DE2157984B2 - Schutzvorrichtung gegen drehmomentueberlastung insbesondere von werkzeugen und deren rotierenden antriebsteilen in werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung gegen Drehmomentüberlastung insbesondere von Werkzeugen und deren rotierenden Antriebsteilen in Werkzeugmaschinen mit einem mit dem Drehantrieb verbundenen treibenden und einem koaxial zu diesem angeordneten, mit dem zu schützenden Objekt verbundenen getriebenen Antriebsteil, die durch ein drehmomentübertragendes axial bewegliches Kupplungsglied miteinander verbunden sind, welches durch ein magnetisches Bauteil, dessen Kraftwirkung einstellbar ist, in der drehmomentübertragenden Axiallage gehalten ist und bei Überschreiten eines vorgegebenen Drehmoments entgegen der magnetischen Wirkung durch axiale Verschiebung in eine die freie Relativdrehung der Antriebsteile zueinander zulassende Axiiillage abfällt. Eine solche Schutzvorrichtung ist bekanni(CH-PS2 96 427).

Vorrichtungen dieser Art können besonders vorteilhaft im Antrieb von Werkzeugen eingeschaltet werden, wo sie bei Erreichen eines Grenzdrehmoments die Drehmomentübertragung unterbrechen und somit das Werkzeug vor Bruch schützen.

Bei der bekannten Ausbildung ist ein Permanentmagnet vorhanden, der zentral in einem Magneigehäuse eingelötet ist, welches seinerseits in einem treibenden Kupplungsglied sitzt wobei beide Teile gemeinsam rotieren. Zur Einstellung der Anzugskraft besteht der Anker aus einem äußeren Teil und einem zentralen Teil, welches mittels einer Einstellschraube entgegen der elastischen Wirkung einer Gummieinlage gegenüber dem äußeren Teil eingezogen werden kann. Dadurch vergrößert sich der Luftspalt zwischen Magnet und Anker und die Haftkraft des Magnetsystems wird kleiner.

Als Nachteil dieser bekannten Ausbildung muß angesehen werden, daß eine Einstellung der magnetischen Kraft im Betrieb nicht möglich ist. Es ist zu einer Änderung der Einstellung nicht nur die Maschine stillzusetzen, sondern es sind auch weitgehende Demontagearbeiten der Vorrichtung erforderlich, bis die Einstellschraube zugänglich ist. Schließlich ist es auch nicht möglich, ein z. B. elektrisches Überlastsignal abzuleiten. das zur Auslösung einer weiteren Funktion, 2. B. zum Stillsetzen des Vorschubs oder zum Rückzug des Werkzeugs dienen könnte. Wenn also bei der bekannten Vorrichtung das Grenzdrehmoment erreicht wird, so wird das Arbeitsteil zwar drehungsmäßig entkoppelt, ein Vorschub würde aber weitergehen, so daß e^ doch zu einem Bruch des Werkzeugs kummen kann.

An sich sind drehmomentübertragende Kupplungen bek?nnt (SU-PS 1 34 544, 2 29 917 und 2 32 719), die dadurch ein der Größe des übertragenen Drehmoments entsprechendes elektrisches Signal abzunehmen gestatten, daß in der Drehübertragungskette ein torsionselastisches Glied vorgesehen ist und die beiden hierdurch gekoppelten Teile mit einem induktiven Umformer verbunden sind, der die relative Winkelstellung beider Teile zueinander erfaßt, die ja dem gerade wirkenden Drehmoment proportional ist. Diese Ausbildungen gestatten jedoch wiederum keine automatische Entkopplung des angetriebenen Teils, sondern es muß eine Abschaltung erfolgen, wenn die Überschreitung eines Grenzdrehmoments angezeigt »vird. Diese Abschaltung kann zu spät kommen, so daß auch hier die Gefahr von Brüchen nicht ausgeschlossen ist.

Allen bekannten Ausbildungen ist gemeinsam, daß eine Änderung des Grenzdrehmoments im Betrieb nicht möglich ist, was z. B. beim Einsatz von Stufenbohrern wesentlich ist, bei denen es erwünscht sein kann, beim Eintreten des Bohrerabschnitts mit größerem Durchmesser ein größeres Grenzdrehmoment gelten zu lassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile eine Schutzvorrichtung gegen Drehmomentüberlastung, insbesondere beim Antrieb von Werkzeugen, zu schaffen, bei der das Grenzdrehmoment auf einfache Weise auch während des Betriebs verändert werden kann. Außerdem soll ein Überlastsignal abgeleitet werden können, das zur Auslösung einer weiteren Funktion, z. B. der Stillsetzung der gesamten Maschinen, dienen kann.

Ausgehend von einer Ausbildung der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das magnetische Bauteil die Antriebsteile umgibt und aus einer am Gehäuse der Vorrichtung befestigten elektromagnetischen Spule mit einem diese umfassenden Joch und einem ringförmigen Anker besteht, der fest mit dem axial beweglichen Kupplungsglied verbunden ist, wobei zwischen den Stirnflächen von Joch und Anker ein ständiger Arbeitsspalt ausgebildet ist und die magnetische Kraftwirkung in an sich bekannter Weise durch die veränderliche Größe des

die Spule durchfließenden Stroms wählbar ist.

Die Einstellung der Größe der wirkenden magnetischen Kraft und damit des Grenzdrehmoments erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß die elektromagnetische Spule in ein Regelsystem für den Ae durchfließenden Strom geschaltet ist.

Eine völlige Abschaltung kann leicht dadurch erreicht werden, daß parallel zur elektromagnetischen Spule ein Schaltelement liegt, welches diese beim Auftreten eines Überlastsignals überbrückt.

Bei der Ausbildung mit den als erfinderisch beanspruchten Merkmalen erfolgt das Zusammenziehen der Antriebsteile und Halten in dieser drehmomentübertragenden Relativstellung zueinander durch die elektromagnetische Kraft der Spule. Von dieser Kraft hängt wiederum die Größe des maximal übertragbaren Drehmoments ab, so daß dieses durch die Speisung der Spule beeinflußt werden kann. Gleichzeitig kann die elektromagnetische Spule mit dem sie umfassenden Joch und dem Anker als induktiver Wandler angesehen werden, der die Größe des Luftspalts zwischen den Stirnflächen des )ochs und des Ankers festzustellen gestattet. Bei der Vergrößerung dieses Spaltes im Zusammenhang mit dem Ansprechen der Überlastfunktion kommt es zu einer schroffen Verminderung des magnetischen Flusses und die damit verbundene Änderung des die Spule durchfließenden Stroms dient als Signal für die aufgetretene Überlastung, das weiterverarbeitei wird, z. B. im Sinne einer völligen Stillsetzung der Maschine oder wenigstens des Werkzeugvorschubs.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 Vorrichtung mit der als erfinderisch beanspruchten Merkmalen für Überlastschutz eines kombinierten Bohrers, Längsschnitt,

F i g. 2 dasselbe, Schnitt 11-11 auf F i g. 1,

F i g. 3 elektrisches Schaltbild der elektromagnetischen Spule der Vorrichtung.

Die auf den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung für den Schutz eines kombinierten Bohrers vor Drehmomentüberlastung enthält ein treibendes Arbeitselement — die Treibspindel 1 (F i g. 1) und ein angetriebenes Arbeitselement — die getriebene Spindel 2, die koaxial und in der Achsrichtung zueinander unbeweglich angeordnet sind. Die Treibspindel 1 ist mit dem Antrieb (nicht gezeigt) verbunden, von welchem sie die Drehbewegung übertragen bekommt, und die getriebene Spindel 2 ist mit dem zu schützenden Objekt, im gegebenen Fall mit dem kombinierten Bohrer 3 verbunden. Die Verbindung der treibenden und getriebenen Spindel wird durch eine axial wirkende Überlastkupplung sichergestellt, die aus den Kupplungshälften 4 und 5 besteht. Eine der Kupplungshälften — die getriebene Kupplungshälfte 4 — ist auf der getriebenen Spindel 2 starr befestigt, die andere — die treibende Kupplungshälfte 5 — ist in der nichtmagnetischen Hülse fest als axial bewegliches Kupplungsglied 6 angeordnet. Die Hülse hat auf ihrer Stirnfläche zwei Ansätze 7 (F i g. 2), welche in Längsnuten eingreifen, die in dem verstärkten Teil 8 der treibenden Spindel 1 ausgeführt sind. Die Ansätze 7 bieten die Möglichkeit der freien Verstellung der Hülse als Kupplungsglied 6 relativ zur treibenden Spindel in axialer Richtung und verhindern gleichzeitig die Relativverdrehung der Hülse und der treibenden Spindel 1. Die Hülse ermöglicht also eine solche Kopplung der treibenden Kupplungshälfte 5 mit der treiben-Snindel 1. bei welcher eine formschlüssige Drehmomemübertragung von der treibenden Spindel 1 auf die treibende Kupplungshälfte 5 und somit die Möglichkeit der axialen Verstellung der treibenden Kupplungshälfte 5 gewährleistet wird. Die Spindeln 1 und 2 sind von einme Magnetsystem umfaßt, welches eine zu diesen koaxial angeordnete elektromagnetische Spule 9 darstellt, die ihrerseits von dem unbeweglichen Joch iöa, und dem ringförmigen Anker 12, welcher auf der Hülse starr befestigt ist, umfaßt ist, wobei die mit der elektromagnetischen Spule 9 in Berührung stehenden Teile des Gehäuses 10 und die auf dieses Gehäuse aufgesetzte Außenhülse 11 als dieses Joch dienen. Der Anker 12 und die treibende Kupplungshälfte 5 der Überlastkupplung sind also fest miteinander verbunden. Die Teile des Jochs — das Gehäuse 10 und die Außenhülse II, — sowie der Anker 12 sind aus ferromagnetischem Material gefertigt. Bei eingerückten Kupplungshälften 4 und 5 gibt es zwischen den Stirnflächen des Gehäuses 10 und des Ankers 12 einen Arbeitsspalt in einer Größenordnung von t0,10-³mrrt. Die Axialversiellung der Hüise als Kupplungsglied 6 mit dem Anker 12 ist durch die Außenhülse U begrenzt.

Die elektromagnetische Spule 9 ist in das Regelsystem der Größe des durch sie fließenden Stroms geschaltet. Das Regelsystem bilden die an eine stabilisierte Gleichspannungsquelle 13 (F i g. 3) angeschlossenen und in Reihe geschalteten Trimmerwiderstände 14 und 15 sowie der parallel zum Trimmerwiderstand 14 geschaltete Endschalter 16. Parallel zur elektromagnetischen Spule 9 ist das Schaltelement 17 geschaltet, dessen Funktion entweder ein Halbleitergerät — ein Transistor oder ein Thyristor ausüben können, und welches den Schaltbefehl von dem Steuersystem des Schnittprozesses (nicht gezeigt) erhält. Das Überlastsignal wird unmittelbar von der elektromagnetischen Spule 9 abgenommen (der Punkt, in welchem das Signal abgenommen wird, ist in F i g. 3 mit A bezeichnet).

Die Schutzvorrichtung gegen Drehmomentüberlastung arbeitet folgendermaßen:

Der bei der Arbeit der Bohrmaschine durch den durch die elektromagnetische Spule 9 fließenden Gleichstrom induzierte Magnetfluß erzeugt eine axiale elektromagnetische Kraft, welche den Anker 12 von dem Joch des Magnetsystems (und zwar von der Stirnfläche des Gehäuses 10) anziehen läßt. Zwischen den Stirnflächen des Ankers 12 und des Gehäuses 10 liegt der oben genannte minimale Arbeitsspalt. Im Ergebnis des Anzuges des Ankers 12 erfolgt das Zusammenziehen der Kupplungshälften 4 und 5 der Überlastkupplung mit axialer Wirkung in der Richtung ihres gegenseitigen Eingriffs und die kinematische Kopplung der rotierenden Treibspindel 1 mit der getriebenen Spindel 2 wird zustande gebracht. Mit Hilfe der Trimmerwiderstände 14 und 15, die in das System 13 bis 16 der Regelung der Größe des durch die elektromagnetische Spule 9 fließenden Stroms geschaltet sind, wird die Vorrichtung auf die Drehmomentwerte vorabgestimmt, die für die entsprechenden Teile des kombinierten Bohrers maximal zulässig sind.

Beim Leerlauf, wenn das Werkzeug also das zu bearbeitende Werkstück noch nicht berührt hat, sowie bei der Arbeit mit dem Teil des Bohrers von kleinerem Durchmesser ist der Endschalter 16 geöffnet und die Vorrichtung ist auf den für die Bohre^r des gegebenen Durchmessers maximal zulässigen Drehmoment abgestimmt.

Während der Arbeit der Werkzeugmaschine sind, solange das Moment des Schnittwiderstandes beim Boh-

ren das Drehmoment, auf welches die Vorrichtung abgestimmt ist, nicht übersteigt, der Anker 12 von dem Joch 10a angezogen, die Kupplungshälften 4 und 5 der axial wirkenden Überlastkupplung zusammengezogen (stehen im Eingriff), wodurch die Vorrichtung die normale Übertragung des Drehmoments auf den Bohrer 3 gewährleistet. Bei Überlastung jedoch wenn das Moment des Schnittwiderstandes und somit das Drehmoment an dem Bohrer 3 die vorgegebene Größe etwas übersteigen, spricht die Überlastkupplung an, was die axiale Verstellung der treibenden Kupplungshälfte 5 und des Ankers 12 hervorruft. Infolgedessen vergrößert sich der Arbeitsspalt zwischen dem Anker 12 und dem joch 10a. Die elektromagnetische Kraft des Anzugs des Ankers 12 nimmt als Folge davon stark ab und die kinematische Kopplung zwischen der treibenden Spindel 1 und der getriebenen Spindel 2 wird unterbrochen. Die treibende Spindel 1 bekommt dadurch die Möglichkeit, sich relativ zur getriebenen Spindel 2 zu verdrehen.

Dabei erfolgt im ersten Augenblick ein periodisches Eingreifen der treibenden Kupplungshälfte 5 in die getriebene Kupplungshälfte 4 infolge der geringen elektromagnetischen Kraft des Anzuges zwischen dem Ankers 12 und Joch 10a des Magnetsystems. In dem Moment der Vergrößerung des Arbeitsspaltes zwischen dem Anker 12 und dem Joch wird von der elektromagnetischen Spule 9 (Punkt A in F i g. 3) das Überlastsignal abgenommen, welches in das Steuersystem des Schnittprozesses gelangt. Im nächsten Augenblick wirkt das System auf das Schaltelement 17 ein, welches die Überbrückung der elektromagnetischen Spule und ihre volle Stromabschaltung hervorruft. Das Anziehen des Ankers 12 durch den Joch 10a hört dadurch auf, und das periodische Ineinandergreifen der Kupplungshälften 4 und 5, welche den Verschleiß der Kupplung zur Folge hat, hört auf. Das Drehmoment wird am Werkzeug nach einiger Zeit aufgehoben, die durch die Schnelligkeit der Verarbeitung des eingetroffenen Signals durch das Steuersystem bestimmt wird: die Vorrichtung mit dem Bohrer wird von dem zu bearbeitenden Werkstück abgeführt, worauf vom Bohrer die Späne entfernt werden. Danach schaltet sich das Schaltele-

i" ment 17 ab, die Kupplungshälften 4 und 5 greifen ineinander und die für die weitere Arbeit vorbereitete Vorrichtung mit dem Bohrer wird von neuem an das Werkstück herangeführt.

Der Prozeß der Werkstückbearbeitung wiederholt sich.

!m Augenblick des Überganges zum Bohren mit dem Teil des Bohrers 3, der einen größeren Durchmesser hat, wird der Endschalter 16 auf den Befehl des Steuersystems für den Schnittvorgang geschlossen. Die Stärke des die elektromagnetische Spule 9 durchfließenden Stroms nimmt zu, demzufolge die Vorrichtung automatisch auf den oberen Grenzwert des Drehmoments für die Bohrer des gegebenen (größeren) Durchmessers umgestellt wird. Die weitere Arbeit der Vorrichtung er-

*5 folgt auf die gleiche Weise, wie dies schon oben beschrieben wurde.

Wie aus dem Obengesagten ersichtlich ist, kann sich die Vorrichtung für den Überlastungsschutz auf den erforderlichen Drehmomentwert, dessen Überschreiten das Ansprechen der Vorrichtung und Ausgabe des Überlastsignals bewirken muß, leicht und einfach umstellen, wobei eine solche Umstellung auch während der Arbeit der Vorrichtung erfolgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ί. Schutzvorrichtung gegen Drehmomentüberlastung insbesondere von Werkzeugen und deren rotierenden Antriebsteilen in Werkzeugmaschinen mit einem mit dem Drehantrieb verbundenen treibenden und einem koaxial zu diesem angeordneten, mit dem zu schützenden Objekt verbundenen getriebenen Antriebsteil, die durch ein drehmomentübertragendes axial bewegliches Kupplungsglied miteinander verbunden sind, welches durch ein magnetisches Bauteil, dessen Kraftwirkung einstellbar ist, in der drehmomentübertragenden Axiallage gehalten ist und bei Überschreiten eines vorgegebenen Drehmoments entgegen der magnetischen Wirkung durch axiale Verschiebung in eine die freie Relativdrehung der Antriebsteile zueinander zulassende Axiallage abfällt, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Bauteil die Antriebsteile (1. 2) umgibt und aus einer am Gehäuse (10) der Vorrichtung befestigten elektromagnetischen Spule (9) mit einem diese umfassenden Joch (10) und einem ringförmigen Anker (12) besteht, der fest mit dem axial beweglichen Kupplungsglied (6) verbunden ist, wobei zwischen den Stirnflächen von Joch (10a) und Anker (12) ein ständiger Arbeitsspalt ausgebildet ist und die magnetische Kraftwirkung in an sich bekannter Weise durch die veränderliche Größe des die Spule (9) durchfließenden Stroms wählbar ist.
2. 2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Spule (9) in ein Regelsystem (13 bis 16) für den sie durchfließenden Strom geschaltet ist.
3. 3. Schutzvorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur elektromagnetischen Spule (9) ein Schaltelement (17) liegt, welches diese beim Auftreten eines Überlastsignals überbrückt.