt im Bereich der Linie 11-11 in Fig. 4.

In F i g. 1 ist von der Werkzeugmaschine nur ein Teil des Maschinengestells 36 gezeigt, in der eine Werkzeug-■« spindel 28 axial verschiebbar und in Lagern 52,70 unter Zwischenschaltung einer Spindelhülse 42 drehbar gehalten ist. Am stirnseitigen freien Ende der Werkzeugspindd 28 ist ein Werkzeug 30 befestigt, das in der Zeichnung als Fräser dargestellt ist.

Mit Hilfe von Zahnrädern 46,44 wird die Spindelhülse 42 rotierend angetrieben. Um die Axialbewegung der Werkzeugspindel 28 gegenüber dem Maschinengestell 36 und damit gegenüber der Werkzeugmaschine zu ermöglichen, ist die Werkzeugspindel 28 nicht fest mit der Spindelhülse 42 verbunden, sondern mit einer sehr exakten Passung innerhalb dieser gelagert. Für die Lagerung ist mit größerem Abstand vom werkzeugseitigen Ende der Werkzeugspindel 28 eine Lagerbüchse 91 zwischen Spindelhülse 42 und Werkzeugspindel 28 angeordnet. Um die Werkzeugspindel 28 mit der Spindelhülse 42 zu koppeln und zu zentrieren, so daß sie die Drehbewegung der Spindelhülse 42 mitmacht und gebenüber einer axialen Verlagerung aus der vorgegebenen Einstellung heraus gehindert ist, ist eine Spannbüchse 94 im Bereich des werkzeugseitigen Endes der Werkzeugspindel 28 vorgesehen. Die Spannbüchse 94 ist mit Preßsitz von innen her in die Spindelhülse 42 eingesetzt und begrenzt in radialer Richtung nach innen eine Druckmittelkammer 106, die im übrigen von einer ^hr> Ausnehmung der Spindelhülse 42 selbst abgeschlossen wird. Über Kanäle 116, 114 kann das von mehreren Hochdruck-Kolbenpumpen 110 kommende Druckmittel in den Druckmittelraum 106 gepreßt werden und

preßt so seinerseits die Spannbüchse 94 fest gegen die Werkzeugspindel.

Da sich der Druckmittelraum 106, die Kanäle 114,116 und die Hochdruck-Kolbenpumpen 110 innerhalb der angetrieben umlaufenden Spindelhülse 42 befinden und die Hochdruck-Kolbenpumpen 110 ihrerseits von einem Druckmittel betätigt werden, bedarf es einer Einrichtung, um Druckmittel von einer externen Versorgung in die rotierende Spindelhülse 42 hineinzubringen.

Die Druckmittelzuführung in die Spindelhülse 42 geschieht folgendermaßen: Am Maschinengestell 36 ist eine Verankerungslasche 148 befestigt An dieser ist ein Kopf 140 mit etwas Bewegungsspiel befestigt, und zwar mittels eines Bolzens 146, der eine Bohrung 144 in einem Ansatz 142 des Kopfes 140 mit Spiel durchsetzt und in die Verankerungslasche 148 eingeschraubt ist. Der Kopf 140 besitzt einen axialen Durchbruch und ist über die Werkzeugspindel 28 geschoben, wo er eine Zylinderfläche 124 der Spindel 28 überdeckt. Der genannte Durchbruch wird von einer allgemein mit 150 bezeichneten Zylinderfläche umgrenzt, die mit hoher Oberflächengüte und mit genauem Durchmesser so ausgeführt ist, daß zwischen der umlaufenden Zylinderfläche 124 der Werkzeugspindel 28 und der Innenfläche 150 des Kopfes 140 ein Laufspiel 152 vorhanden ist, welches in F i g. 5 aus Gründen deutlicherer Darstellung stark übertrieben gezeichnet ist. In der Praxis liegt das Spiel zweckmäßigerweise in der Größenordnung zwischen etwa 0,03 mm und 0,045 mm.

Wie der F i g. 5 und auch den F i g. 2 bis 4 entnommen werden kann, sind auf der Innenseite des Kopfes 140 zwei gesonderte durchgehende Ringnuten 154, 156 vorgesehen, weiche durch einen ringförmigen Bund 158 axial voneinander getrennt sind und welche der Zu- und Abführung des Druckmittels dienen. Der Bund 158 ist durch einen ringförmigen Teil des Zylinderfläche 150 gebildet, die einen sehr engen Laufsitz gegenüber der Zylinderfläche 124 aufweist. Die Halterung des Kopfes 140 über seinen Ansatz 142 und die Verankerungslasche 148 ist mit Bezug auf einen hülsenförmigen Abschnitt 122 der Spindelhülse 42 so gewählt, daß sich die Ringnuten 154, 156 in Axialrichtung in der aus den F i g. 1 und 5 ersichtlichen Weise mit radialen Kanälen 160, 162 innerhalb des Teils 122 in Deckungsstellung befinden. Die radialen Kanäle 160, 162 sind ihrerseits mit axialen Kanälen 138 bzw. 136 verbunden, die zu den einander gegenüberliegenden Enden der Antriebsseite (Zylinderraum 130) der Hochdruck-Kolbenpumpen 110 führen.

Die beiden Ringnuten 154,156 dienen der Zuführung von unter relativ niedrigem Druck stehenden Betätigungsmittel zu den Hochdruck-Kolbenpumpen; sie sind im Kopf 140 über radiale Kanäle 164, 166 (Fig.5) an Niederdruck-Leitungen 168, 170 angeschlossen, die ihrerseits über ein Umsteuerventil 172 einerseits mit einer Druckmittelquelle 176 und andererseits mit einer Entlüftungsleitung 174 verbindbar sind, die eine Entleerung in einen Druckmittelbehälter ermöglicht. Die Druckmittelquelle 176 liefert einen Speisedruck in der Größenordnung von etwa 17,5 bar, der je nach Stellung des Umsteuerventils 172 auf die eine oder andere der beiden Ringnuten 154,156 gegeben werden kann, während die jeweils andere Ringnut über die Entlüftungsleitung 174 entlastet wird.

Während des Betriebes der Werkzeugmaschine wird der Kopf 140 ständig außer Berührung mit der umlaufenden Zylinderfläche 124 gehalten. Mit Hilfe von acht hydrostatischen Lagern 180 wird die zylindrische Fläche 150 des Kopfes i40 ständig genau zentrisch und koaxial zur Zylinderfläche 124 eingestellt. Die Lager 180 sind im Kopf 140 vorgesehen und wirken somit ebenfalls zwischen den Zylinderflächen 150 und 124. Auf jeder Seite der beiden Ringnuten 154, J56 sind jeweils vier der hydrostatischen Lager 180 angeordnet und gleichmäßig über den Umfang der Zylinderfläche 124 verteilt.

Gemäß F i g. 4 sind die vier Lager 180 auf jeder Seite der Ringnuten 154, 156 in Form von vier Quadranten ίο einer nicht durchgehenden, ringförmigen Nut 182 gebildet, die sich mit axialem Abstand von der Ringnut 156 befindet, wobei ein ringförmiger Bund 186 zwischengeschaltet ist Die Nut 182 ist durch vier über den Umfang verteilte Unterbrechungen 186 unterteilt, welche von stehengebliebenen, ebenfalls mit 186 bezeichneten Bereichen der Zylinderfläche 150 des Kopfes 140 gebildet sind und der Zylinderfläche 124 unmittelbar so gegenüberstehen, daß die umlaufende Nut 182 in vier bogenförmige Kammern 190 unterteilt wird.

Entsprechend werden die vier auf der anderen Seite der Ringnuten 154, 156 gelegenen hydrostatischen Lager 180 von einer mit Unterbrechungen versehenen Nut 200 gebildet, die in die Innenseite des Kopfes 140 eingeschnitten und von der Ringnut 154 mittels eines in F i g. 5 erkennbaren Bundes 202 getrennt ist. Die unterteilte Nut 200 ist im übrigen in gleicher Weise wie die bereits erläuterte Nut 182 ausgebildet

Jedem der hydrostatischen Lager 180 wird Druckmittel tel zugeleitet, welches unmittelbar auf die umlaufende Zylinderfläche 124 einwirkt und Reaktionskräfte in radialer Richtung nach aufwärts erzeugt, die sich gegen den Kopf 140 abstützen, welcher das jeweilige Lager abschließt, so daß die jeweils benachbarten Teile des

-!5 Kopfes 140 von der umlaufenden Zylinderfläche 124 weggedrückt werden. Hierdurch -wird erreicht, daß eine reibende Berührung zwischen dem Kopf 140 und der umlaufenden Zylinderfläche 124 unterbleibt.

Da nun jeweils vier hydrostatische Lager 180 in der beschriebenen Weise auf den beiden Seiten der Ringnuten 154, 156 angeordnet und verteilt sind, gleichen sich die radial gerichteten Reaktionskräfte auf den Kopf 140 aus. Um die berührungsfreie Halterung des Kopfes 140 gegenüber der von ihm umschlossenen Zylinderfläche 124 in jedem Fall sicherzustellen, wird jedoch das den jeweiligen Lagern 180 zugeführte Druckmittel für die einzelnen Lager in seinem Speisedruck selbsttätig dynamisch so geändert, daß bei radialen Ausrichtungsfehlern des schwimmend gehaltenen Kopfes 140 gegenüber der von ihm umschlossenen Fläche 124 die Lager gemeinsam im Sinne der Erzeugung einer resultierenden Ausgleichskraft wirksam sind. Diese Ausgleichskraft wirkt auf den Kopf ein und reicht aus, ihn außer reibender Berührung mit der Zylinderfläche 124 zu halten.

Aufgrund des zwischen der inneren Zylinderfläche 150 des Kopfes 140 und der davon umschlossenen Zylinderfläche 124 in der erwähnten Weise vorgesehenen Spieles tritt ein dynamisch veränderlicher Leck-

M) strom von Druckmittel aus den jeweiligen hydrostatischen Lagern 180 längs der Zylinderfläche 124 aus. Dieses Betriebsverhalten der Anordnung wird mit Vorteil zur Erzeugung einer selbsttätigen Korrektur eventueller radialer Verschiebungen des schwimmend

hi abgestützten Kopfes 140 gegenüber der Zylinderfläche 124 ausgenützt. Zu diesem Zweck wird das Betätigungsdruckmittel den jeweiligen hydrostatischen Lagern 180 über Drosselkanäle zugeleitet, die dem zu jedem

einzelnen hydrostatischen Lager gelangenden Druckmittelstrom einen Druckabfall aufprägen, der im wesentlichen zur Ausströmgeschwindigkeit des Druckmittels auü dem betreffenden Lager längs der Zylinderfläche 124 proportional ist.

Hierzu sind die in Fig. 1, 4 und 11 rechts der Ringnuten 154, 156 gelegenen vier hydrostatischen Lager 180 mit Druckmittel über vier Speiseieitungen 194 beaufschlagbar, die in F i g. 4 gezeigt sind und über vier radiale Bohrungen 196 mit den jeweiligen Kammerräumen 190 Verbindung haben. Die vier Speiseleitungen 194 werden ständig mit Druckmittel eines Betriebsdruckes von beispielsweise 35 bar gespeist, welches von einer ortsfesten Druckmittelquelle 198 gelieferi wird.

Bevor das Druckmittel in den Kammerraum 190 des jeweiligen Lagers 180 eintreten kann, muß es in den Speiseleitungen 194 eine in den F i g. 3, 4 und 5 jeweils angedeutete Drosselstelle 203 durchströmen. Diese Drosselstellen 203 befinden sich im Kopf 140 und verbinden die jeweiligen Kammerräume 190 mit den an die Speiseleitungen 194 angeschlossenen radialen Bohrungen 1196.

Entsprechend wird das die hydrostatischen Lager 180 in der unterteilten Nut 200 auf der gegenüberliegenden Seite der Ringnuten 154, 156 beaufschlagende Druckmittel über vier radiale Bohrungen 204 zugeführt, die sich gemäß den F i g. 1 und 5 im Kopf 140 befinden und jeweils mit vier Speiseleitungen 206 verbunden sind, welche die Verbindung zur Druckmittelquelle 198 herstellen.

Die radialen Bohrungen 204 sind mit den zugehörigen Lagern 180 wiederum über Drosselstellen 107 verbunden, die den Drosselstellen 203 entsprechen.

Die Drosselstellen 203,207 sind so bemessen, daß das sie passierende Druckmittel im Normalbetrieb, das dem Abstrom von Druckmittel aus den Lagern 180 entspricht, eine Druckminderung von dem verhältnismäßig hohen Eingangsdruck in der Größenordnung von ca. 35 bar auf einen mittleren Ausgangsdruck vor beispielsweise 17,5 bar erfährt. Demgemäß ist irr Normalbetrieb und unter Zugrundelegung der beispielsweise genannten Drücke in sämtlichen Lagern 180 eir Druck von 17,5 bar vorhanden.

Tritt aber irgendeine radiale Verschiebung zwischer dem Kopf 140 und der davon umschlossenen Zylinder fläche 124 auf, die beispielsweise durch das Gewicht de; Kopfes 140 verursacht werden kann und zu einei Verkleinerung des Betriebsspieles zwischen dem Kopl 140 und der Zylinderfläche 124 im Bereich eines dei Lager 180 führt, so wird die normale Ausströmgeschwindigkeit des Druckmittels längs der Fläche 124 irr Bereich gerade dieses Lagers vermindert. Die sich danr einstellende Verkleinerung der Strömungsgeschwindigkeit durch die zu diesem Lager gehörige Drosselstelle 203 bzw. 207 bewirkt eine Verkleinerung des Druckabfalles in dieser Drosselstelle, so daß sich ein entsprechend erhöhter Druck in dem betreffenden Lager aufbauen kann. Entsprechend erhöht sich die zugehörige radiale Reaktionskraft, welche der störenden Krafl entgegengerichtet ist und den Kopf wieder zentriert.

Gleichzeitig mit der Druckzunahme in dem erwähnten Lager 180 tritt eine selbsttätige Druckverminderung in dem diametral gegenüberliegenden Lager auf. Diese beruht auf einer Erhöhung des Betriebsspieles zwischer dem Kopf 140 und der Zylinderfläche 124 und hat einen erhöhten Leckstrom aus jenem Lager zur Folge Hieraus resultiert ein entsprechender zusätzlicher Druckabfall, welcher die Rückführung in die Zentrierstellung unterstützt.

Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß durch die Anordnung der Ringnuten 154,156 axial innerhalb der hydrostatischen Lager 180 und wegen der geschilderten Druckunterschiede die Leckverluste im Rahmen der reibungslosen Übertragung des Druckmittels zu den Hochdruck-Kolbenpumpen auf einem Minimum gehalten werden und gerade wegen der Reibungsfreiheit auch über längere Zeiträume hinweg konstant bleiben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Druckmittelübertrager an einer Werkzeugmachine od. dgl. für das Ein- und Ableiten von Druckmittel in eine bzw. aus einer rotierenden und mit Kanälen versehene Welle unter Verwendung eines die Welle radial und mit Laufsitz übergreifenden zylindrisch aufgebohrten Kopfes, der in seiner Zylinderfläche in Umfangsrichtung genutet, mit in jede Nut führenden Druckmittelleitungen versehen und verdrehsicher im Maschinengestell gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (140) im Maschinengestell (36) um drei Achsen in geringem Maß beweglich gehaltert ist und beiderseits seiner Nutung (154,156) für das zu übertragende Druckmittel mit an sich bekannten hydrostatischen Lagern (180) versehen ist, die voneinander, gegenüber der Nutung und den Kanälen (13ö, 162; 138, 160) mittels des Laufsitzes isoliert und gesondert mit Druckmittel beaufschlagt sind.

2. Druckmittelübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung des Kopfes (140) an diesem ein radial abstehender gebohrter Ansatz (142) vorgesehen und durch die Bohrung (144) ein Bolzen (146) mit Spiel geführt und in eine Verankerungslasche (148) des Maschinengestells eingeschraubt ist.

3. Druckmittelübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuleitungen (194) für das Druckmittel zu den hydrostatischen Lagern (180) Drosselstellen (203,207) liegen.

4. Druckmittelübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsdruck des Druckmittels innerhalb der hydrostatischen Lager (180) etwa gleich groß wie der größte Druck innerhalb der Nutung (154, 156) und vor den Drosselstellen (203, 207) etwa doppelt so groß wie der Betriebsdruck ist.