DE20021986U1 - Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

PFISTER & PFISTER ·":'.'^:. ·: -patent-: &?Rechtsanwälte

Dipl.-Ing. Helmut Pfister

Patentanwalt, European Patent & Trademark Attorney

Dipl.-Phys. Stefan Pfister

Patentanwalt, European Trademark Attorney

Thorsten Koerl

Rechtsanwalt

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2 2. DEZ. 2000

Ludwig Demmeler GmbH & Co.
Alpenstraße 10

87751 Heimertingen

"Werkz eugmas chine"

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungsaggregat, wobei das Bearbeitungsaggregat längs mehrerer, sich auch schneidender Achsen beweglich ist und die Werkzeugspindel längs einer Führung beweglich ist, mit einer Lastausgleichsvorrichtung für die Bewegung des Bearbeitungsaggregates auf der Führung. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungsaggregat, wobei das

Bearbeitungsaggregat längs mehrerer, sich auch schneidender Achsen beweglich ist und das Bearbeitungsaggregat auf einem oder mehreren Schlitten hintereinander gelagert ist mit einer Lastausgleichsvorrichtung für die Bewegung der Schlitten beziehungsweise des Bearbeitungsaggregates. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Werkzeugmaschine, die ein längs mehrerer Achsen bewegliches Bearbeitungsaggregat mit einem Werkzeug aufweist, wobei das Werkzeug zu Bearbeitungen von Werkstücken dient und das Werkstück für Bearbeitungszwecke beweglich, insbesondere längsbeweglich angeordnet ist.

Vorgenannte Bearbeitungsmaschinen werden zum Beispiel für die CNC-Großteilebearbeitung eingesetzt.

Es sind hierzu sowohl Fahrständerbauweisen bekannt, bei welchen von dem Fahrgestell drei Bewegungsachsen gebildet werden, um eine beliebige Positionierung der Bearbeitungsspindel im Raum, bei feststehenden Werkstück, zu ergeben. Es sind aber auch Konsolenstanderbauweisen bekannt, bei welchen eine Positionierachse dem Werkstück zugeordnet wird, das heißt, das Werkstück selber ist bezüglich der Werkzeugspindel beweglich gelagert und positionierbar. Ebenso sind Maschinen in Bettbauform bekannt.

Insbesondere bei Großteilefertigungen, aber auch im allgemeinen Werkzeugmaschinenbau, sind hierbei sehr beachtliche Gewichte hochgenau zu führen. Es ist bekannt, daß das Bearbeitungsaggregat und/oder der Schlitten beziehungsweise der Schieber, welcher das Bearbeitungsaggregat trägt, ein Gewicht von mehreren Tonnen aufweisen kann. Auch die Bearbeitung von Großteilen auf Konsolenmaschinen oder Bettmaschinen kann es bedingen, daß Gewichte von mehreren Tonnen zu bewegen sind.

Üblicherweise sind die Werkzeugmaschinen mit Kreuzschlitten ausgestattet, um eine Bewegung längs der Raumachsen zu ermöglichen. Über die Kreuzschlitten, die einerseits entsprechend

den Führungen geführt sind und andererseits selber eine Führung für die nächste Achse bilden, müssen beachtliche Gewichte, insbesondere des Bearbeitungsaggregates abgestützt werden. Es ist bekannt, daß zum Beispiel die Werkzeugspindeln, die in Bearbeitungsrichtung die sogenannten Z-Achse beschreiben, bei extremen Vorschüben in Richtung der &zgr;-Achse Maßungenauigkeiten rechtwinklig hierzu aufweisen. Diese Maßungenauigkeiten rühren daher, daß trotz der hochgenauen Führungen der unterschiedlichen, sich gegeneinander bewegenden Elemente, die beachtlichen Gewichte Kippmomente bilden, die von den Führungen nicht mehr ausgeglichen werden können. Hierzu ist es bekannt, aufwendige Lastaufnahmevorrichtungen vorzusehen, die helfen sollen, diesen Effekt zu kompensieren. Hierzu sind zum Beispiel elektronische Steuerungen bekannt, die auf mehrere Spindeln wirken und, sobald eine Verkippung festgestellt wird, ein Verdrehen oder Verkippen der Werkzeugspindel entgegen der auftretenden Moment bewirken. Eine andere Maßnahme ist die Ausbildung einer "bananenförmigen" Führungsbahn. Hierbei wird in dem Abschnitt der Führungsbahn der Werkzeugspindel, wo diese abzukippen beginnt, die Führungsbahn nach oben gezogen, um eine Kompensation zu bewirken. Die vorgenannten Maßnahmen sind aber zum einen sehr aufwendig und zum anderen auch nicht dauerhaft, weswegen gerade bei hochgenauen Bearbeitungen (im &mgr;&pgr;&igr; oder im 1/100 mm Bereich) diese Maßnahmen nicht ausreichen können.

Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Werkzeugmaschine, wie eingangs beschrieben, dahingehend zu entwickeln, daß diese auch trotz hohen Gewichtes, entweder der Werkzeugspindel oder des zu positionierenden Werkstückes, eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit aufweist.

Als Lösung der vorbeschriebenen Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Werkzeugmaschine, wie eingangs beschrieben, und schlägt vor, daß die Lastaufnahmevorrichtung derart ausgebildet ist, daß diese das Gewicht des Bearbeitungsaggregates, und/oder

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des Schlittens oder des Werkstückes beziehungsweise der Werkstückhalterung im oder im Bereich des jeweiligen Schwerpunktes aufnimmt.

Die im Stand der Technik bekannten Probleme rühren daher, daß die extrem ausgefahrene Bewegungsachse, aufgrund des Hebelgesetzes, zu beachtlichen Kippmomenten führt. Die bekannten Lastaufnahmevorrichtungen versuchen zwar diese Kippmomente zu kompensieren, erreichen dies aber nicht dauerhaft. Der erfindungsgemäße Vorschlag verwendet eine Lastaufnahmevorrichtung, die die Last im Schwerpunkt oder im Bereich des Schwerpunktes abstützt. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird die Last dort abgenommen, wo sie entsteht und es wird dadurch erreicht, daß eine Ausbildung von Kippmomenten unterbleibt. Hieraus resultiert auch bei extremen Bearbeitungsstellungen der Werkzeugspindel immer eine, wie geforderte, hochgenaue Bearbeitung.

Wird die Last im Schwerpunkt unterstützt, so wirkt mechanisch beziehungsweise statisch gesehen kein resultierendes Drehmoment auf die Führungen. Hieraus resultiert eine geringe Belastung der Führung und der Lager und eine höhere Verschleißfestigkeit bei gleichbleibend hoher Genauigkeit. Idealerweise wird die Last direkt im Schwerpunkt aufgenommen, da dadurch die Ausbildung von Kippmomenten beziehungsweise Drehmomenten ausgeschlossen wird. Es ist aber auch ein Anschluß der Lastaufnahmevorrichtung in einen Bereich um den Schwerpunkt herum, zum Beispiel in der Gravitätionslinie des Schwerpunktes oberhalb (zum Beispiel am Gehäuserand, wenn der Schwerpunkt zum Beispiel im Inneren der Werkzeugspindel liegt) oder auch versetzt hierzu möglich, soweit die resultierenden Kippmomente nicht zu einem negativen Effekt, insbesondere zu einer ungenauen, nicht tolerierbaren Ungenauigkeit der Bearbeitung führen, möglich.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erreicht die Erfindung, daß die Führungen und Lagerungen von dem beachtlichen

Gewicht entweder des Bearbeitungsaggregates, der Werkzeugspindel oder des Werkstückes entlastet sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß unabhängig von der Stellung der Werkzeugspindel oder des Schlittens die Lastaufnahmevorrichtung die jeweilige Last im oder im Bereich des jeweiligen Schwerpunktes aufnimmt. Die Lastaufnahmevorrichtung ist günstigerweise so ausgebildet, daß auch bei sehr weit vorgeschobener, horizontal orientierter Werkzeugspindel die Last der Werkzeugspindel im Schwerpunkt aufgenommen wird. Gleichwohl folgt die Lastenaufnahmevorrichtung dem Schwerpunkt. Durch eine solche Ausgestaltung wird gerade das bei den bekannten Werkzeugmaschinen beobachtete Abkippen der Werkzeugspindel bei fast komplett ausgezogener Spindel sicher vermieden, da natürlich aufgrund des Hebelgesetzes bei komplett ausgezogener Spindel das größte Drehmoment wirken würde, welches aber aufgrund der Lagerung der Last über die Lastaufnahmevorrichtung, die wie angegeben angreift, kein Kippmoment mehr erzeugt, welches zu einer merklichen Maßungenauigkeit bei der Bearbeitung führt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß als Bearbeitungsaggregat eine Arbeitsspindel oder ein Bearbeitungslaser vorgesehen ist. Die Anwendung der Erfindung ist aber auf diese beiden speziellen Ausbildungen des Bearbeitungsaggregates nicht beschränkt. In gleicher Weise ist es möglich, Bohrzentren, Bohrmaschinen oder sonstige Bearbeitungsaggregate im Sinne der Erfindung an einer Werkzeugmaschine einzusetzen. Auch wenn nachfolgend wie vorausgehend oftmals von einer Werkzeugspindel als Beispiel für das Bearbeitungsaggregat gesprochen wird, wird die Erfindung hierauf nicht beschränkt, die Erfindung ist in gleicher Weise in anderer Ausgestaltung, selbst mit einem anderen Bearbeitungsaggregat, einsetzbar.

In gleicher Weise ist auch der Einsatz der Erfindung auf die

Ausbildung der Werkzeugmaschine nicht beschränkt. In der Technik sind unterschiedliche Konzepte für die Realisierung von Werkzeugmaschinen bekannt. Es werden Konsolständerbauweisen, Kreuztischbauweisen, Portal- oder Tischbauweisen, Fahrständerbauweisen oder Gantrybettbauweisen unterschieden. Die Erfindung eignet sich bei allen bekannten Maschinen-Konzepten.

Erfindungsgemäß werden mindestens zwei Ausgestaltungen vorgeschlagen, wie das Gewicht von der Lastaufnahmevorrichtung abgestützt wird. Bei der ersten wird das Gewicht an der Lastaufnahmevorrichtung aufgehängt, das bedeutet von oben ergriffen. Bei der anderen wird die Lastaufnahmevorrichtung so eingesetzt, daß diese von der Lastaufnahmevorrichtung zum Beispiel von unten abgestützt wird, zum Beispiel durch eine entsprechende Strebe, Arbeitszylinder oder dergleichen.

In einer bevorzugten Variante wird vorgeschlagen, daß die Werkzeugspindel horizontal oder vertikal orientiert ist. Diese beiden Orientierungen sind die, die in der Technik am weitesten verbreitet sind. Prinzipiell ist aber auf diese Orientierung der Werkzeugspindel die Erfindung nicht beschränkt/ sie kann natürlich auch in Stellungen, die in einem gewissen Winkel zur Horizontalen oder Vertikalen orientiert sind, eingesetzt werden. Dabei ist das Problem insbesondere bei horizontal orientierten Werkzeugspindeln signifikant, da bei Bewegungen der Werkzeugspindel in horizontaler Richtung von bis zu 1,50 m, bei einem Gewicht von mehreren Tonnen und einer geforderten hohen Genauigkeit von &mgr;&tgr;&eegr; oder 1/100 mm-Bereich die Erfindung den größten Effekt erreicht. Aber auch bei vertikal orientierten Werkzeugspindeln, zum Beispiel bei Bohrzentren usw., erreicht die Erfindung ebenfalls eine Verbesserung, da zum Beispiel Bohrungen lotrecht bzw. rechtwinklig zur Oberfläche angesetzt werden, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß die Bohr-

achse gegenüber der Vertikalen verkippt ist.

Natürlich wird von dem erfindungsgemäßen Gedanken auch ein Konzept mit umfaßt, bei welchem die Richtung der Hebekraft des Lastmittels der Lastaufnahmevorrichtung den Schwerpunkt berührt oder in seiner nächsten Nähe liegt, auch wenn das Lasthebemittel zum Beispiel auf ein Gehänge an der Werkzeugspindel und dergleichen anschließt, die ihrerseits verhältnismäßig weit entfernt sind vom Schwerpunkt des Gegenstandes. Durch eine solche Ausgestaltung werden insbesondere Traversenkonstruktionen und sonstige Gehänge erfaßt.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben und in der nachfolgenden Zeichnung erläutert. Die Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. la, 2a eine Vorderansicht je einer Ausge

staltungen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine,

Fig. Ib, 2b eine Seitenansicht je einer erfin

dungsgemäßer Werkzeugmaschinen,

Fig. Ic, 2c eine Rückansicht je einer erfin

dungsgemäßer Werkzeugmaschinen,

Fig. Id, 2d eine Draufsicht auf je eine erfin

dungsgemäße Werkzeugmaschine,

Fig. 3 Übersicht über das Verhalten des

Kippmomentes (Y-Komponente), längs der Bewegungsrichtung (Z-Komponente) der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine nach dem Stand der Technik,

Fig. 4 wie bei Fig. 3, nur gemäß der

Erfindung.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist zum Beispiel in Portal- oder Tischbauweise oder als Fahrständerbauweise ausgeführt. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann aber auch in Konsolenstanderbauweise oder Kreuztischbauweise ausgeführt sein. Bei Konsolenstandermaschinen oder auch bei Kreuztischbauweisen ist es möglich, daß die Werkzeugaufnahme selber beweglich ausgebildet ist, und an dieser ist zur Vermeidung von Verkippungen des Werkzeugtisches die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lastaufnahme durch die Lastausgleichsvorrichtung vorgesehen.

In den Figuren ist zum Beispiel eine Fahrständerbauweise gezeigt. Auf diese Ausgestaltung ist die Erfindung allerdings nicht beschränkt. Die hier gezeigte Werkzeugmaschine besteht aus einem zum Beispiel sich vertikal erstreckenden Ständer 9, der senkrecht zur Zeichenebene in X-Richtung verschiebbar ist. Der Ständer 9 besitzt eine vertikal orientierte Führung 90, auf der ein Kreuzschlitten 20 entlang der Y-Achse verfahrbar ist. Y- und X-Achse stehen hierbei rechtwinklig aufeinander. Der Kreuzschlitten 20 ist zum einen auf der vertikalen Führung 90 des Ständers 90 geführt und bildet selber die Führung 2 für die Werkzeugspindel 1, wobei die Werkzeugspindel 1 ihrerseits entlang der Z-Achse beweglich gelagert ist. Die Z-Achse, die Y-Achse und die X-Achse bilden zusammen ein orthogonales System und erlauben die Ansteuerung eines jeden Punktes im Raum. Die Werkzeugspindel 1 weist an ihrem hinteren Ende einen Antriebsmotor 11 auf, der die Werkzeugspindel mit der am vorderen Ende vorgesehen Werkzeugaufnahme 10 um die Spindelachse 12 in Rotation versetzt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spindelachse 12 genauso wie die Z-Achse als Bewegungskomponente der Werkzeugspindel horizontal bzw. parallel orientiert, ohne darauf die Erfindung begrenzen zu wollen. Es ist auch

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möglich, daß die Spindelachse 12 mit der Z-Achse nicht parallel, sondern zum Beispiel rechtwinklig ausgebildet sind.

Auch die X-, Y- und Z-Achsen müssen nicht rechtwinklig aufeinander stehen, um das orthogonale System zu bilden. Es können auch andere Winkel vorgesehen sein. Es ist zu beachten, daß die Werkzeugspindel 1 eine beträchtliche Ausdehnung aufweist, die hier dargestellte Länge entspricht ca. drei Metern in der Realität. Der Schwerpunkt 4 der Werkzeugspindel 1 befindet sich ca. in der Mitte der Werkzeugspindel, wobei die Anordnung des Motors 11 am rückseitigen Ende, auf der anderen Seite wie die Werkzeugaufnahme 10, einer möglichst symmetrischen Ausbildung der gesamten Werkzeugspindel bzw. einer mittigen Lage des Schwerpunktes 4 dient.

Der erfindungsgemäße Effekt wird insbesondere durch den in Fig. 3 und 4 gezeigten Vergleich des Standes der Technik (nach Fig. 3) mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Fig. 4 deutlich. Fig. 3 und 4 zeigen jeweils die Abhängigkeit der Y-Komponente der Spitze der Spindel (wo das Werkzeug eingesetzt wird), zum Beispiel der Werkzeugaufnahme 10, in Abhängigkeit der Positionierung der Werkzeugspindel entlang der Z-Achse.

Bei der bekannten Ausgestaltung (Fig. 3) ist ein Lastenausgleich zum Beispiel an dem Kreuzschlitten 2 0 vorgesehen. Er befindet sich deswegen am Kreuzschlitten 20, da er dort problemlos anschließbar ist bzw. in einer Lösung des Standes der Technik ist der Lastenausgleich in der Führung 90 des Ständers 9 integriert. Nun ergibt es sich aber, wenn die Aufhängung 8 der Lastenausgleichsvorrichtung nach dem Stande der Technik zum Beispiel in der Blattebene angeordnet ist, daß der Schwerpunkt der sehr schweren Werkzeugspindel 1 über dem Blatt liegt. Bei einer hängenden Anordnung wird die Aufhängung 8 den Schwerpunkt der Werkzeugspindel nicht erreichen, und es resultiert ein Kippmoment der Werkzeugspindel 1 in X-Richtung, wobei

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die Führung verstärkt abgenützt wird. Gleichzeitig aber, und was für die Genauigkeit noch gravierender ist, ist zu beobachten, daß die voll ausgefahrene Werkzeugspindel 1, in Fig. 3 ganz nach links gezeichnet (entspricht dem Nullpunkt auf der Z-Komponente), anfängt, sich nach unten zu neigen. Das bedeutet, das vordere Ende der Werkzeugaufnahme verliert den gewünschten Y-Wert und sinkt ab. Diese Maßungenauigkeit ist bei hochgenauen Präzisionsbearbeitungen unerwünscht und nicht tolerierbar.

Durch die erfindungsgetnäße Ausgestaltung, die in Fig. 4 dargestellt ist, befindet sich das Lasthebemittel 30 der Lastausgleichsvorrichtung 3 im Bereich des Schwerpunktes 4 oder aber, der Schwerpunkt 4 liegt auf der Kraftlinie (oder in nächster Nähe hierzu), die durch das Lasthebemittel 3 0 beschrieben ist, wodurch keine Kippmomente entstehen und die Werkzeugaufnahme 10 auch bei voll ausgefahrener Werkzeugspindel 1 (ganz nach links versetzt, Z-Wert = 0) einen konstanten Wert der Y-Komponente hält. Da die erhebliche Last der Werkzeugspindel 1 von der Lastausgleichsvorrichtung im oder nahe am Schwerpunkt abgefangen wird, wird die Ausbildung von Kippmomenten vermieden oder sehr stark reduziert. Bewegt sich die Lastausgleichsvorrichtung auch bei einem Versatz in Z-Komponente mit, wie das ebenfalls erfindungsgemäß vorgesehen ist, so wird auch bei extremen Positionen der Werkzeugspindel 1 absolute Maßgenauigkeit, zum Beispiel konstante Y-Kompenente, erreicht. Dadurch ist die Basis für hochgenaue Bearbeitungen auch bei entweder schweren Werkzeugspindeln 1 oder, sinngemäß umgesetzt, auch bei schweren bewegten Werkstücken, zum Beispiel auf Konsolenständermaschinen, gegeben.

Erfindungsgemäß wird dabei vorgesehen, daß die Last von der Lastausgleichsvorrichtung 3 unmittelbar an der Werkzeugspindel aufgefangen wird. Es ist aber auch möglich, je nach Konzeption der Werkzeugmaschine, die Last von Werkzeugspindel und Schlitten 20 gemäß dem gleichen Konzept gemeinsam aufzufangen,

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wobei dann nicht der Schwerpunkt der Werkzeugspindel, sondern der Schwerpunkt des gemeinsamen Systems von Werkzeugspindel und Schlitten als Ansatzpunkt für die Lastausgleichsvorrichtung anzusehen ist.

Dabei umfaßt die Lastausgleichsvorrichtung 3 nicht nur den Einsatz des Lasthebemittels 30, welches zum Beispiel als Kette, Seil oder Strick ausgebildet sein kann, sondern ist auch im Hinblick auf die Wirkrichtung der Hebekraft bzw. Stützkraft, welche durch die Gegenkraft 33 in der Lastausgleichsvorrichtung 3 erzeugt wird, zu sehen. Diese Wirkrichtung ist zum Beispiel in Fig. Ib durch die Linie 3 9 gekennzeichnet, wobei zu erkennen ist, daß das Lasthebemittel 30 am Gehäuse der Spindel 1 endet, also am äußeren Rand des Gehäuses, wobei der Schwerpunkt 4 im Inneren der Spindel angeordnet ist, aber der Schwerpunkt 4 auf der Wirkrichtung 39 des Hebemittels 3 0 liegt und so den erfindungsgemäßen Effekt bildet. Die Last wird dort gegriffen, wo sie entsteht. Es werden die nachteiligen Kippmomente, die zu Maßungenauigkeiten einerseits und zu erhöhtem Verschleiß der Führung andererseits führen, vermieden.

Als Realisierung der Erfindung sind in den Fig. la bis Id und Fig. 2a bis 2d zwei unterschiedliche Konzepte dargestellt:

In Fig. l besteht die Lastausgleichsvorrichtung 3 aus einem Lasthebemittel 30, welches zum Beispiel als Strick, Seil oder Kette ausgebildet ist, welche durch Rollen, die zum Beispiel an einem Träger 31 angeordnet sind, umgelenkt werden. Das Lasthebemittel 3 0 ist dabei so angeordnet, daß das Gewicht der Werkzeugspindel 1 an dem Lasthebemittel 3 0 hängt. Über das Lasthebemittel 30 wird das Gewicht mit der Gegenkraft 33 verbunden bzw. gekoppelt, die entweder direkt oder indirekt, zum Beispiel bei einem Getriebe, einer Kraftübersetzung oder -Untersetzung, einem Flaschenzug 35 oder dergleichen, in Verbindung steht und so das Gewicht abstützt oder ausgleicht.

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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Gegenkraft 33 zum Beispiel ein Ausgleichsgewicht vorgesehen ist oder ein Arbeitszylinder 34 angeordnet ist, der hydraulisch betrieben wird. Der Vorteil der Verwendung eines Arbeitszylinders liegt insbesondere darin, daß - verglichen mit dem Gewicht dieser Anordnung mit dem Arbeitszylinder - eine deutlich höhere Gegenkraft erzeugt werden kann, als mit einem Gegengewicht, wobei bei dem Gegengewicht die Masse das Gewicht vorgibt. Darüber hinaus ist die gesamte Anordnung in X-Richtung zu verschieben, und bei schnell arbeitenden Werkzeugmaschinen ist zusätzliche Masse aufgrund der Trägheit dieser Masse von Nachteil. Zusätzlich kann durch entsprechende Kraftunter-/Kraftübersetzungsmittel Masse bei der Lastausgleichsvorrichtung eingespart werden bzw. bietet diese eine Möglichkeit, die Erfindung entsprechend zu optimieren. Darüber hinaus ist durch einen Arbeitszylinder 34 ein Verändern der Last der Werkzeugspindel 1 durch eine entsprechende Änderung des Betriebsdruckes oder der wirksamen Querschnitte in einfachster Weise möglich.

In der in Fig. Ib und noch besser in Fig. Id gezeigten Ausgestaltung ergibt sich, daß der Träger 31 um den Drehpunkt oder die Drehachse 32 (hier horizontal orientiert) verschwenkbar gelagert ist.

In Fig. Id ist die Werkzeugspindel 1 in zwei Stellungen angedeutet. Die erste Stellung (ausgezogen) zeigt die Werkzeugspindel 1 komplett nach hinten (hier nach oben) zurückgesetzt. Mit dieser Stellung korrespondiert die Stellung des Trägers 31", die gegenüber der mittigen Lage nach 31 entgegen den Uhrzeiger verschwenkt ist.

Die zweite Stellung ist doppelt punktiert an der Werkzeugspindel I¹ angedeutet und beschreibt den kompletten Auszugsweg der Werkzeugspindel 1, der zum Beispiel bis zu 1,5 0 m und mehr (bei zum Beispiel ca. vier Tonnen Gesamtgewicht der Werkzeug-

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spindel) betragen kann. Diese Ausgestaltung korrespondiert mit dem Träger 31'. Es ergibt sich, daß entsprechend der Position der Werkzeugspindel (entweder komplett zurückgezogen, mittig oder ganz herausgezogen) sich natürlich auch der Schwerpunkt 4 verändert. Um aber sicherzustellen, daß in jeder Position der Werkzeugspindel 1 die Last der Werkzeugspindel optimal von der Lastausgleichsvorrichtung 3 aufgenommen wird, ist der Träger 31 drehbar gelagert und somit entlang dem Doppelpfeil 36 beweglich, für eine optimale Positionierung bezüglich des Schwerpunktes 4. Dabei braucht der Träger hierzu nicht separat angetrieben zu werden, dies kann durch den Antrieb in Z-Richtung für die Werkzeugspindel erfolgen. Gegebenenfalls ist hierfür auch ein eigener Antrieb vorgesehen. In der in Fig. Ib gezeigten Ausgestaltung ist zu erkennen, daß der Träger 31 bezüglich der Drehachse 32 nicht symmetrisch, sondern ungleichförmig ausgebildet ist. Durch die unterschiedliche Wahl der Hebellänge des jeweiligen Teilträgers können Kraftunter- oder Kraftübersetzungen erzielt werden. Dies kann entsprechend kombiniert werden mit den Eigenschaften eines Flaschenzuges 35.

Aufgrund der Verschwenkbewegung 36 des Trägers 31 muß auch die Seite des Trägers 31, an welchen die Gegenkraft 33 angreift, in irgendeiner Form beweglich ausgebildet sein. Hierzu ist zum Beispiel vorgesehen, daß die Gegenkraft 33, die in Fig. Ic als Arbeitszylinder 34 ausgebildet ist, um die horizontal orientierte Drehachse 300 verschwenkbar ist. Die beiden Positionen des Arbeitszylinders sind hierbei mit 34' und 34'' angegeben. Hierbei ist es von Vorteil, daß durch den Einsatz des Arbeitszylinders die Steifigkeit der ganzen Anordnung (die wirksame Länge des Lasthebemittels 3 0 wird bei Verschwenkung gedehnt) einstellbar ist, um zu vermeiden, daß nicht auf einmal mit größerer Kraft nach oben gezogen wird und sich so eine Maßungenauigkeit ergibt. Es ist aber auch möglich, anstelle der horizontal orientierten Drehachse 3 00 den Fuß der Gegenkraft 33 auf einer sich bewegenden Platte anzuordnen, die sich in

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gleicher Weise bewegt wie der Träger 31.

Die Ständer 9 sind in der Regel bei den vorgenannten erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinen sehr voluminös, weswegen es sich anbietet, daß die komplette Lastausgleichsvorrichtung oder auch nur Teile davon, wie zum Beispiel das Lasthebemittel 30, der Träger 31 oder die Mittel der Gegenkraft 33, in dem Ständer, zum Beispiel verdeckt durch dessen Gehäuse, eingebaut ist/sind.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der Träger 31 drehbar und/oder linear beweglich gelagert ist und einer Bewegung des Schwerpunktes folgt. Neben dem in Fig. 1 gezeigten Konzept des drehbar gelagerten Trägers (Drehachse 32) und dem in Fig. 2 gezeigten Konzept eines verschiebbar (Doppelpfeil 38) gelagerten Trägers 31 ist natürlich auch eine Kombination dieser beiden Konzepte möglich, wodurch sich die Flexibilität einer solchen Werkzeugmaschine entsprechend erhöht.

In Fig. Ib sind in Seitenansicht auch zwei verschiedene Stellungen des Lasthebemittels 30, 30' zu erkennen. Dies korrespondiert mit Fig. Id. Aufgrund der Verschwenkbewegung des Trägers 31 ändert sich auch immer die räumliche Lage beziehungsweise Orientierung des Endstückes des Lasthebemittels 30, welches sich zwischen der letzten Rolle und dem Anschluß der Last erstreckt. Dieses Endstück definiert gleichzeitig aber auch die Wirkrichtung der Hebekraft, wobei ein zu starkes Verkippen unter Umständen zu einem Kippmoment gegen den Uhrzeigersinn führen kann, was nicht erwünscht ist. Um diesen Effekt zu kompensieren, ist in einer erfindungsgemäßen Weiterentwicklung vorgesehen, daß die Länge des Trägers 31 variierbar ist. Dadurch wird sichergestellt, daß die räumliche Orientierung des letzten Stückes des Lasthebemittels 3 0 immer mit der optimalen Wirkrichtung 39 fluchtet bzw. der Abstand dieser Wirkrichtung zum Schwerpunkt der zu hebenden Last klein oder vernachlässigbar ist, daß keine störenden Kipp- oder sonstige Drehmomente

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entstehen. Der Einsatz dieser Ausgleichsmöglichkeit der Länge des Trägers 31 ist optional; er bedingt sich insbesondere aus dem maximalen Abstand der Wirkungrichtung 39 bei dem Verschwenken des Trägers 31.

In Fig. 2 ist ein anderes Konzept für die Ausgestaltung der Lastausgleichsvorrichtung 3 gezeigt. Auch hier wird die Last der Werkzeugspindel 1 über die Lastausgleichsvorrichtung 3 durch Aufhängen der Last an einem Lasthebemittel 3 0 abgefangen. Dabei ist die Lastausgleichsvorrichtung nach dem Beispiel von Fig. 2a bis 2d im wesentlichen in Richtung der Z-Achse beweglich gelagert. Zum einen ist zum Beispiel an dem Ständer 9 auf der Oberseite, auf der Abdeckung 91 eine Führung 3 01 für den Träger 31 vorgesehen. Genauso stützt sich die Gegenkraft 33 in einer parallel zur Z-Achse verlaufenden Führungsbahn 37 ab. Dadurch erlaubt die Lastausgleichsvorrichtung eine Bewegung entlang des Doppelpfeiles 38, parallel zur Z-Achse. Auch hier ist vorgesehen, daß die Bewegung der Lastausgleichsvorrichtung 3 entweder von dem Antrieb der Werkzeugspindel 1 in Z-Richtung abgeleitet ist oder ein eigenen, gegebenenfalls auch synchronisierter Antrieb hierfür vorgesehen ist.

In Fig. 2d sind wiederum die verschiedenen Positionen der Werkzeugspindel 1, 1' gezeigt, die mit den verschiedenen Positionen des Trägers 31, 31', 31'' zusammenwirken.

In den vorgestellten Konzepten wird das Gewicht über das Lasthebemittel aufgenommen, welches von oben das Bearbeitungsaggregat 1 ergreift. In gleicher Weise ist es aber auch möglich, daß sich zum Beispiel ein Arbeitszylinder unterhalb des Schwerpunktes erstreckt und die Last von unten abstützt. Auf die Ausbildung eines Trägers 31 kann hierbei dann zum Beispiel verzichtet werden, oder aber es ist eine kombinierte Lagerung vorgesehen.

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Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.

Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.

Claims (17)

1. Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungsaggregat, wobei das Bearbeitungsaggregat längs mehrerer, sich auch schneidender Achsen beweglich ist, und die Werkzeugspindel längs einer Führung beweglich ist, mit einer Lastausgleichsvorrichtung für die Bewegung des Bearbeitungsaggregates auf der Führung, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastausgleichsvorrichtung (3) so angeordnet ist, daß diese das Gewicht des Bearbeitungsaggregates (1) im oder im Bereich des Schwerpunktes (4) der Werkzeugspindel (1) aufnimmt.

2. Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungsaggregat, wobei das Bearbeitungsaggregat längs mehrerer, sich auch schneidender Achsen beweglich ist und die Werkzeugspindel auf einem oder mehreren Schlitten hintereinander gelagert ist, mit einer Lastausgleichsvorrichtung für die Bewegung des/der Schlittens beziehungsweise des Bearbeitungsaggregates, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastausgleichsvorrichtung (3) so angeordnet ist, daß diese das Gewicht der/des Schlittens (20) oder der/des Schlitten/s (20) und des Bearbeitungsaggregates (1) im oder im Bereich des jeweiligen Schwerpunktes aufnimmt.

3. Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungsaggregat, wobei das Bearbeitungsaggregat längs mehrerer, sich auch schneidender Achsen beweglich ist und das Bearbeitungsaggregat ein Werkzeug trägt, welches auf ein Werkstück wirkt, und das Werkstück für Bearbeitungszwecke beweglich angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Lastaufnahmevorrichtung, die das Gewicht des Werkstückes, gegebenenfalls auch mit der Werkstückhalterung, im oder im Bereich des jeweiligen Schwerpunktes aufnimmt.

4. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der Stellung des Bearbeitungsaggregates (1, 1') und/oder des Schlittens (20) die Lastaufnahmevorrichtung (3) die jeweilige Last im oder im Bereich des jeweiligen Schwerpunktes (4) aufnimmt.

5. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastenaufnahmevorrichtung (3) einer Bewegung des Schwerpunktes (4) folgt.

6. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht an der Lastaufnahmevorrichtung (3) aufgehängt ist.

7. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht von der Lastaufnahmevorrichtung (3) abgestützt wird.

8. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungsaggregat (1) horizontal oder vertikal wirkend orientiert ist.

9. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastaufnahmevorrichtung (3) ein Lasthebemittel (30) aufweist, welches über einen Träger (31) geführt ist und das Lasthebemittel (30) das Gewicht mit einer Gegenkraft (33) verbindet.

10. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (31) drehbar (32, 36) und/oder linear beweglich (37, 38) gelagert ist und einer Bewegung des Schwerpunktes (4) folgt.

11. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Trägers (31) variierbar ist.

12. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenkraft (33) ein Ausgleichsgewicht oder ein insbesondere hydraulisch betreibbarer Arbeitszylinder (34) vorgesehen ist.

13. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft (33) linear beweglich (38) und/oder schwenkbar (300) gelagert ist.

14. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft (33) unmittelbar auf das Gewicht wirkt oder mittelbar, zum Beispiel durch einen Kraftumsetzer wie ein Getriebe oder Flaschenzug (35), wirkt.

15. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastaufnahmevorrichtung (3) durch eine Traverse oder ein Gehänge mit dem Gewicht verbunden ist.

16. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastausgleichsvorrichtung (3), ganz oder Teile hiervon, insbesondere die Gegenkraft (33) in einem Ständer (9) der Werkzeugmaschine eingebaut ist.

17. werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Bearbeitungsaggregat ein Bearbeitungslaser oder eine Werkzeugspindel vorgesehen ist.