DE3128228C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vorschub- und Dreh­ antriebseinheit nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Eine solche Antriebseinheit ist aus der US-PS 38 85 635 bekannt. Bei dieser Antriebseinheit wird eine Hohlwelle über eine äußere Schraubennut vorgeschoben, die mit einer Kugelumlaufmuttereinheit zusammenwirkt, welche einen Antrieb für zwei Drehzahlen aufweist. Dieser Antrieb umfaßt zwei Motoren, von denen der eine während des schnellen Vorschubs der Hohlwelle die Kugelumlaufmuttereinheit direkt über ein Getrieb antreibt. Dieser Motor wird von einem anderen Motor über eine Kupplung und ein Reduktionsgetriebe angetrieben, um den Vorschub der Hohlwelle mit niedriger Drehzahl zu erzeugen. Der an­ dere Motor versetzt darüber hinaus während des Vorschubs die Werkzeugspindel mit Hilfe einer Antriebs­ verbindung über ein Getriebe mit der verkeilten An­ triebswelle in Drehbewegung.

Bei einer solchen Antriebseinheit ist es wünschenswert, den einen, die Werkzeugspindel antreibenden Motor kon­ tinuierlich zu betreiben, ohne die Werkzeugspindel vor­ zurücken oder zurückzuziehen. Ein derartiger Spindelbetrieb ist jedoch bei dieser Antriebseinheit nicht möglich.

Im Falle einer sich senkrecht erstreckenden Werkzeugspindel neigen die Massen der Hohlwelle und der Spindel dazu, eine nicht gewünschte Abwärtsbewegung der Spindel zu verursachen.

Außerdem ist es für eine sorgfältige Endbearbeitung von Blindbohrungen wünschenswert, den Vorschub für einen Spanaufbruch oder eine Verweilzeit am Ende des Vorschubs zu unterbrechen. Bei der bekannten Antriebs­ einheit kann ein solcher Betrieb nicht ohne beträchtli­ che Modifizierungen der Motorsteuerungen durchgeführt werden. Dadurch lassen sich bei der Bearbeitung insbe­ sondere von Blindbohrungen unerwünschte Grate häufig nicht vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorschub- und Drehantriebseinheit zu schaffen, die eine vertikale Montage der Hohlwelle, einen kontinuierlichen Betrieb des die Werkzeugspindel antreibenden Motors und einen unterbrochenen Vorschub auf wirtschaftliche Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebs­ einheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Vorschub- und Drehantriebseinheit,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Motorbremseinheit, bevor diese betätigt wird, und

Fig. 3 eine Ansicht der betätigten Motor­ bremseinheit.

In Fig. 1 ist eine mechanische Vorschub- und Drehantriebseinheit 10 in einem durch ihre Längsachse geführten Teilschnitt dar­ gestellt, welche an einer Montagestruktur 12 geführt werden kann.

Die Antriebseinheit 10 umfaßt eine hohle Werkzeugspindel 14, an der ein Werkzeug oder ein Werkzeughalter (nicht gezeigt) montiert werden soll. Die Werkzeugspindel 14 ist drehbar inner­ halb einer Hohlwelle 16 montiert, so daß sie zusammen mit der Hohlwelle 16 während einer Linearbewegung derselben geführt werden kann, wobei zu diesem Zweck Radial- und Drucklagersätze 18 und 20 vorgesehen sind.

Die Hohlwelle 16 ist mittels Gleitpassung in zwei vonein­ ander beabstandeten Bohrungsflächen 254 und 26 in einem Gehäuse 22 der Einheit montiert, so daß sie eine Gleit­ bewegung in Richtung ihrer Längsachse ausführen kann.

Während der Bearbeitungsvorgänge kann die Werkzeugspindel 14 innerhalb der Hohlwelle 16 mittels einer Antriebswelle 28 gedreht werden, die einen außen verkeilten Abschnitt 30 aufweist, der sich innerhalb der Werkzeugspindel 14 erstreckt, und mit Hilfe einer passenden Innenverkeilung 32, die in der Werkzeugspindel 14 ausgebildet ist, drehbar mit dieser verbunden ist. Diese Drehverbindung wird während einer linearen Relativbewegung zwischen der Antriebswelle 28 und der Werkzeugspindel 14 über die Keilverbindung 30, 32 aufrechterhalten.

Die Antriebswelle 28 ist darüber hinaus mit einem Verlängerungs­ abschnitt 34 versehen, der einstückig mit dem Keilabschnitt 30 ausgebildet und an einem Ende mit der Hohlwelle 16 über einen Druck- und Radiallagersatz 36 montiert ist. Der Lagersatz wird von einer Buchse 38 gestragen, die gleitend innerhalb der Hohlwelle 16 gelagert ist. Er ist durch Eingriff mit einer Schulter 40 und einem Halteelement 42 in Axialrichtung am Verlängerungsabschnitt 34 fixiert. Der Verlängerungsabschnitt 34 ist am anderen Ende mittels eines Lagers 44 im Gehäuse 22 angeordnet.

Die Antriebswelle 28 wird durch eine Riemenscheibe 46 in Drehung versetzt, die an einem reduzierten Endabschnitt 48 befestigt ist. Die Riemenscheibe 46 wird wiederum über einen Riemen 50 angetrieben, der sich um die Riemenscheibe 46 sowie eine kleinere Riemenscheibe 52 erstreckt, die an der Ankerwelle 54 eines ersten Motors 56 befestigt ist. Die Hohlwelle 16 kann mit Hilfe von Zwischengliedern in Axialrichtung vorgerückt werden. Diese Zwischenglieder umfassen eine halbkreisförmige Schraubennut 58, die um den Außenumfang der Hohlwelle 16 herum ausgebildet ist. Diese Nut arbeitet mit einer Kugelumlaufmuttereinheit 60 zusammen, die eine Vielzahl von Kugeln 62, ein von einer Mutter 64 gebildetes Antriebselement, das durch radiale Drucklager 66 und 68 im Gehäuse 22 gelagert ist und die Hohlwelle 16 umgibt, sowie eine Kugelrückführung 70 umfaßt. Durch die Drehung der Mutter 64, die mittels der Lager 66 und 68 in Axial­ richtung fixiert ist, wird somit ein Axialvorschub der Hohl­ welle 16 in der gleichen Weise erreicht, wie dies bei bekannten Kugelumlaufspindelvorrichtungen der Fall ist.

Die Hohlwelle 16 ist im Gehäuse 22 durch wenigstens einen Keil 61 gegen ein Verdrehen gesichert. Der Keil gleitet auf der Außen­ seite der Hohlwelle 16 in einen entsprechenden Längsschlitz 65, der im Gehäuse 22 ausgebildet ist. Diese Anordnung ist erforderlich, da durch den Antrieb der Mutter 64 eine drehende Reaktionskraft erzeugt wird, die eine Axialbewegung der Hohlwelle 16 nicht zulassen würde, wenn ihr nicht ent­ gegengewirkt werden würde.

Die Mutter 64 wird im Gehäuse 22 mittels Zähnen 72 gedreht, die in den äußeren Abschnitt der Mutter 64 eingearbeitet sind und mit einem nicht angetriebenen Zahnrad 74 kämmen, das im Gehäuse 22 gelagert ist und durch ein Antriebsritzel 76 ange­ trieben wird, welches an einer Ausgangswelle 78 befestigt ist, die durch einen zweiten Motor 80 angetrieben wird.

Der zweite Motor 80, z. B. ein Elektromotor, ist mit einer als Kupplung ausgebildeten Ankerverlängerung 84 versehen und als Gleitankermotor ausgebildet. Wenn er sich zum Antrieb des Ritzels 76 nicht in Betrieb befindet, ist eine Kupplungseinrichtung, die einen Antriebskonus 82 umfaßt, ein­ gerückt und ermöglicht einen Antrieb der Ankerverlängerung 84 (und somit des damit verbundenen Ankers) und der verbundenen Ausgangswelle 78 mittels eines Reduktionsgetriebes 88, 90, das durch eine Welle 96 angetrieben wird, an der eine Riemen­ scheibe 98 befestigt ist, welche durch einen Riemen 102 und eine Riemenscheibe 100′, die an einem weiteren reduzierten Abschnitt 104 des Wellenverlängerungsabschnittes 34 be­ festigt ist, angetrieben wird. Einzelheiten des Ankers 84 und es Antriebskonus 82 werden nachfolgend in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 beschrieben.

Bremsmotoren vom Gleitankertyp, wie sie bei den Elektromotoren 56 und 80 Verwendung finden, sind aus der Praxis bekannt. Anstelle der üblichen Bremsausbildung, bei der ein Außerbetriebsetzen des Motors ein Bremsen der Anker­ welle bewirkt, wird bei diesem speziellen Anwendungsfall des Motors 80 anstelle einer Bremswirkung ein Kupplungseffekt erzeugt. Hinzu kommt, daß der Motor 80 vorteilhafter­ weise mit zwei Bremselementen 104, 106 ausgestattet ist, von denen eines ein kegelstumpfförmiger Ring 104 ist, der um den Anker herum montiert ist, während sich das andere Bremselement 106 am Ende befindet, wie in Verbindung mit Fig. 2 und 3 genauer erläutert wird.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des zweiten Motors 80 und des Antriebskonus 82. Die Eingangswelle 96 treibt den Antriebskonus 82 über die Zahnräder 88, 90 an. Naturgemäß können auch andere Antriebsarten zwischen der Welle 96 und dem Konus 82 vorgesehen sein. Der Antriebskonus 82 ist über ein Kugellager 102 an einem Gehäuseelement 100 (vorzugs­ weise ein ziemlich großes Gußeisenelement) befestigt. Die Ankerverlängerung 84 trägt ein erstes und ein zweites Bremselement 104, 106. Das erste Bremselement 104 dient als Kupplung und ist als kegelstumpfförmiger Ring ausgebildet, der sich um den Umfang der Ankerverlängerung 84 herum er­ streckt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Darstellung befindet sich der zweite Motor 80 nicht in Betrieb, so daß das Brems­ element 104 als Kupplung mit dem Antriebskonus 82 in Kontakt stehen kann, um eine Rotationsbewegung der Welle 96 über den Konus 82 auf die Ankerwelle 78 zu übertragen.

Ein Pneumatikzylinder 110, dessen Endabschnitt ein bewegliches Bremselement 120 betätigt, ist ebenfalls am Gehäuseelement 100 montiert und erstreckt sich durch ein darin vorgesehenes Loch 108. Der Zylinder 110 umfaßt einen Kolben 112 und trägt Dichtungen 114, 116. Über eine Leitung 118 wird Druckluft in Ansprache auf ein Signal (über ein nicht gezeigtes Ventil) zugeführt, um den Kolben 112 und das Bremselement 120 vorwärts in Richtung auf die Ankerverlängerung 84 zu bewegen. Eine Rückholfeder 119 bewegt den Kolben 112 wieder zurück, wenn die Druckluftzufuhr abgeschaltet wird.

Das Bremselement 120 weist eine ringförmige ebene Fläche 122 auf, die mit dem zweiten Bremselement 106 an der Anker­ verlängerung 84 in Eingriff tritt, wenn der Kolben 112 vorwärts bewegt wird. Das Bremselement 120 ist über den Zylinder 110 nicht drehbar am Gehäuseelement 100 montiert.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des zweiten Motors 80 und des das Bremselement 120 tragenden Zylinders 110, wobei der Zylinder durch über die Leitung 118 zugeführte Druckluft betätigt worden ist. Der Kolben 112 hat sich nach vorne bewegt und die Feder 119 zusammengedrückt, um einen Eingriff des Bremselementes 106 mit dem Bremselement 120 zu bewirken und die gesamte Ankerverlängerung 84 nach vorne zu bewegen. Durch die Bewegung der Ankerverlängerung 84 wird ein Aus­ rücken der Kupplung zwischen dem Konus 82 und der Bremse (Kupplung) 104 bewirkt.

Der Eingriff zwischen der Ankerverlängerung 84 und dem Bremselement 120 dient dazu, den Antrieb über den Konus 82 und die Rotation der Ankerverlängerung 84 zu unterbrechen, da das Bremselement 120 und der Zylinder 110 nicht drehbar sind. Die Bremselemente 104, 106 umfassen herkömmliche Reib­ materialien, die in der Lage sind, eine Rotation zu stoppen und die Rotationsenergie in Form von Hitze zu vernichten. Es können dabei entweder Bremsbelagmaterialien auf Asbest­ basis oder asbestfreie Materialien Verwendung finden.

Die Betätigung des Kolbens 112 kann in irgendeiner bekannten Weise gesteuert werden. Beispielsweise kann ein Grenzschalter Ver­ wendung finden, der durch die Verschiebung der Hohlwelle betätigt wird. Es kann auch irgendein anderes logisches Element eingesetzt werden, um ein Zylindersteuersignal einem geeigneten Ventil zuzuführen, wobei derartige Elemente bekannt sind.

Vorstehend wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in den Einzelheiten beschrieben. Es sind jedoch viele Ab­ weichungen von und Variaten dieser Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann der Pneumatikzylinder in einfach Weise durch ein hydraulisch oder elektrisch betätigtes Element ersetzt werden. Das gezeigte Getriebe zur Kopplung der beiden Motoren kann auch unterbrochen sein, um ein wahlweises Abbremsen des Antriebszuges zu ermöglichen, insbesondere in Verbindung mit einem Austausch des Riemenantriebs durch Zahnräder. Die vorstehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels stellt daher keine Einschränkung der Erfindung dar.

Claims (3)

1. Vorschub- und Drehantriebseinheit für rotierende Werkzeuge bzw. deren Halter, mit einer Hohlwelle, die zur Durchführung einer Längsbewegung in einem Gehäuse gleitend gelagert ist, mit einer von der Hohlwelle getragenen und drehbar in dieser gela­ gerte hohlen Werkzeugspindel, mit einem ersten Motor zum Drehen der Spindel innerhalb der Hohl­ welle, während sich die Hohlwelle in Längsrichtung innerhalb des Gehäuses bewegt, mit einem Antriebs­ element, das drehbar im Gehäuse gelagert und gegen eine Axialbewegung fixiert ist und das die Hohl­ welle verbunden ist, um bei Rotation des Antriebs­ elements die Hohlwelle in Längsrichtung zu bewe­ gen, und mit Einrichtungen zum Drehen des An­ triebselements, die einen zweiten Motor umfassen, dessen Ankerwelle das Antriebselement mit einer hohen Drehzahl antreibt, wenn sich der zweite Motor in Betrieb befindet, sowie mit Einrichtun­ gen, die die Ankerwelle des zweiten Motors und den ersten Motor treibend miteinander verbinden, wenn sich der zweite Motor außer Betrieb befindet, wo­ durch der erste Motor das Antriebselement mit einer niedrigen Drehzahl antreiben kann, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (100) gelagerte Einrichtungen (110, 112, 120) vorgesehen sind, durch die die treibenden Verbindungseinrichtungen (82, 84) zwischen der Ankerwelle (78) des zweiten Motors (80) und dem ersten Motor (56) nach Maßgabe eines Steuersignals wahlweise voneinander trennbar bzw. auskuppelbar sind.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtungen (110, 112, 120) zum Auskuppeln umfassen eine bewegliche Lagerung des Ankers des zweiten Motors (80) zwischen einer er­ sten und einer zweiten Längsposition, ferner eine Kupplung (82, 84), die zwischen dem ersten Motor (56) und dem zweiten Motor (80) nur dann eine Ver­ bindung herstellt, wenn sich der Anker des zweiten Motors (80) in der ersten Position befindet, sowie Einrichtungen zum Bewegen des Ankers des zweiten Motors (80) in die zweite Position, in der nach Maßgabe des Steuersignals der Anker des zweiten Motors (80) vom ersten Motor (56) angekuppelt ist.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Anker des zweiten Motors (80) bewegenden Einrichtungen einen pneumatisch betätigten Kolben (112) umfassen, dessen Längs­ achse mit der Rotationsachse des Ankers des zwei­ ten Motors (80) fluchtet und der einen Endabschnitt (120) aufweist, der mit dem Anker des zweiten Motors (80) in Reibeingriff tritt und des­ sen Rotation abbremst, wenn der Kolben (112) betä­ tigt wird.