DE202012009295U1

DE202012009295U1 - Device for balancing a torque

Info

Publication number: DE202012009295U1
Application number: DE202012009295.2U
Authority: DE
Original assignee: Emco Maier GmbH
Current assignee: EMCO GMBH, AT
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2022-09-28
Also published as: AT14047U1

Abstract

Vorrichtung zum Ausgleichen eines Drehmoments, das durch eine Kraft, insbesondere die Gewichtskraft, bedingt ist, die auf einen exzentrisch um eine horizontale Welle ausgelenkten Massepunkt wirkt, wobei der Massepunkt insbesondere der Schwerpunkt eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine ist, umfassend: einen Sockel, gegenüber dem die Welle drehbar ist, und eine Ausgleichsfeder, wobei die Ausgleichsfeder derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Welle mit einem einer Drehung gegenüber dem Sockel entgegenwirkenden Gegendrehmoment beaufschlagbar ist.Device for balancing a torque that is caused by a force, in particular the weight force, which acts on a mass point deflected eccentrically about a horizontal shaft, the mass point in particular being the center of gravity of a tool of a machine tool, comprising: a base, opposite which the The shaft is rotatable, and a compensating spring, the compensating spring being designed and arranged in such a way that the shaft can be acted upon by a counter-torque that counteracts a rotation relative to the base.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleichen eines Drehmoments, das durch eine Kraft, insbesondere die Gewichtskraft, bedingt ist, die auf einen exzentrisch um eine horizontale Welle ausgelenkten Massepunkt wirkt, wobei der Massepunkt insbesondere der Schwerpunkt eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine ist.The present invention relates to a device for compensating a torque, which is due to a force, in particular the weight force, which acts on an eccentrically deflected about a horizontal shaft mass point, the mass point is in particular the center of gravity of a tool of a machine tool.

Stand der TechnikState of the art

Allgemein entsteht aufgrund einer häufig nicht vorhandenen Koaxialität des Schwerpunkts eines um eine Welle zu rotierenden Werkzeugs einer Werkzeugmaschine in Bezug auf die Drehachse der Welle bei einer Bewegung bzw. Positionierung einer vorwiegend horizontal angeordneten Welle der Werkzeugmaschine ein durch die Schwerkraft erzeugtes, winkelabhängiges Drehmoment. Um das in jeder Stellung des Werkzeugs notwendige Drehmomentengleichgewicht aufrecht zu erhalten, muss ein Antrieb für die Rotation um die Welle ein entsprechendes Gegenmoment erzeugen. Dies erfordert erstens Energie und führt zweitens zu einer reduzierten Bearbeitungsgenauigkeit. Die reduzierte Bearbeitungsgenauigkeit ist durch eine verstärkte Erwärmung der Bauteile und in der Folge höhere thermoelastische Verformungen einzelner oder mehrerer Komponenten der Werkzeugmaschinen bedingt. Weiterhin ergibt sich unter Umständen die Notwendigkeit, den Antrieb für die Rotation des Werkzeugs um die Welle größer zu dimensionieren, wodurch zusätzlicher Bauraum benötigt wird.Generally arises due to a frequently non-existent coaxiality of the center of gravity of a rotating about a shaft tool of a machine tool with respect to the axis of rotation of the shaft in a movement or positioning a predominantly horizontally disposed shaft of the machine tool generated by gravity, angle-dependent torque. In order to maintain the torque equilibrium necessary in each position of the tool, a drive for rotation around the shaft must generate a corresponding counter-torque. First, this requires energy and, secondly, leads to reduced machining accuracy. The reduced machining accuracy is due to increased heating of the components and consequently higher thermoelastic deformations of individual or several components of the machine tools. Furthermore, there may be the need to size the drive for the rotation of the tool around the shaft larger, which additional space is required.

Zum Zwecke des Ausgleichs von Massekräften in Werkzeugmaschinen sind bereits eine Reihe unterschiedlicher Konzepte bekannt. Diese basieren im Wesentlichen auf dem Aufbau von Gegenkräften bzw. Gegenmomenten unter dem Einsatz von Fluiden, Gegengewichten oder Federn. Unabhängig vom physikalischen Wirkprinzip wird die potentielle Energie der bewegten Masse bei einer Bewegung in eine erste Richtung durch den Mechanismus zwischengespeichert und bei einer zur ersten Richtung entgegengesetzten (Zurück-)Bewegung wieder zur Verfügung gestellt und der externe Energiebedarf für die Zurückbewegung damit reduziert.For the purpose of balancing mass forces in machine tools, a number of different concepts are already known. These are essentially based on the build-up of opposing forces or counter moments with the use of fluids, counterweights or springs. Regardless of the physical operating principle, the potential energy of the moving mass is temporarily stored by the mechanism when it moves in a first direction and is made available again when the (reverse) movement is opposite to the first direction and the external energy requirement for the return movement is thereby reduced.

Aus DE 100 25 355 A1 ist eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich von vertikal oder schräg bewegbaren Bauteilen einer Werkzeugmaschine bekannt, die mehrere parallel nebeneinander angeordnete Spiralfedern enthält, deren innere Enden an einer fixierten Achse und deren äußere Enden an einer zur Achse konzentrischen, drehbar gelagerten Gehäusetrommel befestigt sind. Über einen flexiblen Band- oder Zahnriemen ist die Gehäusetrommel weiterhin mit den zu bewegenden Bauteilen der Maschine verbunden. Bei einer Verfahrbewegung in Richtung der wirkenden Erdbeschleunigung oder schräg dazu erfolgt eine rotatorische Relativbewegung zwischen der Achse und der Gehäusetrommel und ein Teil der potentiellen Energie der bewegten Bauteile wird in den Spiralfedern gespeichert. Bei einer Bewegungsumkehr wird die Energie aus dem Federspeicher entnommen und unterstützt damit die Verfahrbewegung.Out DE 100 25 355 A1 a device for weight balance of vertically or obliquely movable components of a machine tool is known which includes a plurality of parallel juxtaposed coil springs whose inner ends are fixed to a fixed axis and the outer ends of a concentric to the axis, rotatably mounted housing drum. Via a flexible belt or toothed belt, the housing drum is still connected to the moving parts of the machine. In a movement in the direction of the acting acceleration of gravity or obliquely thereto, a rotational relative movement between the axis and the housing drum and a portion of the potential energy of the moving components is stored in the coil springs. With a reversal of motion, the energy is removed from the spring accumulator and thus supports the movement.

Das in DE 10 2005 024 038 A1 beschriebene System zur Kompensation einer ungleichmäßigen Massenverteilung an einer Schwinge basiert ebenfalls auf dem Einsatz von Federn als Energiespeicher, wobei der Speicher linear angeordnet ist. Die notwendige Umwandlung der Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung erfolgt beispielsweise mittels eines Exzenters an der rotierenden Achse und einem mit diesem verbundenen Zugpleuel. Besonderes Kennzeichen dieser Konstruktion ist, dass die Energieumwandlung vollständig innerhalb eines Gehäuses stattfindet, wodurch keine Querkräfte auf die Lagerung der Schwinge wirken.This in DE 10 2005 024 038 A1 described system for compensating a non-uniform mass distribution on a rocker is also based on the use of springs as energy storage, wherein the memory is arranged linearly. The necessary conversion of the rotational movement into a translational movement takes place, for example, by means of an eccentric on the rotating axis and a connecting rod connected thereto. A special feature of this design is that the energy conversion takes place completely within a housing, whereby no lateral forces act on the mounting of the rocker.

In DE 37 14 637 A1 wird ein Drehmoment-Ausgleichssystem vorgestellt, das ebenfalls eine Transformation einer Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung bewirkt. Realisiert wird diese Funktion mittels eines Kurbeltriebes und einer Schubstange. Bei einer Drehung der Kurbel wird die Drehbewegung über eine Schubstange in eine translatorische Bewegung umgewandelt. Anhand der Koppelung der geradlinigen Bewegung an eine Feder, die sich in einem Gehäuse bewegt, kann die Rotationsenergie der Drehachse in Federenergie transformiert und zwischengespeichert werden. Besonderes Kennzeichen des beschriebenen Systems ist eine Vorrichtung, die eine radiale Verschiebung des Anlenkpunktes der Schubstange und somit des wirksamen Kraftangriffspunktes bewirkt. Dadurch kann der Verlauf des zur Verfügung stehenden Drehmomentes in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Drehachse eingestellt werden.In DE 37 14 637 A1 a torque compensation system is introduced, which also causes a transformation of a rotational movement into a translatory movement. This function is realized by means of a crank mechanism and a push rod. Upon rotation of the crank, the rotational movement is converted via a push rod in a translational movement. On the basis of the coupling of the rectilinear motion to a spring which moves in a housing, the rotational energy of the axis of rotation can be transformed into spring energy and buffered. A particular feature of the system described is a device which causes a radial displacement of the articulation point of the push rod and thus of the effective force application point. Thereby, the course of the available torque can be adjusted in dependence on the angular position of the axis of rotation.

Die in DE 697 22 036 T2 beschriebene Vorrichtung löst die erfindungsgemäße Aufgabe mittels einer Nockenscheibe und einem daran angefederten Stößel. Wird die Drehachse aus einer neutralen Position heraus bewegt, so dreht sich auch eine mit der Drehachse verbundene Nockenscheibe. Entsprechend der Ausformung der Nockenscheibe erzwingt die Rotationsbewegung eine translatorische Bewegung von über Rollen an die Nockenscheibe angefederten Stößeln. Da die in einem Kolben gelagerten Stößel über eine Feder gegen die Nockenscheibe gepresst werden, ergibt sich eine von der Nockenform abhängige Reaktionskraft die wiederum in einem Gegenmoment zum aus der Drehbewegung resultierenden Drehmoment resultiert.In the DE 697 22 036 T2 The device described achieves the object according to the invention by means of a cam disc and a plunger spring-loaded thereon. When the rotation axis is moved out of a neutral position, a cam plate connected to the rotation axis also rotates. According to the shape of the cam disk, the rotational movement forces a translatory movement of rollers that are sprung against the cam disk. Since the plunger mounted in a piston are pressed against the cam disk by a spring, a reaction force dependent on the cam shape results, which in turn results in a counter-torque to the torque resulting from the rotational movement.

Fluidtechnische Lösungen zum Ausgleich der Massekräften von translatorisch oder rotatorisch bewegten Maschinenteilen werden beispielsweise in DE 33 12 971 C2 , DE 102 20 617 A1 , US 4 904 150 A und in EP 1 880 797 B1 beschrieben. Als weitere mechanische Lösung, die über Seilzüge mit Umlenkrollen und mit Gegengewichten für einen Ausgleich der Massekräfte sorgt, sei ergänzend zu den bereits beschriebenen Ansätzen DE 12 37 403 B genannt. Fluidtechnische solutions to compensate for the mass forces of translationally or rotationally moving machine parts are, for example, in DE 33 12 971 C2 . DE 102 20 617 A1 . US 4,904,150 A and in EP 1 880 797 B1 described. As a further mechanical solution that provides over cables with pulleys and counterweights for balancing the mass forces, is complementary to the approaches already described DE 12 37 403 B called.

Die vorbenannten Konzepte weisen eine Reihe von Nachteilen auf.The aforementioned concepts have a number of disadvantages.

Lösungen die Massekräfte mittels Gegengewichten und gegebenenfalls Seilzügen und Umlenkrollen ausgleichen sind bauraumintensiv und beschränken aufgrund der zusätzlichen Massen und der Gefahr des Abhebens die Beschleunigung der jeweiligen Achsen. In der Folge ist eine größere Dimensionierung der Antriebe notwendig oder aber Produktivitätsverluste der Maschinen müssen in Kauf genommen werden, um eine Beschädigung der Vorrichtung zum Masseausgleich und die Funktionssicherheit zu gewährleisten.Solutions balance the inertia forces by means of counterweights and optionally cables and pulleys are space-consuming and limit due to the additional masses and the risk of lifting the acceleration of the respective axes. As a result, a larger dimensioning of the drives is necessary or productivity losses of the machines must be taken into account in order to ensure damage to the device for mass balance and functional reliability.

Fluidtechnische Lösungen erfordern einen komplizierten Aufbau und insbesondere eine aufwendige Druckmittelversorgung sowie komplexe Steuerungseinrichtungen. Da bei derartigen Systemen das Fluid – Hydrauliköl, Druckluft oder Gas, wie beispielsweise Stickstoff – typischerweise zwischen einem Ausgleichszylinder und einem Fluidspeicher hin und her pendelt, ergeben sich nicht vernachlässigbare Verlustleistungen, die durch den Antrieb oder die Fluidversorgungseinrichtung kompensiert werden müssen.Fluid engineering solutions require a complicated structure and in particular a complex pressure medium supply and complex control devices. In such systems, since the fluid hydraulic oil, compressed air or gas, such as nitrogen, typically oscillates back and forth between a balancing cylinder and a fluid reservoir, there are non-negligible power losses that must be compensated by the drive or fluid supply device.

Die bekannten Konzepte, die auf dem Einsatz von Federn als Energiespeicher basieren, benötigen eine Vielzahl von Bauteilen mit entsprechendem Bauraumbedarf. Da sich diese zur Funktionserfüllung teilweise an den Kontaktflächen relativ zueinander bewegen müssen, ergeben sich ein erhöhter Verschleiß sowie Reibungskräfte. Insbesondere bei Werkzeugmaschinen führt die Reibung bei der Bewegungsumkehr zu Hysteresefehiern im Bewegungsablauf der Maschine, die zu Bearbeitungsungenauigkeiten am Bauteil führen können.The known concepts based on the use of springs as energy storage, require a variety of components with appropriate space requirements. Since these have to move to fulfill the function partially on the contact surfaces relative to each other, there is an increased wear and friction forces. Particularly in the case of machine tools, the friction during the reversal of movement leads to hysteresis defects in the movement sequence of the machine, which can lead to machining inaccuracies on the component.

Weiterhin haben die bekannten Lösungen zum Ausgleich von durch Massekräfte induzierten Drehmomenten in Wellen als gemeinsames Merkmal den Nachteil, dass die Drehbewegung der Welle zunächst in eine translatorische Bewegung umgewandelt werden muss, bevor die Energie zwischengespeichert wird. Im Falle der Bewegungsumkehr gilt das umgekehrte Prinzip der Transformation einer translatorischen Bewegung in eine Rotationsbewegung. Die beschriebene Eigenschaft führt in der Folge auch dazu, dass der Arbeitsbereich der entsprechenden Lösungen eingeschränkt wird.Furthermore, the known solutions to compensate for induced by inertial forces in waves as a common feature has the disadvantage that the rotational movement of the shaft must first be converted into a translational motion, before the energy is cached. In the case of reversal of motion, the reverse principle applies to the transformation of a translational movement into a rotational movement. The described property also results in the consequence that the working range of the corresponding solutions is restricted.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Vor dem Hintergrund des oben skizzierten Stands der Technik liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zum Ausgleichen eines Drehmoments des obigen technischen Gebiets derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders einfacher Aufbau und eine platzsparende kompakte Bauweise der Vorrichtung möglich ist. Hierfür liegt eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, die Transformation einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung bei der Energiespeicherung zu vermeiden und die im Stand der Technik auftretenden Nachteile aufgrund von Reibung zwischen einzelnen Teilen oder aufgrund großer bewegter Massen, insbesondere Zusatzmassen, zu verhindern.Against the background of the above-outlined prior art, the object of the present invention is to develop a device for balancing a torque of the above technical field such that a particularly simple construction and a space-saving compact design of the device is possible. For this purpose, a further object of the invention is to avoid the transformation of a rotational movement into a translational movement in the energy storage and to prevent the disadvantages occurring in the prior art due to friction between individual parts or due to large moving masses, in particular additional masses.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by a device according to claim 1. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausgleichen eines Drehmoments, das durch eine Kraft, insbesondere die Gewichtskraft, bedingt ist, die auf einen exzentrisch um eine horizontale Welle ausgelenkten Massepunkt wirkt, wobei der Massepunkt insbesondere der Schwerpunkt eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine ist, umfasst einen Sockel, gegenüber dem die Welle drehbar ist, und eine Ausgleichsfeder. Dabei ist die Ausgleichsfeder derart ausgestaltet und angeordnet, dass die Welle mit einem einer Drehung gegenüber dem Sockel entgegenwirkenden Drehmoment beaufschlagbar ist.The inventive device for compensating a torque, which is due to a force, in particular the weight force acting on an eccentrically deflected about a horizontal shaft mass point, the mass point is in particular the center of gravity of a tool of a machine tool, comprises a base, relative to the the shaft is rotatable and a balancing spring. In this case, the compensating spring is configured and arranged such that the shaft can be acted upon by a torque counteracting a rotation relative to the base.

Unter einer „horizontalen Welle” wird in dieser Anmeldung auch eine Welle verstanden, die nicht genau horizontal, sondern schräg und mit einer horizontalen Ausrichtungskomponente ausgerichtet ist. Mit „Welle” ist jedes Element gemeint, das zur Übertragung von Rotationskräften geeignet ist, insbesondere also auch ein Zapfen und eine Kardanwelle.A "horizontal wave" in this application is also understood to mean a shaft which is not aligned exactly horizontally but obliquely and with a horizontal alignment component. By "wave" is meant any element which is suitable for the transmission of rotational forces, in particular also a pin and a cardan shaft.

Als Beispiel für ein „Werkzeug” einer Werkzeugmaschine dient hierin eine Frässpindel. Es sind jedoch auch andere Werkzeuge unter diesem Betreff zu verstehen, nämlich solche, die sich üblicherweise an einer Werkzeugmaschine befinden und um eine horizontale Welle verschwenkt werden können. Die Erfindung lässt sich dabei ebenso auf ein um eine Welle verschwenkbares Werkstück anwenden. Die „Frässpindel” umfasst bevorzugt alle um die Welle rotierbaren Teile der Werkzeugmaschine.As an example of a "tool" of a machine tool, a milling spindle is used herein. However, there are other tools under this subject to understand, namely those that are usually located on a machine tool and can be pivoted about a horizontal shaft. The invention can also be applied to a workpiece pivotable about a shaft. The "milling spindle" preferably comprises all rotatable about the shaft parts of the machine tool.

Unter dem Ausdruck „Sockel” wird in dieser Anmeldung beispielsweise ein Gehäuse verstanden, in dem die Welle drehbar gelagert ist. Es kann jedoch auch ein von dem Gehäuse abweichender Gegenstand sein, solange dieser als Bezugspunkt für die Drehung der Welle dienen kann, insbesondere nur durch Translationsbewegungen verschiebbar, jedoch nicht rotierbar ist.The term "socket" is understood in this application, for example, a housing in which the shaft is rotatably mounted. It can, however also be an object deviating from the housing, as long as it can serve as a reference point for the rotation of the shaft, in particular displaceable only by translational movements, but is not rotatable.

Unter einer „Ausgleichsfeder” ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, welche eine einzige Ausgleichsfeder oder mehrere Teilfedern umfasst, die gegebenenfalls seriell und/oder parallel miteinander gekoppelt sein können. Zudem kann der Ausdruck „Ausgleichsfeder” weitere Bauteile umfassen, um einzelne Federn an unterschiedlichen Positionen festzuklemmen oder mit anderen Federn oder anderen Bauteilen zu verbinden oder zu verspannen.For the purposes of the invention, a "compensating spring" is to be understood as meaning a device which comprises a single compensating spring or a plurality of part-springs, which may optionally be coupled to one another in series and / or in parallel. In addition, the term "balance spring" may include other components to clamp individual springs in different positions or to connect or to clamp with other springs or other components.

Der Begriff der Ausgleichsfeder meint dabei jede Art Feder, die um ihre Federachse auf Torsion beansprucht wird. Beispiele für eine Ausgleichsfeder sind eine gewundene Biegefeder, bevorzugt eine als Schenkelfeder ausgestaltete schraubenförmige Feder, eine Spiralfeder oder ein Torsionsstab, vorzugsweise eine Schenkel- oder Spiralfeder.The term compensating spring means any type of spring which is claimed to torsion about its spring axis. Examples of a compensating spring are a tortuous spiral spring, preferably a helical spring configured as a leg spring, a spiral spring or a torsion bar, preferably a limb spring or spiral spring.

Unter einem „Gegendrehmoment” wird in dieser Anmeldung dasjenige Drehmoment verstanden, das dem durch die auf das Werkzeug wirkende Schwerkraft ausgeübten und über den Hebelarm, über den der Schwerpunkt des Werkzeugs mit der Welle verbunden ist, vermittelten Drehmoment entgegengesetzt wird, um das Werkzeug in einer vorgegebenen Auslenkstellung zu halten. Das Gegendrehmoment muss dabei betragsmäßig nicht gleich dem durch die Schwerkraft bewirkten Drehmoment, diesem jedoch entgegengerichtet sein, das heißt das Drehmoment der Schwerkraft abschwächen.A "counter torque" in this application is understood to mean that torque which is counteracted by the torque exerted by the force of gravity acting on the tool and by the lever arm, via which the center of gravity of the tool is connected to the shaft, in order to move the tool to hold predetermined deflection position. The counter torque does not have to be equal in magnitude to the torque caused by the force of gravity, but this must be counteracted, that is, the torque of gravity must be weakened.

Mit Vorteil ist die Ausgleichsfeder zumindest teilweise um die Welle herum angeordnet. Dies bedeutet, dass die Ausgleichsfeder, die beispielsweise als Schenkelfeder und damit als schraubenförmige Feder ausgestaltet sein kann, die Welle umfangseitig umgibt und somit insbesondere dieselbe Längsachse wie die Welle aufweist. Bevorzugt wird die Ausgleichsfeder sowohl an dem Sockel als auch an der Welle angebracht.Advantageously, the compensating spring is at least partially arranged around the shaft. This means that the compensating spring, which may be configured, for example, as a leg spring and thus as a helical spring, surrounds the shaft on the circumferential side and thus in particular has the same longitudinal axis as the shaft. Preferably, the balance spring is attached to both the base and the shaft.

Die Ausgleichsfeder kann sich zum Aufbau des Gegendrehmoments bei einer Relativbewegung zwischen der Welle und dem Sockel verspannen. Hierzu wird bevorzugt, die Ausgleichsfeder an mindestens einer Stelle mit dem Sockel und an mindestens einer Stelle mit der Welle zu verbinden. Demzufolge umfasst die Ausgleichsfeder bevorzugt auch geeignet ausgeformte Konstruktionselemente, welche die Herstellung einer solchen, lösbaren oder auch nicht lösbaren Verbindung ermöglichen. Beispielsweise kann eine derartige Verbindung mittels eines Spannsatzes erfolgen, der eine reibschlüssige Verbindung der Ausgleichsfeder mit dem Sockel und/oder der Welle herstellt. Alternativ sind aber auch andere Verbindungsarten denkbar, wie beispielsweise eine formschlüssige Verbindung mittels eines Keilwellenprofils oder eine Schraubenverbindung.The balance spring can be braced to build up the counter torque during a relative movement between the shaft and the base. For this purpose, it is preferable to connect the compensating spring at least one point with the base and at least one point with the shaft. Accordingly, the compensating spring preferably also includes suitably shaped structural elements which enable the production of such a detachable or non-detachable connection. For example, such a connection can be made by means of a clamping set, which produces a frictional connection of the compensating spring with the base and / or the shaft. Alternatively, however, other types of connection are conceivable, such as a positive connection by means of a spline or a screw connection.

Um die erfindungsgemäße Funktion erfüllen zu können, muss die Ausgleichsfeder mindestens eine Feder enthalten, die geeignet zu dimensionieren ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Wicklungsdurchmessers und/oder der Drahtdurchmessers einer als Schenkelfeder ausgestalteten Feder an die vorgesehene Werkzeugmaschine, insbesondere die Masse, den Hebelarm und den Auslenkwinkel des Werkzeugs, angepasst werden. Eine weitere Möglichkeit zur Adaption an den zur Verfügung stehenden Bauraum, das auszugleichende Drehmoment und den notwendigen Auslenkbereich der Welle besteht in der Kombination mehrerer Federn, die seriell oder parallel miteinander in Bezug auf den Sockel und die Welle verbunden werden.In order to fulfill the function of the invention, the compensating spring must contain at least one spring, which is suitable to be dimensioned. This can be done, for example, by adapting the winding diameter and / or the wire diameter of a spring configured as a leg spring to the intended machine tool, in particular the mass, the lever arm and the deflection angle of the tool. Another way of adapting to the available installation space, the torque to be compensated and the necessary deflection range of the shaft consists in the combination of a plurality of springs which are connected in series or in parallel with respect to the base and the shaft.

Die Art und Reihenfolge der Anordnung einzelner Federn in Form von elementaren Serien- und/oder Reihenschaltungen in Kombination mit der Lage der Anbindungsstellen am Sockel und an der Welle wird im weiteren Verlauf der Beschreibung als Federanordnung bezeichnet.The nature and sequence of the arrangement of individual springs in the form of elementary series and / or series circuits in combination with the position of the connection points on the base and on the shaft is referred to in the further course of the description as a spring arrangement.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Welle aus einer Nulllage in zwei einander entgegengesetzte Drehrichtungen drehbar und das Gegendrehmoment wirkt einer Drehung der Welle in jeder der beiden Drehrichtungen jeweils entgegen.In a preferred embodiment, the shaft is rotatable from a zero position in two opposite directions of rotation and the counter-torque counteracts a rotation of the shaft in each of the two directions of rotation respectively.

Unter der „Nulllage” ist eine Stellung des Werkzeugs und damit der Welle zu verstehen, in der die Ausgleichsfeder kein Gegendrehmoment auf die Welle gegenüber dem Sockel ausübt. Darunter, dass das Gegendrehmoment einer Drehung der Welle in jeder der beiden Drehrichtungen jeweils entgegenwirkt, ist zu verstehen, dass eine Auslenkung der Welle aus der Nulllage, die beispielsweise durch einen separaten Antrieb initiiert und durch die Schwerkraft verstärkt wird, zu einem Rückstelldrehmoment führt, das durch die bevorzugte Vorrichtung aufgebaut wird.The "zero position" is a position of the tool and thus the shaft to understand in which the compensating spring no counter torque on the shaft relative to the base exerts. Assuming that the counter torque counteracts a rotation of the shaft in each of the two directions of rotation, it is understood that a deflection of the shaft from the zero position, which is initiated for example by a separate drive and amplified by gravity, leads to a restoring torque is constructed by the preferred device.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gegendrehmoment proportional zu einem Auslenkwinkel der Welle. Mit dem Auslenkwinkel ist dabei der Winkel gemeint, um den die Welle aus der Nulllage ausgelenkt wird.In a preferred embodiment, the counter torque is proportional to a deflection angle of the shaft. With the deflection angle while the angle is meant by which the shaft is deflected from the zero position.

Mit Vorteil ist die Ausgleichsfeder als schraubenförmige Feder, insbesondere als Schenkelfeder, ausgebildet, die sich die Welle umgebend entlang der Welle erstreckt. Eine Erstreckung der schraubenförmigen Feder entlang der Welle bedeutet hierbei, dass die Zylinderachse der schraubenförmigen Feder parallel zu der Mittelachse der Welle verläuft. Weiter bevorzugt weist die Ausgleichsfeder eine oder mehrere Biegefedern auf, die bevorzugt als Schenkelfeder ausgeführt ist, beziehungsweise als Schenkelfedern ausgeführt sind. Weiter bevorzugt kann die Ausgleichsfeder an der Welle und/oder an dem Sockel durch eine Klemmverbindung angebracht werden.Advantageously, the compensating spring is designed as a helical spring, in particular as a leg spring, which extends around the shaft surrounding the shaft. An extension of the helical spring along the shaft means here that the cylinder axis of the helical spring is parallel to the central axis of the shaft. Further Preferably, the compensating spring on one or more bending springs, which is preferably designed as a leg spring, or are designed as leg springs. More preferably, the compensating spring can be attached to the shaft and / or to the base by a clamping connection.

Prinzipiell sind jedoch auch andere Ausführungsformen der Erfindung möglich, die eine direkte Speicherung der Energie, ohne eine Transformation der Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung erlauben. Der Begriff der Biegefeder bezieht sich hierbei auf die primäre innere Belastungsart der verwendeten Feder.In principle, however, other embodiments of the invention are possible, which allow a direct storage of energy without a transformation of the rotational movement in a translational movement. The term bending spring here refers to the primary internal load type of the spring used.

Schenkelfedern sind den Biegefedern zugeordnet und entsprechen in ihrer Form im Wesentlichen schraubenförmigen Federn. Sie bestehen aus einem zylinderförmig aufgewickelten Draht, wobei sich die einzelnen Wicklungen berühren oder aber einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen können. Die auf die Ausgleichsfeder wirkende Torsionskraft ist dabei um die Zylinderachse der Schenkelfeder gerichtet.Leg springs are associated with the bending springs and correspond in shape substantially helical springs. They consist of a cylindrical wound wire, wherein the individual windings touch or can have a certain distance from each other. The torsional force acting on the compensating spring is directed around the cylinder axis of the leg spring.

Die beschriebene Form ermöglicht es, eine entsprechend aufgebaute Ausgleichsfeder äußerst kompakt aufzubauen und platzsparend zwischen dem Sockel und der Welle zu integrieren. Entsprechender Bauraum ist bei Wellen von Werkzeugmaschinen typischerweise vorhanden, da zum einen für die Lagerung der jeweiligen Baugruppen ausreichend Platz notwendig ist und zum anderen auch eine einfache Montage und Demontage des Systems ermöglicht werden muss. Die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung nutzt also den bereits vorhandenen Bauraum auf besonders effiziente Weise.The described shape makes it possible to build a correspondingly constructed balance spring extremely compact and to save space between the base and the shaft to integrate. Corresponding space is typically present at shafts of machine tools, since on the one hand for the storage of the respective modules sufficient space is required and on the other hand, a simple assembly and disassembly of the system must be made possible. The preferred embodiment of the invention thus uses the existing space in a particularly efficient manner.

Mit Vorteil ist die Ausgleichsfeder mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Ausgleichsfeder auch aus mehreren Einzelfedern zusammengesetzt sein kann, um eine insgesamt auf die Welle und den Sockel wirkende Ausgleichsfeder zu bilden.Advantageously, the compensating spring is in several parts, in particular formed in two parts. This means that the compensating spring can also be composed of a plurality of individual springs in order to form an overall acting on the shaft and the base compensation spring.

Mit Vorteil ist die Ausgleichsfeder vorgespannt. Hierzu wird das aus einer Ausgleichsfeder oder mehreren Ausgleichs-(Teil-)federn bestehende System bevorzugt an einem Ende der Federanordnung mittels geeignet ausgeformter Klemmelemente festgehalten und an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende um einen definierten Winkel koaxial um die Längsachse der Federanordnung verdreht. Das dem ersten Ende gegenüberliegende zweite Ende wird dann ebenfalls mittels eines Klemmelements geklemmt und die beiden Klemmelemente werden weiterhin mittels eines Jochs miteinander verbunden, sodass die Ausgleichsfeder im unbelasteten Zustand bereits vorgespannt ist.Advantageously, the compensating spring is biased. For this purpose, the system consisting of a compensating spring or several compensating (partial) springs is preferably held at one end of the spring arrangement by means of suitably shaped clamping elements and rotated at a second end opposite the first end by a defined angle coaxially about the longitudinal axis of the spring arrangement. The first end opposite the second end is then also clamped by means of a clamping element and the two clamping elements are further connected by a yoke, so that the compensating spring is already biased in the unloaded state.

Die Verbindung der Feder mit der Welle erfolgt mit Vorteil in einer neutralen Stellung (Nulllage), in der kein oder nur ein minimales Ausgleichsmoment (Gegendrehmoment) erforderlich ist.The connection of the spring with the shaft is advantageously carried out in a neutral position (zero position), in which no or only a minimum compensation torque (counter torque) is required.

Bevorzugt wird in dieser Position das Joch mit dem Sockel verbunden. Die Anbindung der Ausgleichsfeder an der Welle erfolgt bevorzugt genauso in der neutralen Stellung und mittels eines geeignet ausgeformten Klemmsystems. Dieses wird zwischen den beiden Enden der Ausgleichsfeder mit der Ausgleichsfeder verbunden und an der Welle befestigt.Preferably, in this position, the yoke is connected to the base. The connection of the compensating spring to the shaft is preferably also in the neutral position and by means of a suitably shaped clamping system. This is connected between the two ends of the balance spring with the balance spring and secured to the shaft.

Es kann auch eine andersartige Anbindung der Ausgleichsfeder an den Sockel und die Welle realisiert werden, indem beispielsweise das Joch mit der Welle verbunden wird, während das an einer Stelle zwischen den beiden Enden der Ausgleichsfeder positionierte Klemmsystem mit der Ausgleichsfeder und dem Sockel verbunden wird.It can also be a different connection of the compensating spring to the base and the shaft can be realized by, for example, the yoke is connected to the shaft, while the positioned at a position between the two ends of the balancing spring clamping system is connected to the balancing spring and the base.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Welle durch einen Antrieb, insbesondere einen Elektromotor, gegenüber dem Sockel drehbar, um den Massepunkt abzulenken. Dieser wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Direktantrieb ausgeführt und direkt zwischen den Sockel und die Welle integriert.In a preferred embodiment, the shaft is rotatable relative to the base by a drive, in particular an electric motor, in order to deflect the mass point. This is performed in a particularly preferred embodiment of the invention as a direct drive and integrated directly between the base and the shaft.

Mit Vorteil ist die Ausgleichsfeder zwischen der Welle und dem Sockel integriert. Dies bedeutet, dass die Ausgleichsfeder in den Bauraum zwischen Welle und Sockel eingebaut ist.Advantageously, the balance spring between the shaft and the base is integrated. This means that the compensating spring is installed in the space between shaft and base.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Ausgleichsfeder mit einer Profilhülse oder mehreren Profilhülsen versehen. Es ist zusätzlich möglich, die Ausgleichsfeder durch die eine Profilhülse oder die mehreren Profilhülsen an der Welle und/oder dem Sockel anzubringen.In a further preferred embodiment, the compensation spring is provided with a profile sleeve or a plurality of profile sleeves. It is additionally possible to attach the compensating spring through the one profiled sleeve or the plurality of profiled sleeves to the shaft and / or the base.

In dieser vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird durch eine Variation der Steifigkeit der verwendeten Ausgleichs-, insbesondere Schenkelfeder eine nahezu beliebige Anpassung des zur Verfügung stehenden Gegendrehmomentes in Abhängigkeit von der Winkelposition der Welle gegenüber dem Sockel ermöglicht. Hierzu wird die Tatsache genutzt, dass die eingesetzte Feder bei einer definierten Verdrehung um ihre Längssachse ihren Außendurchmesser bzw. Innendurchmesser ebenfalls definiert verändert. Indem geeignet ausgeformte Profilhülsen von außen an die Feder angelegt oder in die Feder eingesetzt werden, kann gezielt gesteuert werden, welche Abschnitte der Feder effektiv wirksam sind.In this advantageous embodiment of the invention, a variation of the rigidity of the compensating, in particular leg spring used allows almost any adaptation of the available counter torque as a function of the angular position of the shaft relative to the base. For this purpose, the fact is used that the spring used at a defined rotation about its longitudinal axis also changes its outer diameter or inner diameter defined. By suitably shaped profiled sleeves are applied from the outside to the spring or inserted into the spring, it can be selectively controlled which portions of the spring are effectively effective.

Wird beispielsweise aufgrund der Verdrehung einer Schenkelfeder eine Verkleinerung des Wicklungsdurchmessers erzwungen, so kann eine innenliegende Profilhülse so ausgeformt sein, dass mit zunehmendem Drehwinkel Teile der Feder an der Profilhülse anliegen und damit diese Teile der Feder nicht mehr wirksam sind. In der Folge wird die Steifigkeit des noch wirksamen Teils der Feder erhöht, wodurch mit zunehmendem Drehwinkel eine überproportionale Steigerung des verfügbaren Drehmoments erfolgt. Ein analoger Sachverhalt gilt für eine außen an die Feder anliegende Profilhülse, wenn aufgrund der Verdrehung der Feder eine Vergrößerung des Federdurchmessers erzwungen wird.If, for example, due to the rotation of a leg spring, a reduction of the winding diameter is forced, then a inner profile sleeve be formed so that with increasing angle of rotation parts of the spring rest against the profile sleeve and thus these parts of the spring are no longer effective. As a result, the rigidity of the still effective part of the spring is increased, whereby a disproportionate increase in the available torque takes place with increasing rotation angle. An analogous situation applies to an externally applied to the spring profile sleeve, if an enlargement of the spring diameter is forced due to the rotation of the spring.

Bei einer bereits vorgespannten Feder kann auch eine Abnahme der wirksamen Federsteifigkeit erzielt werden. Wird beispielsweise aufgrund der Verdrehung einer Feder eine Verkleinerung des Federdurchmessers erzwungen, so kann eine außenliegende Profilhülse so ausgeformt sein, dass mit zunehmendem Drehwinkel Teile der an der Profilhülse anliegenden Feder wieder frei werden und damit diese Teile der Feder wieder wirksam sind. In der Folge wird die Steifigkeit des wirksamen Teils der Feder reduziert, wodurch mit zunehmendem Drehwinkel eine unterproportionale Steigerung des verfügbaren Drehmoments erfolgt. Ein analoger Sachverhalt gilt für eine innen an die Feder anliegende Profilhülse, wenn aufgrund der Verdrehung der Feder eine Vergrößerung des Federdurchmessers erzwungen wird.In an already biased spring and a decrease in the effective spring stiffness can be achieved. If, for example, due to the rotation of a spring, a reduction of the spring diameter is enforced, then an outer profile sleeve can be formed so that with increasing rotation angle parts of the voltage applied to the profile sleeve spring are free again and thus these parts of the spring are effective again. As a result, the rigidity of the effective part of the spring is reduced, whereby a disproportionate increase in the available torque occurs with increasing rotation angle. An analogous situation applies to a fitting inside the spring profile sleeve, if due to the rotation of the spring an enlargement of the spring diameter is enforced.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche.Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of the figures and the totality of the claims.

Kurze FigurenbeschreibungShort description of the figures

1a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine mit einer horizontal angeordneten Welle und einem um diese Welle drehbaren Werkzeug. 1a shows a perspective view of a machine tool with a horizontally disposed shaft and a rotatable about this shaft tool.

1b zeigt eine vergrößerte Teilansicht der Welle der Werkzeugmaschine, teilweise in Schnittdarstellung, in einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1b shows an enlarged partial view of the shaft of the machine tool, partially in section, in a preferred embodiment of a device according to the invention.

2a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausgleichsfeder in einer bevorzugten Ausführungsform. 2a shows a perspective view of a compensating spring in a preferred embodiment.

2b zeigt eine perspektivische Ansicht eines Spannsatzes zur Verbindung einer Welle mit einer Ausgleichsfeder in einer bevorzugten Ausführungsform. 2 B shows a perspective view of a clamping set for connecting a shaft with a compensating spring in a preferred embodiment.

3a–3f zeigen einige beispielhafte Ausführungsformen einer Federanordnung der Ausgleichsfeder gegenüber einer Welle und einem Sockel. 3a - 3f show some exemplary embodiments of a spring arrangement of the balancing spring against a shaft and a base.

4a zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit integrierten Profilhülsen zur Anpassung des verfügbaren Gegendrehmomentverlaufs in einer neutralen Stellung. 4a shows a schematic sectional view of a preferred embodiment of the device according to the invention with integrated profile sleeves for adjusting the available counter torque curve in a neutral position.

4b zeigt eine schematische Schnittdarstellung der bevorzugten Ausführungsform aus 4a in einer von der neutralen Stellung abweichenden Stellung. 4b shows a schematic sectional view of the preferred embodiment 4a in a position deviating from the neutral position.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

1a zeigt als typisches Anwendungsbeispiel für den Einsatz einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine 1 mit einer horizontal angeordneten Rotationsachse 8 und einem als Frässpindel 6 ausgestalteten Werkzeug, das gegenüber der Rotationsachse 8 eine exzentrische Last bildet. 1a shows a typical application example for the use of a first preferred embodiment of the device according to the invention is a perspective view of a machine tool 1 with a horizontal axis of rotation 8th and one as a milling spindle 6 designed tool, the opposite to the axis of rotation 8th forms an eccentric load.

Die Werkzeugmaschine 1 weist einen horizontal verfahrbaren Ständer 2 auf, der wiederum einen vertikal verfahrbaren Schlitten 3 trägt. Der Schlitten 3 hält und führt wiederum ein Gehäuse 4 welches ebenfalls in horizontaler Richtung relativ zum Schlitten 3 entlang einer translatorischen Bewegungsachse verfahrbar ist, wobei diese lotrecht zu den beiden übergeordneten Bewegungsachsen angeordnet ist. An einer Stirnseite 5 des Gehäuses 4 befindet sich die Frässpindel 6, die im Gehäuse 4 über eine Welle 7 drehbar gelagert ist, wobei die Rotationsachse 8 horizontal und somit parallel zur translatorischen Bewegungsachse des Gehäuses 4 liegt. Die Frässpindel 6 ist dabei über die Welle 7 um einen Winkel β drehbar, um ein zu bearbeitendes Werkstück (nicht gezeigt) aus verschiedenen Richtungen bearbeiten zu können.The machine tool 1 has a horizontally movable stand 2 on, in turn, a vertically movable carriage 3 wearing. The sled 3 holds and leads a housing again 4 which also in the horizontal direction relative to the slide 3 along a translational movement axis is movable, which is arranged perpendicular to the two parent axes of movement. At one end 5 of the housing 4 is the milling spindle 6 in the housing 4 over a wave 7 is rotatably mounted, wherein the axis of rotation 8th horizontally and thus parallel to the translatory movement axis of the housing 4 lies. The milling spindle 6 is about the wave 7 rotatable by an angle β to edit a workpiece to be machined (not shown) from different directions.

1b zeigt eine vergrößerte Teilansicht des horizontal verfahrbaren Gehäuses 4, die Welle 7, die Frässpindel 6 und weitere Bauteile gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittdarstellung. Die rotatorische Lagerung 9, 10 ermöglicht es, die Frässpindel 6 aus der dargestellten „vertikalen” Stellung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um mehr als neunzig Grad um die Rotationsachse 8 zu schwenken, wodurch die Ausführung komplexer Fräsoperationen ermöglicht wird. Die „vertikale” Stellung wird deshalb so bezeichnet, weil der Schwerpunkt 11 der Frässpindel 6 in dieser Stellung über der Rotationsachse 8 angeordnet ist und die direkte Verbindung zwischen dem Schwerpunkt 11 und der Rotationsachse 8 somit vertikal verläuft. 1b shows an enlarged partial view of the horizontally movable housing 4 , the wave 7 , the milling spindle 6 and further components according to a first preferred embodiment of the invention in a sectional view. The rotary storage 9 . 10 allows the milling spindle 6 from the illustrated "vertical" position clockwise or counterclockwise by more than ninety degrees about the axis of rotation 8th to pivot, thereby enabling the execution of complex milling operations. The "vertical" position is therefore referred to as the center of gravity 11 the milling spindle 6 in this position above the axis of rotation 8th is arranged and the direct connection between the center of gravity 11 and the rotation axis 8th thus runs vertically.

Der Schwerpunkt 11 der Frässpindel 6 sowie ihrer Anbauteile liegt also nicht koaxial auf der Rotationsachse 8, sondern in Bezug auf diese Rotationsachse 8 exzentrisch. Um die Frässpindel 6 aus ihrer vertikalen Stellung um die Rotationsachse 8 zu drehen wird ein in das Gehäuse 4 integrierter Elektromotor 12, der im beschriebenen Anwendungsbeispiel in Form eines Torquemotor ausgeführt ist, eingesetzt, der die Welle 7 um den gewünschten Auslenkwinkel dreht.The focus 11 the milling spindle 6 As well as their attachments is therefore not coaxial on the axis of rotation 8th but in relation to this axis of rotation 8th eccentric. To the milling spindle 6 from its vertical position about the axis of rotation 8th to turn one into the housing 4 integrated electric motor 12 , which is executed in the described application example in the form of a torque motor, used, the shaft 7 rotates by the desired deflection angle.

Sobald sich die Frässpindel nicht mehr in ihrer vertikalen Stellung befindet, wirkt ein durch die Gewichtskraft des Schwerpunkts 11 bewirktes Drehmoment auf die Welle 7. Der Betrag dieses Drehmoments ist proportional zur Masse der Frässpindel 6, dem Hebelarm des Schwerpunkts 11 und dem Sinus des Auslenkwinkels. Dieses Drehmoment wird durch den Elektromotor 12 sowie eine Ausgleichsfeder 13 ausgeglichen, um die Frässpindel 6 in einer gewünschten Stellung, d. h. in einem gewünschten Auslenkwinkel in Bezug auf die vertikale Stellung, zu halten.As soon as the milling spindle is no longer in its vertical position, one acts by the weight of the center of gravity 11 causes torque on the shaft 7 , The amount of this torque is proportional to the mass of the milling spindle 6 , the lever arm of the center of gravity 11 and the sine of the deflection angle. This torque is provided by the electric motor 12 and a compensating spring 13 balanced to the milling spindle 6 in a desired position, ie at a desired deflection angle with respect to the vertical position to keep.

In 2a ist eine erste bevorzugte Ausführungsform der Ausgleichsfeder 13 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Eine als Schenkelfeder 14 ausgebildete Ausgleichsfeder ist an ihren beiden Enden mit Klemmelementen 15, 16 versehen. Die beiden Klemmelemente 15, 16 sind an einem Joch 17 angebracht, das die Klemmelemente 15, 16 und damit die beiden Enden der Schenkelfeder 14 miteinander verbindet. Indem die Schenkelfeder 14 vor dem Verbinden der beiden Klemmelemente 15, 16 mit dem Joch 17 um einen definierten Winkel um ihre Längsachse 18 verdreht wird, kann die Ausgleichsfeder 13 vorgespannt werden. Dies kann insbesondere vor dem Einbau der Ausgleichsfeder 13 in die Werkzeugmaschine 1 erfolgen und diesen Einbau somit vereinfachen.In 2a is a first preferred embodiment of the compensating spring 13 shown in a perspective view. One as a leg spring 14 trained compensating spring is at its two ends with clamping elements 15 . 16 Mistake. The two clamping elements 15 . 16 are at a yoke 17 attached, the clamping elements 15 . 16 and thus the two ends of the leg spring 14 connects with each other. By the thigh spring 14 before connecting the two clamping elements 15 . 16 with the yoke 17 at a defined angle around its longitudinal axis 18 The compensation spring can be twisted 13 be biased. This can in particular before the installation of the compensating spring 13 into the machine tool 1 done and thus simplify this installation.

2b zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Verbindung der Schenkelfeder mit der Welle 7 in Form eines Spannsatzes 19. Dieser besteht aus einem konischen Innenring 20 und einem ebenfalls konischen Außenring 21, die über eine Schraubenverbindung 22 gegeneinander verspannt werden und eine kraftschlüssige Verbindung zur Welle 7 herstellen. 2 B shows a preferred embodiment of a compound of the leg spring with the shaft 7 in the form of a clamping set 19 , This consists of a conical inner ring 20 and a likewise conical outer ring 21 that have a screw connection 22 be braced against each other and a non-positive connection to the shaft 7 produce.

Der Außenring 21 des Spannsatzes 19 verfügt an der Außenseite über eine schraubenförmig ausgebildete Ausfräsung 23, die auf die Steigung und den Durchmesser der Schenkelfeder 14 abgestimmt ist. Die Verbindung des Spannsatzes 19 mit der Schenkelfeder 14 erfolgt in der Mitte der Federanordnung, durch ein Klemmstück 24 mit einer ebenfalls schraubenförmig ausgeführten Ausfräsung 25 und eine Schraubenverbindung 26.The outer ring 21 of the clamping set 19 has on the outside of a helical cutout 23 that depends on the pitch and the diameter of the leg spring 14 is tuned. The connection of the clamping set 19 with the leg spring 14 takes place in the middle of the spring arrangement, by a clamping piece 24 with a likewise helical cut-out 25 and a screw connection 26 ,

Die Verbindung der Ausgleichsfeder 13 mit dem Gehäuse 4 (dem „Sockel”) wird bei der ersten, bevorzugten Ausführungsform bewerkstelligt, indem das Joch 17 mit dem Gehäuse 4 verschraubt wird.The connection of the compensating spring 13 with the housing 4 (the "pedestal") is accomplished in the first preferred embodiment by the yoke 17 with the housing 4 is screwed.

3a bis 3f zeigen exemplarisch einige mögliche Anordnungen der Federn in einer Ausgleichsfeder. Die für die jeweilige Anwendung bevorzugte Anordnung wird unter anderem durch den vorhandenen Bauraum und das zu kompensierende Drehmoment/das aufzubringende Gegendrehmoment sowie den erforderlichen Schwenkbereich der Frässpindel 6 bestimmt. 3a to 3f show an example of some possible arrangements of the springs in a compensating spring. The preferred arrangement for the particular application is, inter alia, by the available space and the torque to be compensated / the counter torque to be applied and the required pivoting range of the milling spindle 6 certainly.

Die in 3a gezeigte Anordnung ist eine Federanordnung entsprechend der beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus 2. Sie umfasst eine einzige Feder, die an ihren beiden Enden 27, 28 sowie an einer Zwischenposition 29 über eines oder mehrere Hilfselemente mit dem Gehäuse 4 und der Welle 7 verbunden ist.In the 3a The arrangement shown is a spring arrangement according to the described first preferred embodiment of the invention 2 , It includes a single spring at both ends 27 . 28 as well as at an intermediate position 29 via one or more auxiliary elements with the housing 4 and the wave 7 connected is.

Die in 3b dargestellte Anordnung zeigt eine Kombination zweier identischer Federn 30a und 30b, die eine betragsmäßig gleich große Steifigkeit c aufweisen.In the 3b The arrangement shown shows a combination of two identical springs 30a and 30b which have a magnitude equal stiffness c.

In 3c hingegen umfasst die Federanordnung zwei unterschiedliche Federn 31, 32, die unterschiedliche Abmessungen, jedoch ebenfalls eine betragsmäßig gleich große Steifigkeit c aufweisen.In 3c In contrast, the spring arrangement comprises two different springs 31 . 32 , which have different dimensions, but also a magnitude equal in stiffness c.

Die in 3d gezeigte Federanordnung entspricht im Aufbau der Anordnung aus 3c. Im Unterschied dazu, weisen die einzelnen Federn jedoch eine betragsmäßig unterschiedlich große Steifigkeit c auf.In the 3d shown spring arrangement corresponds in structure to the arrangement 3c , In contrast, however, the individual springs have a magnitude of different stiffness c.

3e zeigt eine Kombination aus einer einzelnen Feder 33 und einer Parallelschaltung zweier Federn 34, 35, wobei der parallel geschaltete Teil der Federanordnung mit den Federn 34 und 35 sowie der zweite Teil der Federanordnung mit der Feder 33 eine betragsmäßig gleich große Steifigkeit c_i aufweisen. 3e shows a combination of a single spring 33 and a parallel connection of two springs 34 . 35 , wherein the parallel connected part of the spring assembly with the springs 34 and 35 and the second part of the spring assembly with the spring 33 have a magnitude equal stiffness c _i .

Die in 3f dargestellte Anordnung umfasst eine einzige Feder 36, die jedoch nicht in einer Zwischenposition mit dem Gehäuse 4 bzw. der Welle 7 verbunden ist, sondern an ihren jeweiligen Enden 37, 38.In the 3f illustrated arrangement comprises a single spring 36 However, they are not in an intermediate position with the housing 4 or the shaft 7 is connected, but at their respective ends 37 . 38 ,

4a zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer integrierten, innen liegenden Profilhülse 39 und einer zusätzlichen außen liegenden Profilhülse 40 zur Anpassung des verfügbaren Gegendrehmoments. 4a shows a sectional view of another preferred embodiment of the device according to the invention with an integrated, inner profile sleeve 39 and an additional outer profile sleeve 40 to adjust the available counter torque.

Die Federanordnung ist gemäß dem in 3f dargestellten Konzept implementiert und nicht vorgespannt. Sie umfasst dementsprechend bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine einzelne Schenkelfeder 14, die an ihren jeweiligen Enden 41, 42 mit dem Gehäuse 4 bzw. der Welle 7 verbunden ist (Verbindung nicht dargestellt). Die innen liegende Profilhülse 39 verfügt über eine außen liegende Profilfläche 43 die derart ausgeformt ist, dass sich die Schenkelfeder 14 in der neutralen Stellung der Rotationsachse 8, d. h. der vertikalen Stellung der Frässpindel 6, auf einer definierten Länge L₁ an die Profilfläche 43 der Profilhülse 39 anlegt und damit auf dieser Länge nicht wirksam ist.The spring arrangement is according to the in 3f implemented concept and not biased. It accordingly comprises a single one in this embodiment of the invention Leg spring 14 at their respective ends 41 . 42 with the housing 4 or the shaft 7 is connected (connection not shown). The inner profile sleeve 39 has an external profile surface 43 which is formed such that the leg spring 14 in the neutral position of the axis of rotation 8th , ie the vertical position of the milling spindle 6 , on a defined length L ₁ to the profile surface 43 the profile sleeve 39 applies and thus is not effective on this length.

Die außen liegende Profilhülse 40 hingegen verfügt über eine innen liegende Profilfläche 44, die ebenfalls derart ausgeformt ist, dass sich die Schenkelfeder 14 in der neutralen Stellung der Rotationsachse 8 auf einer definierten Länge L₂ an die Profilfläche 44 der Profilhülse 40 anlegt und damit auf dieser Länge nicht wirksam ist. Die Steifigkeit der Federanordnung wird damit durch die freie wirksame Länge L_Wirk0 der Schenkelfeder 14 bestimmt.The outer profile sleeve 40 In contrast, it has an internal profile surface 44 , which is also formed such that the leg spring 14 in the neutral position of the axis of rotation 8th on a defined length L ₂ to the profile surface 44 the profile sleeve 40 applies and thus is not effective on this length. The stiffness of the spring assembly is thus characterized by the free effective length L _Wirk0 the leg _spring 14 certainly.

4b zeigt eine Schnittdarstellung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach 4a in einer von der neutralen Stellung abweichenden Stellung, bei der die Drehachse um einen definierten Winkel β in Bezug auf die neutrale Stellung der Achse und damit die vertikale Stellung der Frässpindel 6 verdreht ist. 4b shows a sectional view of the preferred embodiment of the invention according to 4a in a deviating from the neutral position position, wherein the axis of rotation by a defined angle β with respect to the neutral position of the axis and thus the vertical position of the milling spindle 6 is twisted.

Bei einer Drehung der Welle 7 in eine erste Richtung vergrößert sich der Durchmesser der Schenkelfeder 14 und somit löst sich diese in Abhängigkeit vom Drehwinkel β auf einer bestimmten Länge L₁(β) von der Profilfläche 43 der innen liegenden Profilhülse 39. Gleichzeitig legt sich die Schenkelfeder 14 in Abhängigkeit vom Drehwinkel β auf einer bestimmten Länge L₂(β) an die Profilfläche 44 der außen liegenden Profilhülse 40 an.With a rotation of the shaft 7 in a first direction, the diameter of the leg spring increases 14 and thus it dissolves depending on the rotation angle β on a certain length L ₁ (β) of the profile surface 43 the inner profile sleeve 39 , At the same time, the leg spring settles 14 as a function of the angle of rotation β on a certain length L ₂ (β) to the profile surface 44 the outer profile sleeve 40 at.

Bei einer Drehung der Welle 7 in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung verkleinert sich der Durchmesser der Schenkelfeder 14 dagegen und somit legt sich diese in Abhängigkeit vom Drehwinkel β auf einer bestimmten Länge L₁(β) an die Profilfläche 43 der innen liegenden Profilhülse 39 an. Gleichzeitig löst sich die Schenkelfeder 14 in Abhängigkeit vom Drehwinkel β auf einer bestimmten Länge L₂(β) von der Profilfläche 44 der außen liegenden Profilhülse 40.With a rotation of the shaft 7 in a second direction opposite to the first direction, the diameter of the leg spring decreases 14 on the other hand, and thus this sets in response to the rotation angle β on a certain length L ₁ (β) to the profile surface 43 the inner profile sleeve 39 at. At the same time, the leg spring loosens 14 as a function of the angle of rotation β on a certain length L ₂ (β) of the profile surface 44 the outer profile sleeve 40 ,

Zusammenfassend kann für diese bevorzugte Ausführungsform konstatiert werden, dass die wirksame Länge L_Wirk(β) der Schenkelfeder 14 und damit deren Steifigkeit durch die Ausformung der Profilflächen 43, 44 der beiden Profilhülsen 39, 40 bestimmt wird. Durch eine an die jeweilige Anwendung angepasste Auslegung und Gestaltung der Schenkelfeder 14 und der beiden Profilhülsen 39, 40 kann damit der drehwinkelabhängige Verlauf des zur Verfügung stehenden Gegendrehmoments der erfindungsgemäßen Vorrichtung individuell angepasst werden.In summary, it can be stated for this preferred embodiment that the effective length L _Wirk (β) of the leg spring 14 and thus their rigidity by the formation of the profile surfaces 43 . 44 the two profile sleeves 39 . 40 is determined. By a design adapted to the respective application and design of the leg spring 14 and the two profile sleeves 39 . 40 Thus, the angle of rotation-dependent course of the available counter-torque of the device according to the invention can be adjusted individually.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims

Device for compensating a torque, which is caused by a force, in particular the weight force, which acts on an eccentrically deflected about a horizontal shaft mass point, wherein the mass point is in particular the center of gravity of a tool of a machine tool, full: a pedestal against which the shaft is rotatable, and a balance spring, wherein the compensating spring is configured and arranged such that the shaft can be acted upon by a counter-torque counteracting a rotation with respect to the base.

Apparatus according to claim 1, wherein the mass point is the center of gravity of a milling spindle of a machine tool.

Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the compensating spring is at least partially disposed around the shaft.

Device according to one of the preceding claims, wherein the compensating spring connected to both the base and with the shaft, preferably attached to this.

Device according to one of the preceding claims, wherein the shaft is rotatable from a zero position in two opposite directions of rotation and wherein the counter-torque counteracts a rotation of the shaft in each of the two directions of rotation respectively.

Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the counter torque is proportional to a deflection angle of the shaft.

Device according to one of the preceding claims, wherein the compensating spring is in the form of a helical spring, in particular a leg spring, which extends surrounding the shaft along the shaft.

Device according to one of the preceding claims, wherein the compensating spring has a bending spring or a plurality of bending springs, which is preferably designed as a leg spring or designed as leg springs.

Device according to one of the preceding claims, wherein the compensating spring is attached to the shaft and / or the base by a clamping connection.

Device according to one of the preceding claims, wherein the compensating spring is designed in several parts, in particular in two parts.

Device according to one of the preceding claims, wherein the compensating spring is biased.

Device according to one of the preceding claims, wherein the base comprises a housing surrounding the shaft.

Device according to one of the preceding claims, wherein the shaft by a drive, in particular an electric motor, is rotatable relative to the base to deflect the ground point.

Device according to one of the preceding claims, wherein the compensating spring between the shaft and the base is integrated.

Device according to one of the preceding claims, wherein with at least one profile sleeve, a stiffness modulation of the compensating spring, which is preferably designed as a leg spring is generated.

Apparatus according to claim 15, wherein the compensating spring is non-positively and / or positively attached to the at least one profile sleeve.

Apparatus according to claim 15 or 16, wherein the compensating spring is non-positively and / or positively mounted on the shaft and / or the base.