DE3314629A1 - Vorrichtung zum erzeugen einer axialen spannkraft fuer umlaufende spindeln und betriebsverfahren fuer eine solche vorrichtung - Google Patents

Description

Schützenstraße 1
5920 Bad Berleburg

"Vorrichtung zum Erzeugen einer axialen· Spannkraft für umlaufende Spindeln und Betriebsverfahren für eine solche Vorrichtung"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum 10 Erzeugen einer axialen Betätigungskraft für das Spannen von Werkzeugen oder Werkstücken in zum Umlauf antreibbaren Arbeitsspindeln während deren Stillstand, umfassend einen Motor, dessen Abtriebsmoment, über einen mit der Ar-15 beitsspindel mitumlaufenden Schraubtrieb in die axiale Betätigungskraft umgeformt wird.

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Bekanntlich erlauben moderne Zerspanungswerkzeuge bei extrem hohen Drehzahlen sehr hohe Zerspanungsleistungen, und um die Rüst- und Nebenzeiten entsprechend zu verringern, werden immer mehr Werkzeugmaschinen (Dreh-, Bohr-, Fräsmaschinen) mit Kraftspannvorrichtungen versehen.

Die dabei gestellten Forderungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Wegen der hohen Drehzahlen müssen entsprechend hohe Spannkräfte aufgebracht werden, um die Fliehkraft der Spannbacken zu kompensieren. Die Spannkraft soll mit hoher Genauigkeit einstellbar sein, einmal aus Sicherheitsgründen, zum anderen, um die Spannkraftreserve voll ausnützen zu können, und schließlich, um eine Anpassung an z. B. unterschiedliche Wandstärken von Drehteilen vornehmen zu können. Das Spannen selbst soll mit hohem Wirkungsgrad und bei geringem relativem Zeitaufwand erfolgen. Der Aufwand für Fertigung, Wartung und Verschleißteilersatz soll gering sein, und die Kraftspannvorrichtung soll möglichst vielseitig einsetzbar sein, z. B. sowohl bei Vollspindeln als auch bei Hohlspindeln.

Es sind Kraftspannvorrichtungen bekannt, die mit pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Spannenergieerzeugung arbeiten. Die technischen Einzelheiten lassen sich dem Buch "Kraftbetätigte Spannzeuge" von Johann Lukowski, Carl Hanser Verlag München 1965, entnehmen. Während die in der genannten Veröffentlichung noch favorisicrLen

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pneumatischen Vorrichtungen inzwischen an Bedeutung verloren haben, werden gegenwärtig in zunehmendem Maße neben Elektrospannern hydraulische Kraftspanner eingesetzt.

Der gegenwärtige technische Stand bei Hydraulikspannern läßt sich durch die Firmendruckschriften der Firma Paul Forkardt Nr. 421.01.3D/1 981 "Umlaufende Druckölzylinder OZR" und 422.01.2.D/1 981 belegen. Solche Hydraulikspanner erlauben die Erzeugung sehr hoher Spannkräfte; nachteilig ist aber, daß ein Druckölkreislauf aufgebaut werden m8ß, der.einen erheblichen apparativen und energiemäßigen Aufwand erfordert. Die bei modernen Werkzeugmaschinen übliche elektrische oder elektronische Steuerung kann hydraulische Spannzeuge nicht unmittelbar ansteuern, sondern es sind elektrohydraulische Wandler, etwa Magnetventile, notwendig. Der Wartungsaufwand ist erheblich. Man erkennt, daß Hydraulikspanner die eingangs aufgelisteten Forderungen nur unvollkommen zu erfüllen vermögen.

Der gegenwärtige Stand der Technik bei Elektrospannern wird durch die Firmendruckschrift Paul Forkardt KG Nr. 500. 01 .7D-/1 979 "Elektrospanner" belegt. Sie umfassen einen Elektromotor, der für das Spannen von Werkzeugen, etwa bei Fräsmaschinen, stationär sein kann und nur für den Spannvorgang angekoppelt wird, aber auch bei Drehmaschinen mit der Spindel umlaufend ausgebildet sein kann. Das Abtriebsmoment

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des Motors wird über ein Untersetzungsgetriebe und einen Drehmomentbegrenzer auf die Mutter eines Schraubtriebs übertragen, welcher mit einem Zug-/Druckrohr zusammenwirkt. Diese Vorrichtungen weisen mithin die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale auf.

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Der wichtigste Nachteil der bekannten Elektrospanner liegt darin, daß die Einstellung der Spannkraft an dem mechanischen Drehmomentbegrenzer ungenau und schwierig, manuell vorzunehmen und daher zeitraubend sowie kaum automatisierbar ist. Ferner ist die Ausbildung als Hohlspindel-Spanner aus noch im einzelnen zu erläuternden Gründen kaum möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgleiche Spannvorrichtung derart auszubilden, daß eine reproduzierbare und einfache, sehr genaue Einstellung der Spannkraft ermöglicht wird, wobei die eingangs genannten generellen Forderungen sämtlich erfüllbar sind.

Die gemäß der Erfindung zur Lösung vorgesehenen Merkmale sind im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannt.

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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Nachteile der bekannten Elektrospanner primär in dem Element liegen, das die Umsetzung der drehenden Bewegung in die translatorische Spannbewegung bewirkt, also in dem herkömmlicherweise verwendeten Gleitschraubtrieb.

Bei dem nachfolgenden Beispiel wird der Einfachheit halber ein Flachgewinde zugrunde gelegt. Die Anwendung der etwas komplizierten Formeln für die übliche Spitzgewindeform (ISO/R 68) führt jedoch nur zu unerheblichen Abweichungen in den numerischen Ergebnissen der behandelten Beispiele. Die hier verwendeten Abmessungsbezeichnungen sind aus den Zeichnungsfiguren 12a, 12b entnehmbar.

Um am Zug-/Druckrohr eine Axialkraft F zu erzeugen, muß am Umfang der Gewindeflanken mit dem Flankendurchmesser D bei einer Steigung h ein Drehmoment M^ aufgebracht werden gemäß der Beziehung

M_d = F_a P. tan (ß + 0), (1)

worin _ß der Steigungswinkel des Schraubtriebs ist mit

ß = arc tan J^ (2)

und 0 der Reibungswinkel ist mit

0 = arc tan ,u (3)

wobei u der Reibungskoeffizient der aufeinandergleitenden Teile ist. ~ Der Einfachheit halber sind weitere Reibungseinflüsse hier unberücksichtigt geblieben.

ORIGINAL

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Für kleine Werte von _ß und 0, die hier unterstellt werden können, kann man (1) annähern gemäß

d - ^Faⁿ l^t ^{+ F}a 2 /

^{= M}dS ^{+ M}dR ⁽⁵⁾

worin der Term M,g den tatsächlich zum Spannen aufgebrachten Anteil, M^_R den Anteil an Reibungsverlusten darstellt.

In (4) ist bemerkenswert, daß der Spannterm unabhängig von D ist, während der Verlustterm proportional zu D zunimmt. Je größer der Flankendurchmesser ist, desto ungünstiger werden die Verhältnisse; demgemäß werden bisher Spanner mit Gleitschraubtrieb nicht für Hohlspindeln gebaut.

Überprüft man nun anhand konkreter Zahlenwerte das Verhältnis der beiden Anteile zueinander, so ergibt sich bei einer Vollspindel mit D=30mm, h=2mm und ,u=O,15 ein Verhältnis %_s/M_dR von etwa 1:7. Bei einer Hohlspindel mit D=80mm liegt bei sonst gleichen Daten das Verhältnis bei etwa 1 :19.

Das bedeutet, daß von der installierten Leistung des Motors der weit überwiegende Teil nicht zur Spannkrafterzeugung verwertet wird. Das bedeutet ferner, daß die erzeugte Spannkraft in ganz erheblichem Maße von dem jeweils wirksamen Reibungs koeffizienten bestimmt wird; bei einem gut geschmierten und sauberen Gleitschraubtrieb kann man mit u=O,1 rechnen, bei ungenügender Wartung

aber mit ,u=0,2 oder noch schlechter. Es kann also eintreten, daß ein bestimmtes Drehmoment, manuell am Drehmomentenbegrenzer eingestellt, je nach Schmierzustand des Gleitschraubtriebs bei einunddemselben Werkstück zu hoch sein kann, so daß das Werkstück beschädigt wird, oder aber zu klein, um es sicher zu spannen. Eine genaue Vorgabe der Spannkraft ist nicht möglich. Die unvermeidliche Überdimensionierung des Motors unter den so gegebenen Umständen hat selbstverständlich noch weitere Nachteile. Abgesehen von der Unwirtschaftlichkeit wirkt sich dies vor allem bei mitumlaufenden Motoren aus, weil sie durch die Vergrößerung des Trägheitsmoments die Hochlauf- und Abbremszeiten der Spindel vergrößert, und bei sehr hohen Spindeldrehzahlen erreicht man wegen der extrem hohen Fliehkräfte auch sehr schnell Grenzen für die Festigkeit der MotorenbauteiIe.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Elektrospanner tritt selbst dann auf, wenn der Spannmotor nicht mit umläuft. In Gleitschraubtrieben nämlich ist die Differenz der Reibungskoeffizienten bei Haftreibung und Gleitreibung verhältnismäßig groß, so daß der Spannvorgang nicht kontinuierlich, sondern immer ruckweise ("stick-slip-Verhalten") verläuft.

Die genannten NAchteile treten bei der erfindungsgemäßen Ausbildung nicht auf. Bei einem Wälzschraubtrieb ergibt sich nämlich ein außerordentlich geringer Reibungskoeffizient in der Größenordnung von .u^:-O,OO2. Man kann 1 ficht

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nachrechnen, daß das Spannkraft/Verlustverhältnis bei den oben angegebenen Durchmessern D=30mm bzw. D=80 mm sich auf etwa 10:1 bzw. 4 : 1 beläuft, wobei diese Werte vom Pflegezustand des Triebs weitgehend unabhängig sind und auch kein stick-slip-Verhalten auftritt.

Der größte Teil der installierten Motorleistung wird also zum Spannen verwertet, und - was noch wichtiger ist - dieser Anteil ist vorausberechenbar und reproduzierbar. Mit anderen Worten erlaubt also die Erfindung, die Spannkraft über einen Betriebsparameter des Motors zu steuern; ein manuell verstellbarer Drehmomentbegrenzer ist nicht mehr erforderlich. Auf die hieraus resultierenden weiteren Vorteile wird weiter unten eingegangen.

Zunächst ist darauf hinzuweisen, daß die Reibungsarmut des Wälzschraubtriebs zur Folge hat, daß dieser im allgemeinen nicht selbsthemmend ist. Da das umlaufende Teil des Wälzschraubtriebs aber entweder beim Anlauf oder beim Abbremsen der Spindel massebedingten Drehmomenten in Entspannrichtung unterworfen ist und/oder . auch vom Spannen her Kräfte zurückwirken, muß der Spannzustand durch eine Sperre gesichert werden. Diese kann formschlüssig oder kraftschlüssig sein, und sie kann auch schaltbar ausgebildet werden. Bevorzugt wird sie mit einem Spannkräftspeicher, etwa einem Federspeicher kombiniert.

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Es ergibt sich aus den obigen Abschätzungen ohne weiteres, daß die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine gegebene Spannkraft zu installierende Leistung nur einen Bruchteil der Leistung des herkömmlichen Elektrospanners zu betragen braucht. Dies ermöglicht mehrere Vorteile: Einmal kann - wenn der Spannmotor mit der Spindel umlaufen soll - sein Trägheitsmoment sehr klein sein, zum anderen kann man mit Vorteil handelsübliche, bei NC-Steuerungen von Werkzeugmaschinen eingesetzte Stellmotoren verwenden, die nur für den Spannvorgang mit dem Wälzschraubtrieb mechanisch oder elektromagnetisch gekuppelt werden. Da, wie oben bereits erwähnt, die Betriebsparameter des Motors die Spannkraft bestimmen, oder, wie noch im einzelnen zu erläutern, die Spannkraft selbst geregelt werden kann, wobei der Motor den Stellantrieb des Regelkreises bildet, kann die 0 Steuerung der Spannkraft leicht in das NC-Steuersystem der Gesamtmaschine integriert werden.

Die Integration der Ansteuerung der Spannvorrichtung in die übliche NC-Steuerung kann sogar noch weitergehen und ermöglicht ein beim Spannen von Werkzeugen oder Werkstücken bisher nicht bekanntes Betriebsverfahren. - Die NC-Steuerungen sind bekanntlich für Lageregelung ausgebildet, das heißt, die IST-Position eines Stellgliedes wird mit der SOLL-Position verglichen und die verbleibende Wegdifferenz beeinflußt den Stellantrieb dergestalt, daß mit kleiner werdender

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Wegdifferenz (d. h. Annäherung an die SOLL-Position) der Antrieb immer langsamer läuft. Um die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit den gleichen Steuerorganen ansteuern zu können/ ist demgemäß die jeweils erreichte Spannkraft in einen Weg umzusetzen, etwa durch Spannen eines elastischen Organs, dessen Kraft-Weg-Charakteristik bekannt ist, wobei dann der jeweils erreichte Weg mittels bekannter Meßorgane erfaßt werden kann. Da es ohnehin bevorzugt ist, einen Spannkraftspeicher in Form einer Feder vorzusehen, läßt sich das Meßorgan direkt an diesem Speicher vorsehen, doch ist dies nicht zwingend. Vom Meßorgan kann dann der jeweilige IST-Wert des Weges, in bekannter Funktion die Spannkraft repräsentierend, auf die NC-Steuerung gegeben und ebenso ausgewertet werden, wie dies bei herkömmlichen Lageregelungen der Fall ist.

Zum Aufbau der Wälzschraubtriebe wird auf die Ver-0 öffentlichung von Müller-Gerbes und Ernst, "Maschinenelemente zum Umformen drehender in geradlinige Bewegungen", in WERKSTATT UND BETRIEB 1978, S. 65-77 verwiesen.

Neben den beiden Möglichkeiten des mitumlaufenden und des stationären, nur im Stillstand angekuppelten Motors gibt es noch eine Lösung, bei der der Motorstator stationär ist, der Rotor dagegen mit der Spindel und dem Wälzschraubtrieb umläuft. Die Mutter des Wälzschraubtriebs kann dann mit dem Rotor zusammen ein einziges Bauteil bilden.

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Der Spannmotor wird nur dann benötigt, wenn die Spindel stillsteht. Es ist deshalb möglich, den während des Spindelumlaufs benutzten Spindelantriebsmotor während des Spindelstillstands abzukoppeln und als Spannmotor zu verwenden.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Um bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen immer gleiche Terminologie verwenden zu können, sollen zunächst die drei Basiselemente definiert werden, die zusammenwirken (vgl. auch Fig. 12a, 12b der Zeichnung):

Als "Spindel" soll die Arbeitsspindel der Maschine bezeichnet werden, die zwar umlaufen kann, aber für den Spannvorgang als ortsfest angenommen wird, sowie die mit der Spindel verbundenen Bauteile.

Als "Mutter" des Wälzgewindetriebs soll das Bauteil bezeichnet werden, welches das Innengewinde aufweist.

Als "Hülse" des Wälzgewindetriebs soll das Bauteil bezeichnet werden, das das zugehörige Außengewinde aufweist.

Eines der beiden Bauteile Mutter oder Hülse führt während des Spannens eine Axialbewegung relativ zur Spindel aus; eines der Bauteile Mutter oder Hülse führt dabei eine Drehung relativ zur Spindel aus. Es ist möglich, daß dasselbe Bauteil

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sowohl die Dreh- als auch die Axialbewegung ausführt. Zwischen Mutter- und Hülsengewinde sind die Ubertragungskörper in Form von Kugeln oder Rollen vorgesehen.

Fig. 1 zeigt in weitgehend schematisiertem Längsschnitt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 stellt in ähnlicher Form ein zweites Ausführungsbeispiel dar,

Fig. 3 ist eine analoge Darstellung einer dritten Ausführungsform/

Fig. 4 zeigt die Ausführungsform bei einem Mehrspindel-Automaten/

Fig. 5 stellt eine weitere Ausführungsform dar,

Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform bei einem sogenannten Vorderendfutter,

Fig. 6a zeigt im Axialschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer metallischen Feder als Kraftspeicher,

Fig. 7 und 8 sind Blockschemata von Regelkreisen für die Erläuterung der möglichen Verfahren unter Verwendung von erfindungsgemäßen Vorrichtungen,

Fig. 9 ist das Blockschema einer NC-Steuerung für eine Drehmaschine unter Einbeziehung des Spannvorgangs,

Fig. 10 bzw. 11 sind graphische Darstellungen des

Zeitverlaufs der mechanischen Einflußgrößen bei den beiden möglichen Betriebsverfahren, und

Fig. 12a bzw. 12 b stellen den konventionellen

Schraubtrieb bzw. den Wälzschraubtrieb zwecks Verdeutlichung der Unterschiede dar.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung in Verbindung mit der Arbeitsspindel einer Drehmaschine. Das Maschinengestell 20 stützt über Wälzlager 22 im Spindelstock 24 die Arbeitsspindel 26 ab. Das in der Zeichnung linke Ende, die "Nase" 28 der Spindel, trägt den (nicht dargestellten) Futterkörper eines Spannfutters, beispielsweise eines Dreibackenfutters, dessen Spannbacken durch die Axialbewegung eines Zug-/Druckrohrs 30 relativ zu der Spindel 26 betätigbar sind.

Diese Axialverschiebung wird mittels des Spannmotors 31 in der nachfolgend beschriebenen Weise auf das Rohr 30 übertragen:

Die Spindel 26 trägt die Hülse 32 mit dem Außenwälzgewinde 34; Spindel 26 und Hülse 32 sind starr miteinander verbunden, während die Mutter 36, die über die als Übertragungskörper oder Wälzkörper dienenden Rollen 38 mit ihrem Innengewinde 40 auf dem Außengewinde 34 abrollen kann, dabei eine Axial-Versetzung relativ zur Spindel erfährt, die auf das Rohr 30 zu übertragen ist.

Das Rohr 30 ist starr mit einer Mitnehmermuffe verbunden, die dadurch mit der Spindel 26 zu gemeinsamer Drehung verbunden ist, daß eine Rolle 44, auf dem Umfang der Muffe 42 montiert, in eine Innenlängsnut 46 der Hülse 32 greift.

Ein nach außen ragender Umfangsflansch 48 der Muffe 42 liegt sandwichartig eingebettet zwischen zwei Elastomerringen 50 bzw. 52, deren dem Flansch 48

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abgewandte Stirnseiten von nach innen einspringenden Schultern 54 bzw. 56 eines Zwischenringes 58 abgestützt werden. Auch der Zwischenring 58 läuft gemeinsam mit der. Spindel 26, dem Rohr 30, der Hülse 32 und der Muffe 42 um, da von der letzten ein am Umfang angeordneter Zapfen oder Keil 60 in eine entsprechende achsparallele Nut 62 des Zwischenringes 5 8 greift.

Auf einem Außenflansch 64 des Zwischenringes 5 8 ist mittels Kugellagern 66 die Mütter 36 derart gelagert, daß der Zwischenring die Axialbewegungen der Mutter mitmacht und sie über den jeweils dabei komprimierten Elastomerring 50 bzw. 52 auf die Muffe 42 und damit letztlich auf das Rohr 30 überträgt, wobei der Axialhub des Rohres gleich dem der Mutter, vermindert um den Kompressionshub des jeweiligen Elastomerringes, ist. Der jeweils komprimierte Elastomerring dient demgemäß als Spannkraftspeicher. (Es versteht sich, daß ein solcher oder andersartiger Spannkraftspeicher auch an einer anderen Stelle des Kraftflusses oder Reaktionskraftflusses untergebracht werden kann).

An dem dem Rohr 30 abgewandten Ende weist der Zwischenring 58 einen weiteren Außenflansch 68 auf, der als Widerlagerflansch bezeichnet werden soll, weil sich an ihm Druckfedern 70 abstützen, die einen Bremsring 72 gegen die Mutter 36 pressen. Der Bremsring ist mit dem Widerlagerflansch 68 über Mitnehmerzapfen 74 drehgekuppelt. Nur je eine Feder 70 und ein Mitnehmerzapfen 74 sind gezeich-' net; es versteht sich, daß sie in einer Vielzahl vorzugsweise alternierend auf dem Umfang des Widerlagerflansches 68 verteilt vorgesehen sind.

Die Mutter 36 weist einen Außenzahnkranz 7 6 auf, und auch der Widerlagerflansch besitzt einen gleichartigen Außenzahnkranz 78. Der Spannmotor 31 ist an einen Schlitten 80 angeflanscht/ der von einem Linearantrieb 82 längs einer am Maschinengestell 20 angeordneten Führung 84 parallel zur Achse der Spindel 26 verschieblich ist. Der Schlitten trägt ein Zahnsegment oder einfach eine Sperrklinke 86, die beim Verschieben des Schlittens 80 nach links in der Zeichnung mittels des Antriebs 82 in Eingriff mit dem Zahnkranz 7 8 des Widerlagerflansches gelangt und ihn gegen Verdrehung sperrt. Zugleich gelangt das Abtriebsritzel 88 auf der Welle des Spannmotors 31 in Eingriff mit dem Zahnkranz 76 der Mutter 36; die zu kuppelnden Verzahnungen sind mit den Eingriff erleichternden Profilierungen versehen.

Es sei angenommen, daß ausgehend von der gezeichneten Position ein Werkstück in dem (nicht dargestellten) Futter gespannt werden soll und daß hierzu das Zug-/Druckrohr relativ zur Spindel nach links verschoben werden soll. Hierfür wird der Schlitten 80 soweit nach links bewegt, bis der Spannmotor die Mutter 36 relativ zum Widerlagerflansch 68 verdrehen kann, was durch Auflaufen des Anschlagblocks 90 auf den letzteren signalisiert wird. Der Antrieb 82 wird dann derart stillgesetzt, daß der Schlitten 80 freigegeben wird und nun den Bewegungen der Mutter 36 bzw. des Widerlagerflansches 68 folgen kann.

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Während des Leerhubs des Spannfutters, solange also noch kein Kontakt der Spannbacken mit dem Werkstück vorliegt, ist das Rohr 30 relativ leicht beweglich gegenüber der Spindel 26, so daß sich zunächst die Axialverschiebung der Mutter 36 infolge Abrollens auf der Hülse 32 unter vernachlässigbar geringer Kompression des Elastomerringes 52 auf die Mitnehmermuffe 42 überträgt; beide laufen also nach links und nehmen den Schlitten 80 samt Motor 31 mit.

Sobald die Backen am Werkstück anliegen, kann das Rohr 30 praktisch seine Axialbewegung nicht mehr fortsetzen, so daß das weitere Verdrehen der Mutter 36 nun zu einer axialen Relativbewegung der Mutter bezüglich der Muffe 42 unter Kompression des Elastomerringes 52 führt.

Beim Ausschalten des Motors 31 ist die im Elastomerring 52 gespeicherte Kraft auch die auf das Druckrohr 30 übertragene, an den Backen des Futters wirkende Spannkraft.

Bei bekannter Kraft-Weg-Abhängigkeit des Elastomerringes ist die Größe der relativen Axialverschiebung zwischen dem Rohr 30 und der Mutter 36 ein Maß für die gespeicherte Spannkraft, und um diese Axialverschiebung erfassen zu können, ist an dem dem Futter abgewandten Ende der Muffe 42 ein über Wälzlager 92 abgestützter, nicht mit umlaufender Meßring 94 befestigt. Er trägt einen Wegdetektor 96, der den Abstand "d" zu erfassen gestattet und dessen. Ausgangsgröße über Kabel 98 einem (nicht dargestellten) Verarbeltungsschaltkreis zuführbar

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ist. Die jeweilige Position "p" des Zug-/Druckrohres 30 relativ zum Maschinengestell dagegen wird mittels zweier weiterer, stationär am Gestell 20 befestigter Detektoren 100, 102 erfaßt, zwischen denen sich ein Auslöser 104 bewegen kann, welcher auf einer vom Meßring 94 mitgenommenen Stange 106 sitzt.

Die Reibungsbremse 67-70-72-74 hält die Mutter 36 in ihrer jeweils erreichten Winkelstellung gegen Rückdrehmomente fest, die aufgrund der Massenträgheit oder aufgrund von Rückwirkungen von dem Spannsystem her die Tendenz hätten, die erreichte Spannposition des Rohres 30 zu verändern. (Diese ständig wirkende Reibungsbremse kann auch an anderen Stellen der Anordnung vorgesehen werden oder sogar, indem man die dem Wälzschraubtrieb arteigene Leichtgängigkeit dosiert beeinflußt). Der Antrieb 82 des Schlittens 80 läßt sich so steuern, daß das Abtriebsritzel 88 des Motors 31, anstatt mit dem Zahnkranz 7 6 der Mutter 36, in Eingriff mit dem. Zahnkranz 7 8 des Widerlagerflansches gelangt. Bei stillstehendem Spindelantrieb kann dann die gesamte Spindel mittels des Motors 31 verdreht werden. Dies ermöglicht, da der Motor vorzugsweise gezielt stillsetzbar ist, die Spindel in irgendeine gewünschte Winkellage zu drehen, etwa eine, in der eine Backe des Futters ihre tiefste Position erreicht hat. Die jeweilige Winkellage der Spindel kann dadurch erfaßt werden, daß auf der dem Motor 31 abgewandten Seite des Zahnkranzes 7 8 ein induktiver Geber 108 vorgesehen ist, der über

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sein Ausgangskabel ζ. B. einen programmbaren Zähler ansteuert.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 stimmt weitgehend mit Fig. 1 überein, und es sollen daher nur die Unterschiede gegenüber jener erläutert werden.

Man erkennt zunächst die "positiven" Gewindegänge 34 der Hülse 32, und im Bereich des Dürchbruchs sind die Innengewindegänge 40' der Mütter dargestellt, die hier "negativ" sind, das heißt, zu denen der Hülse entgegengesetzten Windungssinn aufweisen. Hätten beide Gewinde gleiche Steigung, würde deshalb überhaupt keine axiale Bewegung der Mutter 36 resultieren. Wählt man aber, wie hier, die Gewindesteigungen (geringfügig) unterschiedlich, also z. B. +2mm/360° für die Hülse, -2,5 mm/36Ö° für die Mutter, resultiert eine Differenz — im Beispiel O,5mm/360° —entsprechend welcher dann die Axialverschiebung erfolgt. Auf diese Weise lassen sich extreme Untersetzungsverhältnisse erreichen, ohne daß die Gewindegänge entsprechend geringe Tiefe aufzuweisen brauchen.

Während im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Rotor des Spannmotors 31 nur im Stillstand der Spindel mit dieser in Wirkverbindung gebracht wurde, kämmt in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 das Abtriebritzel 112 des Motors 31 ständig mit dem Zahnkranz 76 der Mutter 36 und schleppt, abgestützt durch Bordscheiben 114 an dem Zahnkranz, den Motor 31, den Axialbewegungen der Mutter 36 folgend. Demgemäß ist der gesamte Motor 31 in einer Schlittenführung 116 angeordnet, und sein

Stator 118 ist mittels Geradführung 120 gegen Drehung abgestützt.

Während des Arbeitsbetriebs läuft demgemäß der Rotor des Motors ständig mit der Spindeldrehung synchron um. Wenn im Spindelstillstand die Spannarbeit geleistet werden soll, muß die Spindel selbst festgehalten werden. Deshalb weist sie einen Halteflansch 122 auf/ der den Anker einer elektromagnetischen Bremse bildet. Das Joch 124 der Bremse mit der Wicklung 126 wird gleichzeitig mit dem Spannmotor eingeschaltet und legt sich entgegen der Wirkung von Druckfedern 128 (von denen nur eine gezeichnet ist) an den Halteflansch an, und da das Joch durch die Geradführung 130 gegen Drehung abgestützt ist, wird so auch die Spindeldrehung unterbunden. Der Kraftfluß für den Spannantrieb verläuft also vom Stator des Spannmotors in seinen Rotor, von diesem zur Mutter 36 und über die elektromagnetische Kupplung 122/124 zurück zum Stator. Die Kupplung zwischen Motor 31 und dem Wälzschraubtrieb erfolgt demgemäß elektromagnetisch und berührungslos. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 3 gezeigt, bei deren Erläuterung wieder nur die Unterschiede gegenüber Fig. 1 behandelt werden.

Auf der Mutter 130 des Wälzgewindetriebs sitzt ein Isolationsrohr 132, das die Stäbe 134 und Kurzschlußringe 136 des Motorläufers trägt. Demgemäß ist die Mutter 130 selbst ein Teil des Motorrotors. Stationär und ^u.oaxial zu dem Läufer ist der Stator mit Polen 138 und Wicklung 140 angeordnet.

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Ferner ist in dieser Ausführungsform — im Gegensatz zu Fig. 1 — die Bewegungssperre zur Aufrechterhaltung des Spannzüstands nur dann wirksam, wenn der Spannmotor ausgeschaltet ist. Die auch hier als Bewegungssperre dienende Reibungsbremse 142 hat prinzipiell denselben Aufbau wie nach Fig. 1, dorch ist der Bremsbelagträger 144 aus magnetisierbarer^ Material als Anker eines Elektromagneten ausgebildet, dessen Joch 146 derart angeordnet ist, daß bei Erregung seiner Wicklung 148 der Belagträger 144 entgegen der Wirkung der Druckfedern 70 von der Mutter 36 abgehoben wird, weil dadurch der Luftspalt des Magnetkreises verkleinert wird.

Wie man erkennt, ist die Anordnung so getroffen, daß diese Wirkung unabhängig von der Axiallage der Mutter 36 bezüglich des Jochs 146 eintreten wird; der Widerlagerflansch 150 ist entsprechend länger ausgebildet. Man erkennt ferner, daß die 0 Ansteuerung des Magnets keinerlei Probleme aufwirft, da er dann die Mutter freigeben soll, wenn auch der Spannmotor angesteuert wird: Beide Systeme werden demgemäß gleichzeitig unter Spannung gesetzt.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist keine Bremse für die Spindel gezeichnet, die ja während der Spannvorgänge nicht verdreht werden darf. Hier ist davon ausgegangen, daß die Spindel ständig mit ihrem eigenen Antriebsmotor gekuppelt ist und daß dieser mit einer Bremse ausgestattet ist, die bei seiner Ausschaltung in Tätigkeit tritt und so auch die Spindel festhält.

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In Fig. 3 sind noch die beiden unterschiedlichen Dicken f^ bzw. f- der Elastomerfeder 50 im gelösten bzw. im gespannten Zustand des Spannsystems angedeutet; auf diese Größen wird bei der Erläuterung der Figuren 10 und 11 eingegangen.

Fig. 4 zeigt die Anwendung der Vorrichtung bei einer Mehrspindelmaschine. Die Spindeln 160 und 162 (es können natürlich mehr als zwei sein) sind in einer Spindeltrommel 164 gelagert, die ihrerseits im Maschinengestell 166 um ihre Achse 168 in Schritten drehbar ist. In jeder so einstellbaren Winkellage der Trommel 164 läßt sich der einzige vorgesehene Spanninotor 170 mit derjenigen Spindel (hier Spindel 160) in Wirkverbindung bringen, deren Zahnkränze 176, 178 dann mit dem Spannmotor ausgefluchtet stehen. Der Aufbau der Spindeln und des Motors nebst dessen Aufhängung entsprechen der Darstellung nach Fig. 1.

Bei den insoweit beschriebenen Ausführungsformen ist ein gesondert ansteuerbarer Spannmotor vorgesehen. Da die Spannarbeit jedoch während des Stillstands der Arbeitsspindel zu erfolgen hat, die ihrerseits ja ebenfalls einen Antriebsmotor aufweist, der dann nicht in Betrieb ist, besteht die Möglichkeit, den Spindelantriebsmotor während des Spindelstillstands als Spannmotor einzusetzen.

Eine solche Ausführungsform ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Die Spindel 180 trägt eine Zahnriemenscheibe 182, und auch die Mutter 184 trägt

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eine Zahnradscheibe 186. Der stationär am Maschinengestell 188 befestigte einzige Motor 190 trägt auf seiner Abtriebswelle ein Zahnriemenritzel 192, das über den Zahnriemen 194 die Mütter antreibt, wenn ein Spannvorgang auszuführen ist; die Spindel wird dabei gegen Drehung dadurch festgehalten, daß ihre Zahnriemenscheibe 182 über den Zahnriemen 196 mit .einem Zahnriemenritzel 198 in Wirkverbindung steht, das auf einer Hilfswelle 200 aufgekeilt ist und mittels der elektromagnetischen Kupplung 202 bei deren Erregung gebremst wird. Die Hilfswelle 200 liegt ausgefluchtet mit der Abtriebswelle des Motors 190 und ist mit dieser über eine zweite elektromagnetisch schaltbare Kupplung 204 in Antriebsverbindung bringbar. Wenn also die Kupplung 202 entregt wird und dafür die Kupplung 204 erregt wird, treibt der Motor über beide Zahnriemen sowohl die Spindel 180 als auch die Mutter 184 an. Es versteht sich, daß in dieser Betriebsphase Mutter und Spindel genau gleiche Drehzahl haben müssen; deshalb sind die beiden Zahnriemenscheiben und die beiden Zahnriemenritzel jeweils identisch; es ist nicht möglich, mit einfachen Keilriemen zu arbeiten, weil dann aufgrund unvermeidlicher ToIeranzen nach und nach eine Drehwinkeldifferenz zwischen Spindel und Mutter kumulieren würde, die entweder das Spannsystem lösen oder aber durch zu starke Spannung beschädigen würde.

Fig. 6 zeigt die Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung bei einem sogenannten "Vorderendfutter", d. h. einer Bauart, bei der die Antriebsorgane für die Futterspannbacken auf der Futterseite der Spindel angeordnet sind.

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An die Spindelnase 210 ist ein Zwischenträger 212 angeflanscht, an dessen der Spindel abgewandtem Ende der eigentliche Futterkörper 214 sitzt. Es handelt sich hier um ein Dreibackenfutter mit radial bezüglich des Futterkörpers 214 geführten Spannbacken 216, deren Spannbewegung von je einem Zug-/ Druckbolzen 218 über Winkelhebel 220 übertragen wird. Diese Konstruktion für ein Vorderendfutter ist an sich bekannt.

Die drei Bolzen 218 sind mit einem Widerlagerring 222 verschraubt, auf dem wälzgelagert und koaxial die Hülse 224 angeordnet ist. Aufbau und Anordnung des Bremsaggregats 226 entsprechen im Prinzip der Ausbildung nach Fig. 1. Die Hülse 224 mit ihrem Wälzgewinde 228 kann sich über die Ubertragungskörper — Wälzrollen 2 30 — auf dem Innengewinde 232 der Mutter 234 abrollen und dabei einen Axialhub auf den Widerlagerring 222 und damit auf die Bolzen 218 übertragen. Die Mutter 234 ist fest mit dem Zwischenträger und damit auch mit der Spindelnase 210 verbunden. - Die Hülse 224 ist mit einem Zahnkranz 236 versehen, mit dem auf dem Umfang des Zwischenträgers 212 gelagerte Übertragungsritzel 238 kämmen, und diese ihrerseits kämmen mit der Innenverzahnung 240 eines Kupplungsringes 242. Mit dessen Außenzahnkranz 244 kann das Abtriebsritzel 246 des Spannmotors 248 in Wirkverbindung gebracht werden, wenn ein Spannvorgang durchzuführen ist; zu diesem Zweck ist der Motor radial bezüglich der Spindelachse in Richtung des Pfeiles 250 verfahrbar. Wenn der Motor auf diese Weise mit dem Kupplungsring 242 in Eingriff gebracht wird, muß zugleich die SpindeJ gegen Drehung qrbrcni:.! werden. Iljfrfür

ist ein Spindelarretiermagnet 252 vorgesehen, dessen Anker 253 bei Erregung als Sperrklinke in die Verzahnung 254 eines auf der Spindel sitzenden Zahnkranzes 255 einfällt.

Ein besonderer Vorteil dieser Bauweise liegt darin, daß die Spindelbohrung voll für Stangenarbeiten genutzt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Wälzschraubteil neben der Umsetzung der Drehbewegung von Hülse 224 in eine Axialbewegung des Widerlagerringes 222 auch noch die Funktion einer Geradführung das für die Ableitung der Backenbewegungen vorzusehenden zentralen Körpers übernimmt, was bei Vorderendfuttern wegen der kurzen Baulänge im allgemeinen schwierig ist.

In den bisher behandelten Ausführungsformen wurden als Kraftspeicher Elastomerfedern eingesetzt. Diese sind nur kompressionsbelastbar, so daß bei der Notwendigkeit, in beiden Richtungen spannen zu müssen, zwei solcher Elastomerblöcke einzusetzen sind. Metallische Federn hingegen sind bei. geeigneter Auslegung sowohl in Zug- als auch in Druckrichtung belastbar. Ein Ausführungsbeispiel mit einer metallischen Kraftspeicherfeder ist in der Fig. 6a im Längsschnitt dargestellt.

Am hinteren Ende einer hohlen Spindel 300 sitzt als Verlängerung eine Traghülse 302, die als Träger für zwei zueinander relativverschiebliche Baugruppen dient. Die erste Baugruppe, deren Elemente fest miteinander verbunden sind, umfaßt Ringe 304 und 306, eine Wellrohrfeder 308 und die Wälzgewindetrieb-Mutter 310.

Die gesamte erste Baugruppe ist relativdrehbar bezüglich der Traghülse 302 und auf dieser mittels Kugellager 312 sowie mittels einer ersten Kugelführung 314 abgestützt; das Kugellager 312 bleibt axialfest

bezüglich der Spindelachse, während das ihm abgewandte Ende der Wellrohrfeder und die mit diesem verbundenen Bauteile längs der Spindelachse wandern können und deshalb eine Kugelführung als Abstützung benötigen.

Zu der zweiten Baugruppe gehören die Wälzgewindetrieb-Hülse 324 und das mit dieser verbundene Zug-Druck-Rohr 334. Die zweite Baugruppe ist mittels einer zweiten Kugelführung 326 auf der Innenseite der Traghülse 302 abgestützt, und zwar längsverschieblich relativ zu dieser, während eine relative Drehbewegung zwischen beiden durch eine als Mitnehmerkeil wirkende Paßfeder 328 verhindert wird, welche in eine Längsnut der Hülse 324 greift.

Die Wälzelemente des Wälzgewxndetriebs 310/324 sind hier Gewinderollen 332, im Eingriff mit dem Innengewinde 322 der Mutter 310 und dem Außengewinde 330 der Hülse 324.

Um eine Rotationsbewegung einleiten zu können, trägt der Ring 304 einen Zahnkranz 316; unerwünschte Drehbewegungen verhindert ein Bremssystem, bestehend aus einem Bremsring 318, der sich an federvorgespannte Stifte 320 legt.

Bei stillstehender Spindel wird ein (nicht gezeichneter) Antrieb mit dem Zahnkranz 316 gekuppelt und.durch diesen die erstgenannte Baugruppe relativ zur Traghülse 302 verdreht. Durch die Wirkung des Wälzgewindetriebs bewegt sich dabei die Wälzgewindetrieb-Hülse 324 z.B. aus der hier gezeichneten linken Endlage nach rechts und nimmt dabei das Zug-Druck-Rohr 334 mit. Sobald das letztere abgebremst oder blockiert wird, etwa durch Auftreffen von durch das Rohr 334 betätigten Spannbacken auf ein Werkstück, kann sich die Hülse 324 nicht mehr weiterbewegen, und es beginnt nun die Mutter 310, sich längs des Wälzgewindetriebs in Axialrichtung, hier nach links, zu bewecen, wobei die Wellrohrfeder 308 deformiert w:i rd und somit als Spannkraft-

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speicher wirkt. Diese Wirkung tritt auch ein, wenn der Spannvorgang in Gegenrichtung erfolgt, da die Wellrohrfeder sowohl bei Zug- als auch bei Druckbelastung als Kraftspeicher dienen kann. Die Messung der gespeicherten Kraft kann in analoger Weise zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung erfolgen.

Die Wellrohrfeder besteht aus einem Metall mit bekanntem Elastizitätsmodul und wird entsprechend einer gewünschten Kraft-Weg-Charakteristik bemessen. Dabei ist es bevorzugt, eine ausgehärtete Aluminiumknetlegierung zu verwenden, da diese erstens ein hohes Streckgrenze-Zugkraft-Verhältnis besitzt und sich zweitens leicht zerspanen läßt. Es versteht sich, daß die in Fig. 6a gezeichnete Profilform nur schematisch zu verstehen ist; in der Praxis wird man die innenliegenden Kanten abrunden, um Kerbbelastungen abzubauen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Aluminium ist die Verringerung der Masse und damit des Trägheitsmoments. Da außerdem die Abmessungen etwa im Vergleich mit Stahl größer sind, wirken sich Bearbeitungstoleranzen weniger stark aus.

Aus der Erläuterung der Ausführungsbeispiele kann man erkennen, daß es zahlreiche Möglichkeiten der konstruktiven Gestaltung gibt; so kann die Mutter ortsfest bezüglich der Spindel sein, wobei dann die Hülse sowohl die relative Dreh- als auch die relative Axialbewegung ausführt (Fig. 6), es kann aber auch eines der Bauteile Hülse/Mutter nur drehbar gegenüber der Spindel, das andere nur axialverschieblich bezüglich der Spindel sein (ein solches Ausführungsbeispiel ist nicht dargestellt) . In den Figuren 1 bis 5 dagegen ist die Hülse ortsfest bezüglich der Spindel, während die Mutter sowohl Dreh- als auch Axialbewegungen bezüglich der Spindel ausführt.

In den Zeichnungen sind vielfach einstückig miteinander verbundene Bauteile so dargestellt, wie sie zweckmäßigerweise aus getrennten Komponenten zusammengefügt werden, um die ganze Anordnung montieren zu können. Wo dies nicht der Fall ist, versteht es sich für den Fachmann von selbst, wo die Teile zu trennen sind.

Wie oben erläutert, läßt sich das Spannsystem in einen Regelkreis integrieren, von dem in Fig. 7 und 8 je eine Ausführungsform dargestellt sind. Der Regeleinrichtung R wird die Führungsgröße w aufgeschaltet, die ein Maß für die am Zug-/ Druckrohr bzw. -bolzen aufzubringende Spannkraft ist. Die Regeleinrichtung R vergleicht die Führungs· größe mit der Regelgröße χ / die mittels eines

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Meßumformers MU in ein entsprechendes Signal x_a umgesetzt wird, und erzeugt eine entsprechende Stellgröße γ_, mit der der Spannmotor M beaufschlagt wird, welcher seinerseits den Wälzschraubtrieb WS betätigt. Spannmotor M und Wälzschraubtrieb WS bilden gemeinsam die Regelstrecke S_. Der Meßumformer kann die Spannkraft durch Erfassen der elastischen Deformation irgendeines im Spannkraftfluß liegenden Gliedes erfassen, vorzugsweise der die Spannkraft speichernden Feder. - In Fig. ist zwischen den Meßumformer und die Regeleinrichtung noch ein Analog-Digital-Umsetzer geschaltet, der ein digitales Signal s_a2 abgibt für den Fall, daß die Regeleinrichtung und der Motor für digitalen Betrieb ausgelegt sind; es versteht sich, daß dann auch die Führungsgröße w in digitaler Form vorliegt.

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Fig. 9 zeigt in Blockform die gesamte Steuerung für eine Drehmaschine, bei der für die zwei Koordinaten des Werkzeugkreuzschlittens die beiden Regelkreise "I" bzw. "II" und für das Spannsystem ein Regelkreis "III" entsprechend Fig. 7 (oder Fig. 8) vorgesehen sind. Die Zentraleinheit ZE liefert in Abhängigkeit von einem eingegebenen Programm die drei Führungsgrößen w , W₁₁, W und steuert zugleich den zeitlichen Ablauf der einzelnen Vorgänge einschließlich des Spindelantriebs SA.

Wenn das Spannsystem bei einer Werkzeugspindel etwa einer Bohr- oder Fräsmaschine eingesetzt wird, bei der mehr als zwei Koordinaten vorzugeben sind, wird die Anzahl der Regelkreise entsprechend vergrößert.

Es versteht sich, daß die von dem Meßumformer MU gelieferten Signale so ausgelegt sind, daß die einzelnen Regelkreise untereinander gleich sein können, und zwar einschließlich der jeweiligen Motoren. Dies vereinfacht den Aufbau, die Wartung und die Lagerhaltung.

Fig. 10 zeigt den zeitlichen Ablauf des Spannvorgangs. Über der Zeitachse (Abszisse) ist im oberen Teil der Darstellung die Axialabmessung der Feder — z. B. der Feder 52 in Fig. 1 oder 3 — aufgetragen, die ihrerseits ein Maß für die Kompressionskraft und damit die Spannkraft ist, wobei natürlich kleineren Axialabmessungen größere Kräfte entsprechen und der Zusammenhang keineswegs linear zu sein braucht.

IQ.

Im unteren Teil der Zeichnung ist das zugehörige Abtriebsmoment des Spannmotors dargestellt.

Zum Zeitpunkt t-0 möge der Spannmotor anlaufen. Bis zum Kontakt der Spannbacken mit dem zu spannenden Werkstück oder Werkzeug hat der Motor nur das (geringe) Reibungsmoment mit seinem Anfangsdrehmoment Md, zu überwinden, und die Feder wird kaum merklich gegenüber ihrer Nominaldicke f_A komprimiert. Zum Zeitpunkt Q möge der Kontakt zwischen Spannbacken und Werkstück oder Werkzeug erfolgen. Der Motor muß nun ein stark ansteigendes Drehmoment am Wälzschraubtrieb aufbringen und die Feder wird zunehmend komprimiert. Wenn die Axialabmessung der Feder den Wert f„ erreicht hat, beträgt das Abtriebsmoment des Motors Md_E, und man kann durch Eichung denjenigen Wert für f ermitteln, bei dem

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Md_E gerade die gewünschte Spannkraft ergibt, wenn die Größe f_E als Abschaltsignal verwendet werden soll. Dies ist zu bevorzugen, da zwar die vom Motor aufgenommene und leicht meßbare elektrische Leistung ebenfalls ein Maß für Md_E ist, aber doch noch die variablen Reibungsverluste und der Motorwirkungsgrad zu berücksichtigen sind.

Der obere Teil von Fig. 11 ist identisch mit dem oberen Teil von Fig. 10. Im unteren Teil ist hier jedoch der Verlauf der Motordrehzahl η aufgetragen. Zu dem Zeitpunkt, in welchem die Federkompression f_E erreicht ist/ soll die Drehzahl des Motors genau n_E=O sein. Um dies zu erreichen, kann man die Drehzahl "parallel" zu denn Maß f heruni erfahren, wobei jeweils der "Restweg" fR zum Zeitpunkt l_R als

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-IA-

Vorgabe für die Motordrehzahl· U^ der Maschinensteuerung zugeführt werden kann.

Fig. 12a und 12b unterscheiden sich nur durch die Ausbildung des eigentlichen Schraubtriebes. Fig. 12a zeigt einen Gleitschraubtrieb mit dem Flankendurchraesser "D" und der Steigung "h", der als Flachgewinde ausgebildet ist, wobei die (hier nur beispielsweise hohle) "Hülse" 273 und die "Mutter" 27 0 ein rechteckiges Gewindeprofil aufweisen.

0 Bei der Aufbringung eines Drehmoments Md wird hier eine Axialkraft F_& erzeugt, welche an das Zug-/Druckrohr 277 weitergeleitet wird. Um das Zug-/Druckrohr lediglich eine Axialverschiebung ohne Rotation durchführen zu lassen, ist zwischen Hülse und Zug-/Druckrohr ein Axial-Kugellager eingebaut, bestehend aus dem Hüsen-Flansch 27 4, den Kugeln 275 und dem Lager-Außenring 276. Der Lager-Außenring trägt außerdem einen Bolzen mit. Laufrolle 279, welche in einer Nut 280 der Mutter 270 abwälzen kann, wodurch eine Verdrehung des Lager-Außenringes relativ zur Mutter 270 verhindert wird.

Fig. 12b zeigt einen Wälzschraubtrieb mit der (hier nur beispielsweise hohl ausgeführten) "Hülse" 271, der Mutter 270, sowie den "Übertragungskörpern" 272.

Der Wälzschraubtrieb ist im gezeigten Beispiel als Kugelschraubtrieb ausgebildet. Hierbei sind die Übertragungskörper 27 2 Kugeln, welche auf einem Wälzdurchmesser "D" in sphärisch geformten Nuten laufen, welche spiralenförmig

und mit gleicher Steigung "h" auf dem Außenzylinder der Hülse 271 und in dem Innenzylinder der Mutter 27 0 mit großer Präzision eingebracht sind. Bei einer Rotation der Hüse relativ zur Mutter wälzen sich die Kugeln zwischen der Innennut und Außennut ab, während gleichzeitig eine axiale Verschiebung von Mutter und Hülse relativ zueinander erfolgt. Drehmoment M^ und Axialkraft

F₃ sind dabei über die Formel M, = Fa-h verbunden.

^d 2 Ot Bei der Umwandlung des Drehmoments in eine Axialkraft ist dabei ein sehr geringes Reib-Drehmoment aufzubringen, welches in der Größenordnung eines Axial-Wälzlagers mit dem Wälz-0 "D" liegt. Das geringe Reib-Drehmoment ist dabei durch den Abwälzvorgang der Kugeln bedingt.

Der in Abb. 12b gezeigte Kugelschraubtrieb stellt nur eine von mehreren möglichen Ausführungsformen der Wälzschraubgetriebe dar. Eine weitere Ausführungsform ist z. B. der Rollenschraubtrieb.

Hierbei werden die spiralenförmigen sphärisch ausgebildeten Nuten ersetzt durch Gewinderillen mit dreieckigem Gewindeprofil, und die Kugeln werden ersetzt durch mit Außengewinde versehenen Rollen. Auch hier übertragen die Rollen die Kräfte zwischen Hülse und Mutter mit einer Abwälzbewegung mit einem ebenfalls sehr hohen Wirkungsgrad.

Bei Kugelschraubtrieben nach Fig. 12b, bei denen eine größere axiale Verlagerung der Hülse 271 durchgeführt werden muß, ist eine Kugelrückführung üblich, welche in Fig. 12b nicht dargestellt ist,

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weil dort die Durchführung lediglich kleinerer axialer Verlagerungen angenommen wird, bei denen eine Kugelrückführung nicht vorgesehen zu werden braucht.

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Leerseite

Claims (28)

1. Ansprüche

   f 1 Λ Vorrichtung zum Erzeugen einer axialen Betätigungskraft für das Spannen von Werkzeugen oder Werkstücken in oder an zum Umlauf antreibbaren Arbeitsspindeln während deren Stillstand, um-

   10 fassend einen Motor, dessen Abtriebsmoment über einen mit der Arbeitsspindel mitumlaufenden Schraubtrieb in die axiale Betätigungskraft umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubtrieb als Wälzschraubtrieb ausgebildet ist und daß eine mit-

   15 umlaufende Bewegungssperre zum Verhindern einer Entspannbewegung infolge Massonkräften oder Spannkraft rückwi rkung vorgesehen ist .

   BAD ORIGINAL
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem einen Stator und einen Rotor aufweisenden Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator des Motors stationär angeordnet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Motor stationär ange-• ordnet und mit dem Wälzschraubtrieb kuppelbar ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine mechanische Kupplung.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3_r gekennzeichnet durch eine elektromagnetische Kupplung.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator des Motors, sein Rotor und die Arbeitsspindel koaxial zueinander angeordnet sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zugleich als Mütter des Wälzschraubtriebs ausgebildet ist.
8. 0 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen Motor und Wälzschraubtrieb vorgesehenes Untersetzungsgetriebe.
9. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälzschraubtrieb als Rollenschraubtrieb ausgebildet ist.

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10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälzschraubtrieb als Differentialschraubtrieb ausgebildet ist.
11. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungssperre schaltbar ist.
12. 12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wälzschraubtrieb ein mitumlaufender Kraftspeicher zugeordnet ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher als Feder ausgebildet ist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als metallische, vorzugsweise aus einer ausgehärteten Aluminiumlegierung bestehende Wellrohrfeder ausgebildet ist.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als Elastctnerfeder ausgebildet ist.
16. 16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Meßorgan für die Spannkraft.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Meßorgans mitumlaufend ausgebildet ist.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 16, dadurch gekennzeichnet daß der Kraftspeicher ein elastisch deformierbares Element umfaßt, bei dem der Deformationsweg eine bekannte Funktion der gespeicherten Kraft ist, und daß das Meßorgan für die Erfassung des Deformationsweges ausgebildet ist.
19. 19. Vorrichtung-nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, bei der die axiale Betätigungskraft auf ein Zuq-/Druckrohr ausgeübt

    wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Zug-/Druckrohres relativ zur Arbeitsspindel abtastbar ist.

    ■
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälzschraubtrieb in einen Futterkörper integriert ist.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20 für ein Vorderendfutter einer Drehmaschine, bei dem axialgeführte Bolzen für die Betätigung je einer Spannbacke vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das relativ zur Spindel axialbewegliche Element des Wälzschraubtriebs mit den Bolzen verbunden und mittels des Wälzgewindes geradgeführt ist.
22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 3 für eine Maschine mit mehreren achsparallelen·Arbeitsspindeln, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Motor vorgesehen ist, der mit den Wälzschraubtrieben der Spindeln gesteuert in Wirkverbindung bringbar ist,
23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsmotor für die Arbeitsspindel während des Spindelstillstandes als den Wälzschraubtrieb antreibender Motor ankuppelbar ist.
24. 24. Verwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche bei hohlen Arbeitsspindeln.

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    3314529
25. 25· Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 16/ dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Meßorgan gelieferte Meßwert mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen wird und der Motor entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs hinsichtlich der Spannkraft geregelt wird, die das von ihm erzeugte Abtriebsmoment aufbaut.
26. 26· Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Kraft-Weg-Umformers die Kraftmeßgröße in eine Wegmeßgröße umgeformt wird und daß die Drehzahl des Motors bis zum Erreichen eines der gewünschten Spannkraft entsprechenden Weges in Abhängigkeit von dem verbleibenden Rest-Meßweg vermindert wird.
27. 27. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Teil einer aus Standardkomponenten fur Regler und Motoren aufgebauten NC-Steuerung ist.
28. 28. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraft-Weg-Umformer eine Feder vorgesehen ist, die vorzugsweise zugleich als Spannkraftspeicher dient.

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