DE3322566A1

DE3322566A1 - Gewindespindel-antrieb fuer werkzeug- und werkstueckschlitten

Info

Publication number: DE3322566A1
Application number: DE19833322566
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl.-Ing. Jakob (FH), 8751 Kleinwallstadt; Benno Dipl.-Ing. Zimmermann (FH), 8767 Wörth
Original assignee: Jakob & Co KG GmbH
Current assignee: Jakob & Co KG GmbH
Priority date: 1983-06-23
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE3322566C2

Description

Gewindespindel-Antrieb für Werkzeug- und Werkstückschlitten
Die Erfindung betrifft den Gewindespindel-Antrieb von Werkzeug- und Werkstückschlitten.
Wenn für einen Arbeitsvorgang lineare Bewegungen erforderlich sind, so wird dies vor allem bei Werkzeugmaschinen dadurch verwirklicht, daß man das Werkzeug oder das Werkstück auf einem in Bahnen geführten Schlitten aufspannt und diesen mit einer Gewindespindel antreibt. Die Antriebsbewegung ist heute bis hin zu numerischer, vorprogrammierter Steuerung mehr oder weniger automatisiert. Trotzdem kann es aufgrund von Aufspannfehlern, Frogrammierfehlern usw. zu Kollisionen zwischen ruhenden und bewegten Teilen (z. B.
Schlitten-Maschinenrahmen; Werkstück-Werkzeug etc.) kommen.
Bei einer solchen Kollision werden meist mehrere beteiligte Glieder des Kraftflusses, zumindest aber das schwächste, beschädigt oder zerstört; die Folgekosten sind erheblich.
Es werden deshalb bereits Sicherheitskupplungen zwischen Antriebsmotor und Spindel angebracht. Ihr Ausrückmoment wird so eingestellt, daß die für den Bearbeitungsvorgang notwendigen Kräfte zwar übertragen werden, bei den im -ungewollten und unvorhergesehenen- Kollisionsfall auftretenden noch größeren Kräften die Sicherheitskupplung jedoch die Verbindung zwischen Motor und Spindel (oder Getriebe) trennt. Beider liefern bei dieser Lösung die auf der Spindelseite des Kraft- bzw. Drehmomentflusses verbleibenden Teile der Sicherheitslcupplung, eventuell vorhandene Ge- triebe, die Spindel und die Spindelmutter mit ihrer Bewegungsenergie einen erheblichen Anteil der Kollisionsenergie.
Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, die Trennstelle wei ter in Richtung Kollisionspunkt zu verlegen, zum Beispiel zwischen Spindelmutter und Schlitten 1 um im Kollisionsfalle sofort soviel wie möglich Bewegungsenergie auszurücken.
Diese bekannten Lösungen 1 haben jedoch zwei wesentliche Nachteile. Erstens muß die Spindel umgehend zum Stillstand gebracht werden, weil es sonst nach Überlaufen des Kollisionspunktes innerhalb der Sicherheitseinrichtung zu Sekundärkollisionen kommt. Zweitens hat weder bei dem federnoch hydraulikkraftbelasteten Vorschlag aufgrund der Fertigungstoleranzen und der Anbringung von Flanschen an beiden Enden die Mutter eine auf Mikrometer genaue axiale Position, Bild 1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Vorteil zu erhalten, daß die Trennstelle zwischen Antrieb und Abtrieb so weit wie irgend möglich in Richtung Kollisionspunkt verschoben wurde, jedoch die Nachteile der bekannten Lösungen auszuschalten, daß es erstens bei nicht rechtzeitigem Stillstand der Spindel zu Sekundärkollisionen innerhalb - der Sicherheitseinrichtung kommt und zweitens, daß die Wiederholgenauigkeit der axialen Stellung der Spindelmutter und damit des Schlittens nur von Fertigungsgenauigkeiten abhängt.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1,2,3 und 4 gelöst.
In den nun folgenden Wort- und Bildbeschreibungen wird die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Bild 2 zeigt eine erfindungsgemäße Sicherheits-Spindelmutter im eingerückten Zustand, d. h., im Betriebszustand.
In diesem Zustand verläuft der Kraftfluß von der Spindel (1) über die Spindelmutter (2) in die mit ihr verschraubte Spindelmutterfassung (3). Von dort aus über den Spreizring (8) in das mit dem Schlitten (9) verschraubte Gehäuse (7).
Der Spreizring (8) ist ein Ausführungsbeispiel für radial bewegliche Formstücke (siehe auch Bild 5).
Der Überlastschutz entsteht in dieser erfindungsgemäßen Anordnung auf folgende Weise: Überschreitet die Gegenkraft am Schlitten (9) bei rotierender Spindel (1) ein vorher festgelegtes Maß, so drückt die Nut des Gehäuses (7) den Spreizring (8) in die Nut zwischen der Spindelmutterfassung (3) und dem Gleitring (5) gegen die Kraft der Feder (4). Sobald der Spreizring (8) die Nut des Gehäuses (7) verlassen hat, ist der Kraftfluß von der Spindel (1) zum Schlitten (9) unterbrochen. Die Spindel (1) kann nun nämlich die Spindelmutter (2) samt Spindelmutterfassung (3), Spreizring (8), Gleitring (5), Feder (4) und Nutmutter (6) aus dem Gehäuse (7) hinausschieben.
Diese Schiebebewegung wird in dieser erfindungsgemäßen Anordnung nicht durch Schubkraft-Begrenzungselemente eingeschränkt, sondern lediglich durch die Spindellänge.
Der Wert der Kraft der Feder (4) kann mit Hilfe der Nutmutter (6) eingestellt werden. Legt man den Arbeitsbereich der Tellerfeder außerhalb des in DIN 2092 dargestellten Bereiches, so kann man bei zweckmäßiger Gestaltung der Tellerfeder während des Ausrückvorganges eine abnehmende Tellerfederkraft erreichen, siehe Bild 6. Hierbei liegt der Arbeitsbereich der Tellerfeder zwischen Um beim Wiedereinrücken die gleiche Position zu erreichen, wie vor dem Ausrücken muß sichergestellt werden, daß sich die Spindelmutterfassung (3) nicht gegen das Gehäuse (7) verdreht. Dafür geeignete Konstruktionen, wie z. B. Paßfeder - Paßfedernut, federverspannt, oder andere gleitende Verdrehsicherungen sind Stand der Technik, weshalb sich eine separate Darstellung erübrigt.
Bild 2 zeigt deutlich, daß ein Wiedereinrücken der erfindungsgemäßen Sicherheits-Spindelmutter durch Drehrichtungsumkehr der Spindel (1) selbst dann auch ohne Schwierigkeiten möglich ist, wenn alle obengenannten Teile (2), (3), (8), (5), (4) und (6) völlig aus dem Gehäuse (7) hinausgeschoben wurden. Man braucht z. B. nur an beiden Enden des Gehäuses (7) die Bohrungen mit einem entsprechend konischem Einlauf versehen.
Für den Überlastschutz kann man als radial bewegtes Formstück statt dem Spreizring (8) erfindungsgemäß auch andere Bauelemente einsetzen, wie z. B. die Kugeln (16) und (17), Bild 3. Die Kugelanordnung ist zugleich ein Beispiel dafür, daß ohne Verwendung einer speziellen Federkennlinie ein Abnehmen der Kraft während des Ausrückvorganges auch dadurch erreicht werden kann, daß man die Kraftübertragungselemente entsprechend anordnet.
Will man statt mit Formstücken den Schlitten (9) zur Spindelmutter (2) mit Hilfe von Planflächen axial positionieren, so ist die in 1 vorgeschlagene und in Bild 1 dargestellte Anordnung ungünstig. Um diese Anordnung axial spielfrei zu halten, müßten nämlich auch bei äußeren Temperatureinflüssen die Längen der Spindelmutter (2) und des Gehäuses (7) immer absolut gleich bleiben. Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, nur eine Planfläche zu verwenden.
Im erfindungsgemäßen Beispiel von Bild 3 ist die Spindelmutterfassung (3) mit der Spindelmutter (2) und das Gehäuse (7) mit dem Schlitten (9) verschraubt. Die Planflächen (io) dieser beiden Teile werden mit Federkraft gegen die Planflächen (1o) des Anschlagringes (11) gepreßt. In dem Anschlagring (11) sind mehrere Axialbohrungen (12) angebracht, in die jeweils eine Kugel (13), Feder (14) und Schraube (15) eingebracht werden. Diese federnde Anordnung drückt auf je zwei weitere Kugeln (16) und (17), die sich in radialen Bohrungen befinden. Das Herausfallen dieser Kugeln (16) und (17) wird dadurch verhindert, daß die äußeren Ränder der radialen Bohrungen mit einem entsprechenden Werkzeug verengt werden.
Wird die Bewegung der gesamten Einheit von links nach rechts durch zu hohe Kräfte am Schlitten (9) behindert, so nimmt die Spindelmutterfassung (3) den Anschlagring (11) formschlüssig mit, und die schräge Fläche am Gehäuse (7) preßt die äußeren Kugeln (16) gegen die Federkräfte in die radialen Bohrungen. Die Spindelmutter (2) kann sich nun ungehindert nach rechts weiterbewegen. Das Wiedereinrücken der Spindelmutter (2) durch Drehrichtungsumkehr der Spindel (1) ist ohne Schwierigkeiten möglich, da das Gehäuse (7) eine konische Einlauffläche hat.
Bei der Bewegung von rechts nach links verbleibt der Anschlagring (11) beim Gehäuse (7) und die Schräge der Spindelmutterfassung (3) drückt die inneren Kugeln (17) gegen die Federkräfte in die radialen Bohrungen. Das Ntiedereinrücken ist auch hier problemlos, weil die Spindelmutterfassung (3) auch eine konische Einlauffläche hat.
Zum Aufeinanderpressen der Planflächen (io) kann man erfindungsgemäß statt federelastischer Bauelemente natürlich auch pneumatisch oder hydraulisch erzeugte Drücke benutzen.
Dazu brauchte man z. B. in Bild 3 die Federn (14) nur durch Kolben zu ersetzen und entsprechende Zuleitungen anzubringen.
Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit um die Planflächen (lo) aufeinander zu pressen, ist es, hierfür elektro- oder permanent-magnetische Felder einzusetzen.
Ein Ausführvmgsbeispiel zeigt Bild 4.
Die Funktion dieser erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung ist die gleiche wie bei der mechanische Lösung von Bild 3. Wird die Bewegung der Einheit von links nach rechts durch zu hohe Kräfte am Schlitten (9) behindert, so nimmt nach Überschreiten der Magnetkraft die Spindel- mutterfassung (3) den Anschlagring (11) formschlüssig mit.
Die Weiterbewegung der Spindelmutter (2) einschließlich Spindelmutterfassung (3) und Anschlagring (11) kann unbehindert erfolgen. Bei Drehrichtlmgsumkehr legt sich dei' Anschlagring (11) wieder an die Planfläche (lo) des Gehäuses (7) an. Beim Ausrücken in Gegenrichtung trennt sich die Verbindung zwischen Anschlagring (11) und Spindelmutterfassung (3). Der Anschlagring (11) verbleibt bis zum Wiedereinrücken beim Gehäuse (7).
Wesentlich bei der erfindungsgemäßen permanent- oder elektro-magnetischen Lösung ist natürlich nur, daß Anschlagring (11), Spindelmutterfassung (3) und Gehäuse (7) über ihre Planflächen (io) einen magnetischen Kreis (18) schließen. Die Quelle des Magnetfeldes (permanent oder elektrisch) kann sowohl im Anschlagring (11) oder in der Spindelmutterfassung (3) oder im Gehäuse (7) untergebracht werden.
1 Haferkorn u. Fingberg, "Kollisionsschutz an Werkzeugmaschinen", Werkstatt und Betrieb, 115 (1982) 9, S.575 bis 576.

Claims

Gewindespindel-Antrieb für Werkzeug- und Werkstückschlitten Patentansprüche 1. Gewindespindel-Antrieb von [erkzeug- und zlerkstückschlitten der in beiden Drehrichtungen beim Überschreiten eines einstellbaren oder fest vorgegebenen Schubkraftwertes den Kraftfluß zwischen der Spindelmutter (2) und dem von dieser angetriebenen Schlitten (9) unterbricht, indem sich die feder-, hydraulik-, pneumatik- oder magnetkraftbelastete Verbindung zwischen Spindelmutter (2) nun relativ zum Schlitten (9) axial bewegen kann, und bei dem sich bei Umkehr der Spindeldrehrichtung die formschlüssige Verbindung von Spindelmutter (2) und Schlitten (9) in der Ausgangsposition selbsttätig wiederherstellt, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Unterbrechung des Kraftflusses die Axialbewegung der Spindelmutter (2) relativ zum Schlitten (9) nicht durch Schubkraft-Begrenzungselemente eingeschränkt wird.
2. Gewindespindel-Antrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß keineswegs die Planflächen (io) beider Enden sondern nur die eines Endes der Spindelmutterfassung (3) und des mit dem Schlitten (9) verschraubten Gehäuses (7) und die des Anschlagringes (11) durch die Kraft einer Feder (4) aufeinander gepreßt werden und dadurch der Schlitten (9) bis zum Uberschreiten des Schubkraftwertes eine genaue, reproduzierbare, axiale Stellung relativ zur Spindelmutter (2) einnehmen muß
3. Gewindespindel Antrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß keineswegs die Planflächen (io) beider erden bondern nur die eines Leders der Jpindelmutterfassung (3) und des mit dein Schlitten (9) verschraubten Gehäuses (7) und die des ftnschlagringes (ii) durch hydraulische oder pneumatische Kräfte aufeinander gepreßt werden und dadurch der Schlitten (9) bis zum uiberschreiten des Schubkraftwertes eine genaue, reproduzierbare, axiale Stellung relativ zur Spindelmutter (2) einnehmen muß.
4. Gewindespindel-Antrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß keineswegs die Planflächen (io) beider Enden sondern nur die eines Endes des mit der Spindelmutter (2) verschraubten Spindelmutterfassung (3) und des mit dem Schlitten (9) verschraubten Gehäuses (7) und die des Anschlagringes (11) durch die Kraft eines elektro- oder permanent-magnetischen Feldes aufeinander gepreßt werden und dadurch der Schlitten (9) bis zum Überschreiten des Schubkraftwertes eine genaue, reproduzierbare, axiale Stellung relativ zur Spindelmutter (2) einnehmen muß.
5. Gewindespindel-Antrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft welche die formschlüssige Verbindung zwischen Spindelmutter (2) und Schlitten (9) belastet eine degressive Kennlinie hat, also nach dem Überschreiten des eingestellten oder vorgegebenen Schubkraftwertes abfällt.
6. Gewindespindel-Antrieb nach den Ansprüchen 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung zwischen Spindelmutter (2) und Schlitten (9) durch federbelastete, radial bewegliche Formstücke hergestellt wird.