DE1966073C3 - Druckmittelübertrager an einer Werkzeugmaschine o.dgl - Google Patents
Druckmittelübertrager an einer Werkzeugmaschine o.dglInfo
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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 Aufgäbe 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 heherrschbar
und auf besonders kleine Werte einstellbar w erden.
Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Lösung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Lösung sind den Unteransprüchen 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 Maßstaio einen Längsschnitt
JO durch die Arbeitsspindel im Bereich des Druckmittelübertragers;
Fig.3 einen Querschnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 2;
Fig.4 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10 in
» 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 Werkzeugspindel
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 Werkzeugspiridel 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 Werkzeugüpindel 28 mit der
Spindelhülse 42 zu koppeln und i\x zentrieren, so daß sie
die Drehbewegung der Spindelhülse 42 mitmacht und gebenüber einer axialen Verlagerung aus der vorgegebenen
Einstellung heraus gehindert ist, ist eine ω 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 Druckrriittelkammer 106, die im übrigen von einer
6^ Ausnehmung der Spindelhülse 42 selbst abgeschlossen
wird. Über Kanäle 116, 114 kann das von mehreren Hochdruck-Kolbenpumpen 110 kommende Druckmittel
in den Druckmittelrauni 106 gepreßt werden und
preßt so seinerseits die Spannbiichse 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 Druckmittclzuführung in die SpindelhüSse 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 ." ylinderfläche
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, welche 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 Spir Jelhülse 42 so gewählt, daß sich die
Ringnuten 154, 156 in Axialrichtung in der aus den Fig. 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 oer Antriebsseite
(ZylindeTaum 130) der Hochdruck-Kolbenpumpen UO führen.
Die beiden Ringnuten 154, 156 dienen der Zuführung von unter relativ niedrige<n 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 Umsteuerventi! 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
Eritlüftungsleitung 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 Lagü/n 180 wird die zylindrische
ίο
Fläche 150 des Kopfes J40 ständig genau zemrisch und
koaxial zur Zylinderfläehe 124 eingestellt Die Lager 180
sind im Kopf 140 vorgesehen und wirken somit ebenfalls zwischen den Zylinderflächen 150 und 124. Auf jedei
Seite der beiden Ringnuten 154,156 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
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 ^r 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 ei. es in
Fig. 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
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 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 ;n der
beschriebenen Weise auf den beiden Seiten der Ringnuten 154, 156 angeordnet und verteilt sind,
gleiten 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 100 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 wirk
sam 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 Zy'inderfläche 150 des Kopfes 140 und der davon umschlossenen
Zylinderfläche 124 in der erwähnten Weise vorgesehe nen Spieles tritt ein dynamisch veränderlicher Leck
strom von Drucknr .ttel aus den jeweiligen hydrostat!
sehen Lagern 180 längs der Zylinderfläche 124 aus. Dieses Betriebsverhalten der Anordnung wird mit
Vorteil zur Erzeugung einer selbsttätigen Korrektur eventueller radialer Verschiebungen des schwimmend
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 Druckmiuelstrom
einen Druckabfall aufprägen, der im wesentlichen zur Ausströmgeschwindigkeit des Druckmittels
aus dem bellreffenden Lager längs der Zylinderfläche 124 proportional ist. ■;
Hierzu sind die in Fig. I, 4 und 11 rechts der Ringnuten 154, 156 gelegenen vier hydrostatischen
Lager 180 mit Druckmittel über vier Speiseleitungen f£J4 beaufschlagbar, die in Fig.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 geliefert wird.
Bevor das Druckmittel in den Kammerraum 190 des jeweiligen Lagers 180 eintreten kann, muß es in den
Speiseleitungen 194 eine in den Fig. 3, 4 und 5 jeweils angedeutete Drosselstelle 203 durchströmen. Diese
Drosselslellen 203 befinden sich im Kopf 140 und verbinden die jeweiligen Kammerräume 190 mit den an
die Speiseleitungen 194 angeschlossenen radialen Bohrungen 196.
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 Fi 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 Ausgangsdrudk von beispielsweise 17,5 bar erfährt. Demgemäß ist im
Normalbetrieb und unter Zugrundelegung der beispielsweise genannten Drücke in sämtlichen Lagern 180 ein
Druck von 17,5 bar vorhanden.
Tritt aber irgendeine radiale Verschiebung zwischen dem Kopf 140 und der davon umschlossenen Zylinderfläche
124 auf, die beispielsweise durch das Gewicht des Kopfes 140 verursacht werden kann und zu einer
Verkleinerung des Betriebsspieles zwischen dem Kopf 140 und der Zylinderfläche 124 im Bereich eines der
Lager 180 führt, so wird die normale Ausströmgeschwindigkeit des Druckmittels längs der Fläche 124 im
Bereich gerade dieses Lagers vermindert. Die sich dann 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, weiche der störenden Kraft
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 ai'f einer Erhöhung des Betriebsspieles zwischen
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)
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 ( 136,162;
138, 160) mittels des Laufsitzes isoliert und gesondert mit Druckmittel beaufschlagt sind.
2. Druckmt.telübertrager 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. Druckmi'eiübertrager 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, lixi) und vor den
Drosselstellen (203, 207) etwa doppelt so groß wie der Betriebsdruck ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |