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Die Erfindung betrifft eine Prüfmaschine mit einem elektromotorischen Linearantrieb, der einen Stator und einen Läufer umfasst, wobei der Läufer entlang seiner Längsachse verstellbar ist.
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Eine Prüfmaschine der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 111 169 A1 bekannt, die sich in der Praxis gut bewährt hat. Hierbei wird also ein Linearmotor für die Zug- und/oder Druck-Beaufschlagung eines Prüflings genutzt.
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Auch aus der
EP 2 263 297 A2 ist eine Prüfmaschine mit einem Linearantrieb bekannt, die zugleich mit einem Rotationsantrieb ausgerüstet ist. Bei dieser Prüfmaschine hat eine Rotation einer den Prüfling beaufschlagenden Welle mit dem Rotationsantrieb zugleich eine rotatorische Mitnahme des Ankers des Linearantriebs zur Folge. Hierbei werden also große Massen bewegt, was insbesondere für dynamischen Prüfungen hinderlich erscheint.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Prüfmaschine anzugeben.
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Diese Aufgabe wird mit einer Prüfmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Prüfmaschine umfasst einen elektromotorischen Linearantrieb, der einen Stator und einen Läufer umfasst, wobei der Läufer entlang seiner Längsachse verstellbar ist. Außerdem umfasst die Prüfmaschine einen elektromotorischen Rotationsantrieb, der einen drehfest gelagerten Ständer und einen rotatorisch antreibbaren Rotor umfasst, wobei der Rotor verdrehgesichert mit einer Welle verbunden ist. Die Welle ist entlang ihrer Längsachse verschiebbar gegenüber dem Rotor gelagert und ist an ihrem freien Ende mit einem Kraftübertragungsglied versehen. Außerdem ist ein Drehlager vorhanden, durch welches der Läufer des Linearantriebs und die bezüglich dem Rotor des Rotationsantriebs verdrehgesicherte Welle gegeneinander verdrehbar verbunden sind.
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Da sich die Welle gegenüber dem Läufer des Linearantriebs aufgrund des Drehlagers verdrehen lässt, ist es nicht notwendig, dass auch der Läufer bei einem Verdrehen der Welle mitgedreht wird. Mit anderen Worten ist also der Läufer des Linearantriebs drehentkoppelt von der Welle, die vom Rotationsantrieb rotatorisch angetrieben werden kann.
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Auf diese Weise ist also eine Prüfmaschine geschaffen, deren lineare Belastung mittels Zug- und/oder Druckkräften durch eine Torsionsbelastung überlagert werden kann. Es liegt damit eine dynamische Prüfmaschine vor, die translatorische und gleichzeitig rotatorische Bewegungen ausführen kann.
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Um die Drehentkopplung zu verbessern, ist es von Vorteil, wenn der Läufer des Linearantriebs bezüglich dem Ständer des Rotationsantriebs verdrehgesichert gelagert ist.
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Für die zuverlässige Übertragung der translatorischen Bewegung auf die rotatorisch antreibbare Welle ist es außerdem bevorzugt, wenn der Ständer des Rotationsantriebs bezüglich dem Stator des Linearantriebs ortsfest gelagert ist, und wenn der Läufer des Linearantriebs gegenüber dem Ständer des Rotationsantriebs, unter Mitnahme der Welle, axialverschieblich verstellbar ist.
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Vorzugsweise ist der Rotor des Rotationsantriebs drehfest mit einer Keilwellenmutter verbunden. In diesem Fall ist die Welle dann selbst als eine Keilwelle gebildet, wobei die Keilwelle gegenüber der Keilwellenmutter verdrehgesichert ist. Die Keilwellenmutter ist aber axialverschieblich auf der Keilwelle geführt. Somit überträgt also die Keilwelle die Drehbewegung auf den Prüfling und, weil sie über das Drehlager mit dem Rotor des Linearantriebs verbunden ist, gleichzeitig die translatorische Bewegung.
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Anstelle der Linearführung, die aus einer Keilwellenmutter und einer Keilwelle gebildet ist, kann eine verdrehgesicherte Gleitlagerung Einsatz finden, was die Komplexität und auch die Kosten für den Rotationsantriebs reduziert.
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Um eine gute Lagerung für den Rotor des Rotationsantriebs bereitzustellen, sollte die Keilwellenmutter axial gesichert werden. Aus diesem Grund ist der Keilwellenmutter vorzugsweise eine Axialsicherung zugeordnet, die durch ein axial vorderes Lager und ein axial rückwärtiges Lager gebildet ist, wobei das axial vordere Lager auf der dem Kraftübertragungsglied zugewandten Seite der Keilwellenmutter angeordnet ist, und wobei das axial rückwärtige Lager auf der dem Kraftübertragungsglied abgewandten Seite der Keilwellenmutter angeordnet ist. Die axiale Sicherung kann beispielsweise über Kugellager erfolgen.
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Die translatorische Kopplung zwischen dem Läufer des Linearantriebs und der Welle des Rotationsantriebs, die auf den Prüfling einwirkt, wird ferner dadurch verbessert, dass die Welle an ihren dem Kraftübertragungsglied abgewandten Ende mit einem Endstück versehen ist, das im Drehlager drehbar aufgenommen ist.
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Die Lagerung wird verbessert, wenn darüber hinaus das Drehlager das Endstück radial, insbesondere vollständig, spielfrei umschließt. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn das Drehlager als ein Wälzlager gebildet ist. Es können auch mehrere der Wälzlager verwendet werden. Ein Wälzlager kann die Welle zuverlässig vom Läufer des Linearantriebs drehentkoppeln. Als Wälzlager kommt beispielsweise mindestens ein Schrägkugellager zum Einsatz. Es ist außerdem die vorteilhafte Möglichkeit gegeben, mindestens ein Zylinderrollenlager oder mindestens ein Rillenkugellager als Wälzlager zu verwenden.
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Um auch den Läufer des Linearantriebs betriebssicher lagern zu können, ist es von Vorteil, wenn dem Läufer das Linearantriebs an seinem dem Drehlager abgewandten Ende eine Gleitlagerung oder eine Linearführung zugeordnet ist.
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Es ist von Vorteil, wenn der Läufer des Linearantriebs an seiner dem Drehlager zugewandten Stirnseite mit mindestens einem Durchtritt gebildet ist, und wenn mindestens eine ortsfest gegenüber dem Ständer des Rotationsantriebs gelagerte Komponente einer Messeinrichtung ins Innere des hülsenförmigen oder hülsenartigen Läufers des Linearantriebs ragt. Durch die hohlzylindrische Gestaltung des Läufers kann eine Luftkühlung bereitgestellt werden, um die insbesondere bei quasistatischen oder statischen Messungen auftretenden Wärmemengen effektiv abführen zu können. Zudem reduziert sich durch die Verwendung eines Hohlzylinders insbesondere das Gewicht des Linearantriebs und damit das Gesamtgewicht der bewegten Teile der Prüfmaschine. Aufgrund der geringeren beweglichen Masse können hierdurch insbesondere zyklische Messungen mit einer erhöhten Dynamik durchgeführt werden. Die Messeinrichtung ist dabei also in dem als Hohlzylinder gebildeten Läufer aufgenommen. Vorzugsweise ist die Messeinrichtung dabei als ein Wegmesssystem gebildet. Für die Bewertung der ausgeübten Torsionskräfte kann dem Rotationsantrieb zugleich eine Messeinrichtung mit einem Drehgeber zugeordnet sein.
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Um unterschiedlichste Proben prüfen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Stator des Linearantriebs und der Ständer des Rotationsantrieb an einer Quertraverse befestigt sind, die höhenverstellbar an einem Maschinenrahmen gelagert ist. Dabei ist dann ein Prüftisch vorhanden ist, der ortsfest bezüglich dem Maschinenrahmen angeordnet ist.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Frontansicht einer Prüfmaschine mit Linearantrieb und Rotationsantrieb, und
- 2 eine Schnittansicht durch die erfindungswesentlichen Teile der Prüfmaschine aus 1.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Prüfmaschine 100 gezeigt. Diese umfasst einen feststehenden Prüftisch 140, der darüber hinaus ortsfest bezüglich einem Maschinenrahmen 138 angeordnet ist. An diesem Maschinenrahmen 138 ist eine Quertraverse 136 befestigt, die höhenverstellbar an dem Maschinenrahmen 138 gelagert ist. Durch die Höhenverstellung der Quertraverse 136 wird die Distanz zum Prüftisch 140 eingestellt, sodass unterschiedlich große Proben der Prüfung unterzogen werden können. Üblicherweise können an dem Prüftisch 140 auch Spannsysteme befestigt sein, um einen Prüfling einzuspannen. Die Beaufschlagung des Prüflings erfolgt mit Hilfe eines Kraftübertragungsglieds 116, dem beispielsweise geeignete Spannmittel zur Verbindung mit dem Prüfling zugeordnet sein können.
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In 2 ist eine vereinfachte Schnittansicht der Prüfmaschine 100 mit ihren erfindungswesentlichen Merkmalen gezeigt. Die Prüfmaschine 100 umfasst einen elektromotorischen Linearantrieb 102, der einen Stator 104 und einen Läufer 106 umfasst, wobei der Läufer 106 entlang seiner Längsachse verstellbar ist, was anhand des (oberen) senkrechten Doppelpfeils illustriert ist.
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Außerdem umfasst die Prüfmaschine 100 einen elektromotorischen Rotationsantrieb 108, der einen drehfest gelagerten Ständer 110 und einen rotatorisch antreibbaren Rotor 112 umfasst, wobei der Rotor 112 verdrehgesichert mit einer Welle 114 verbunden ist. Die Verdrehmöglichkeit der Welle 114 ist durch den im Wesentlichen horizontal dargestellten Doppelpfeil illustriert.
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Die Welle 114 ist zudem entlang ihrer Längsachse verschiebbar gegenüber dem Rotor 112 des Rotationsantriebs 108 gelagert, was anhand des (unteren) senkrechten Doppelpfeils illustriert ist. Hierzu ist der Rotor 112 des Rotationsantriebs 108 drehfest mit einer Keilwellenmutter 120 verbunden, wobei die Welle 114 selbst als eine Keilwelle 122 gebildet ist. Somit ist also die Keilwelle 122 gegenüber der Keilwellenmutter 120 verdrehgesichert; die Keilwellenmutter 120 ist aber axialverschieblich auf der Keilwelle 122 geführt. Damit kann also die Keilwelle 122 innerhalb der Keilwellenmutter 120 verdrehgesichert translatorisch verstellt werden.
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Zur Lagesicherung ist der Keilwellenmutter 120 zusätzlich eine Axialsicherung zugeordnet, die durch ein axial vorderes Lager 126 und durch ein axial rückwärtiges Lager 128 gebildet ist, wobei das axial vordere Lager 126 auf einer einem Kraftübertragungsglied 116 zugewandten Seite der Keilwellenmutter 120 angeordnet ist, und wobei das axial rückwärtige Lager 128 auf der dem Kraftübertragungslied 116 abgewandten Seite der Keilwellenmutter 120 angeordnet ist.
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Somit kann also eine Verstellung des Läufers 106 des Linearantriebs 102 eine translatorische Verstellung auf die Welle 114, insbesondere die Keilwelle 122, übertragen, wobei der Läufer 106 des Linearantriebs 102 bezüglich dem Ständer 110 des Rotationsantriebs 108 zusätzlich verdrehgesichert gelagert ist. Zudem ist der Ständer 110 des Rotationsantriebs 108 ortsfest bezüglich dem Stator 104 des Linearantriebs 102 gelagert, wobei der Läufer 106 des Linearantriebs 102 gegenüber dem Ständer 110 des Rotationsantriebs 108, unter Mitnahme der Welle 114, axial verschieblich verstellbar ist.
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Um die translatorische Bewegung und die rotatorische Bewegung zu entkoppeln und damit eine geringere Anzahl an Bauteilen und damit eine geringere Masse verstellen zu müssen, ist außerdem ein Drehlager 118 vorhanden, durch welches der Läufer 106 des Linearantriebs 102 und die Welle 114 gegeneinander verdrehbar verbunden sind. Hierzu weist die Welle 114 an ihrem dem Kraftübertragungsglied 116 abgewandten Ende ein Endstück 124 auf, das im Drehlager 118 drehbar aufgenommen ist. Das Drehlager 118 ist vorliegend durch eine Drehmomentenkugelbuchse gebildet. Das Drehlager 118 umschließt dabei ein Endstück 124 der Welle 114 radial. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch der Läufer 106 des Linearantriebs 102 mit einem Zapfen gebildet sein könnte, der in dem Drehlager 118 aufgenommen ist, wobei dieser Zapfen dann von dem Drehlager 118 radial umschlossen wäre.
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Es ist zusätzlich zu erkennen, dass dem Läufer 106 des Linearantriebs 102 an seinem dem Drehlager 118 abgewandten Ende eine Gleitlagerung 130 zugeordnet ist. Anstelle der Gleitlagerung 130 kann eine Linearführung Verwendung finden. Der Läufer 106 des Linearantriebs 102 ist außerdem an seiner dem Drehlager 118 zugewandten Stirnseite mit mindestens einem Durchtritt 132 gebildet, wobei mindestens eine ortsfest gegenüber dem Ständer 110 des Rotationsantriebs 108 gelagerte Komponente 134 einer Messeinrichtung ins Innere des hülsenförmigen oder hülsenartigen Läufers 106 des Linearantriebs 102 ragt.
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Im Ergebnis zeichnet sich die erfindungsgemäße Prüfmaschine 100 dadurch aus, dass auf einen Prüfling eine translatorische und gleichzeitig eine rotatorische Bewegung (und damit Kraft) ausgeübt werden kann. Hierbei können dynamische Prüfungen zuverlässig durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Prüfmaschine
- 102
- Linearantrieb
- 104
- Stator (Linearantrieb)
- 106
- Läufer (Linearantrieb)
- 108
- Rotationsantrieb (Torqueantrieb)
- 110
- Ständer (Rotationsantrieb)
- 112
- Rotor (Rotationsantrieb)
- 114
- Welle
- 116
- Kraftübertragungsglied
- 118
- Drehlager
- 120
- Keilwellenmutter
- 122
- Keilwelle
- 124
- Endstück
- 126
- vorderes Lager (Axialsicherung)
- 128
- rückwärtiges Lager (Axialsicherung)
- 130
- Gleitlagerung (für Läufer des Linearantriebs)
- 132
- Durchtritt (an Stirnseite des Läufers)
- 134
- Komponente (Messeinrichtung)
- 136
- Quertraverse
- 138
- Maschinenrahmen
- 140
- Prüftisch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013111169 A1 [0002]
- EP 2263297 A2 [0003]
