DE4015261A1 - Vorrichtung zum erzeugen einer spannkraft an mit spindeln umlaufenden spannmitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Erzeugen einer Spannkraft an mit Spindeln, insbesondere mit Werkzeugmaschinenspindeln umlaufenden Spannmitteln mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen. Eine solche Vorrichtung ist in der DE-PS 33 14 629 offenbart.

Derartige Vorrichtungen sind vor allem zum Spannen von Werkstücken an Drehmaschinen vorgesehen.

In der Figur 5 der DE-PS 33 14 629 wird eine Anordnung gezeigt, welche es gestattet, den Spindelantriebsmotor für die Erzeugung der für einen Schraubtrieb benötigten Antriebs-Drehbewegung einzusetzen. Eine derartige Anordnung bietet den sehr erwünschten Vorteil, ein mit der Arbeitsspindel mitumlaufendes Spannkraft-Aggregat rein elektrisch betreiben und dabei auch den Komfort eines Spindelantriebsmotors - wie z. B. seine Regelbarkeit und seine hohen Drehmoment-Reserven - für die Spannaufgabe mit einsetzen zu können. Gleichzeitig wird dabei vermieden, einen kompletten elektrischen Antriebsmotor mit der Spindel zusammen mitumlaufen zu lassen, wie dies bei den heute noch für untergeordnete Spannaufgaben häufig eingesetzten, sogenannten Elektrospannern der Fall ist. Eine marktgängige Ausführung eines Elektrospanners ist beispielsweise durch die Firmendruckschrift Paul Forkardt GmbH & Co., KG 500.01.7 D-4 /SDF-6/87 "Elektrospanner" belegt.

Bei der zitierten Anordnung nach Figur 5 ist es aber erforderlich, 2 Antriebsstränge parallel von der Motorwelle zur Arbeitsspindel vorzusehen, von welchen einer unter Zuhilfenahme von 2 schaltbaren Kupplungen wechselweise mit der Motorwelle verbunden bzw. relativ zum Maschinengehäuse blockiert werden muß. Dies stellt für die praktische Einführung derartiger Spannkraft- Aggregate an Werkzeugmaschinen ein großes Hindernis dar, da die Werkzeugmaschine und der Spindelantriebsmotor speziell für diese Art der Spannkraft-Erzeugung angepaßt werden muß.

Der mit der Anordnung gemäß der Figur 5 angestrebte Effekt ließe sich auch mit nur einem Antriebsstrang zwischen Motor und Arbeitsspindel erzielen, was jedoch mit einem enormen Mehraufwand von zusätzlich mit der Spindel mitumlaufenden Teilen zur Realisierung von zwei schaltbaren Kupplungs-Funktionen verbunden wäre. Daher ist ein solcher Weg praktisch auch nicht gangbar.

In der EP-OS 02 28 007 wird mit den Figuren 3, 4 und 5 ein im Vergleich zu den bis heute marktgängigen Elektrospannern weiterentwickeltes, elektrisch betriebenes Spannkraft-Aggregat vorgestellt. Mit diesem Aggregat können die den Elektrospannern herkömmlicher Art anhaftenden Nachteile, wie z. B.

• - große Spannkraftschwankungen,
• - unpräzise Einstellung eines vorgegebenen Spannkraft- Wertes,
• - große polare Massenträgheitsmomente,
• - begrenzte Höchst-Drehzahl,
• - keine Durchgangsbohrungen für Stangen möglich.

überwunden werden.

Dazu ist es notwendig, über einen hochdynamisch, regelbaren Antriebsmotor mit sehr hohem Drehmoment im unteren Drehzahlbereich und mit sehr hoher Maximaldrehzahl verfügen zu können.

Diese Anforderung wird in hohem Maße von Drehstrommotoren erfüllt, die durch spezielle, mikroprozessor-gesteuerte, und nach dem Prinzip der Frequenzumsetzung arbeitende, Ansteuergeräte angesteuert werden.

Eine bevorzugte Anwendung findet die zuvor beschriebene Antriebsart aber bei Motoren für den Antrieb von Arbeitsspindeln für moderne Werkzeugmaschinen, weshalb die Erfindung der EP-OS 02 28 007 auf eine kostensparende Doppel-Verwendung der aufwendigen Ansteuergeräte abhebt.

Nachteilig bei dem zuletzt beschriebenen Spannkraft- Aggregat ist, daß der benötigte Sondermotor hohe Fertigungskosten bedingt, insbesondere, wenn der Schraubtrieb ein Gleitschraubtrieb ist und wenn der Durchmesser für die Durchlaßbohrung des Spann-Aggregates groß ist. Letztere Merkmals-Kombination erfordert nämlich trotz der hohen Leistungsdichte des Drehstrommotors durch die Verwendung des speziellen Ansteuergerätes noch eine beachtlich große Dimensionierung des Drehstrommotores.

Als Nachteil ist auch anzusehen, daß bei Verwendung eines umschaltbaren Ansteuergerätes der Zeitbedarf für den gesamten Spannvorgang in nicht zu vernachlässigendem Maße wächst, und zwar dadurch, daß vor dem Umschalten des Ansteuergerätes der Spindelantriebsmotor zunächst entmagnetisiert und nach dem Umschaltvorgang der Spannmotor zuerst magnetisiert werden muß, und umgekehrt. Die vierfach anzusetzende Magnetisierungs- Entmagnetisierungszeit addiert sich dabei zu einer Gesamt-Verlustzeit von ca. 2 Sekunden.

Um den hohen Drehmomentenbedarf bei der Anwendung eines Gleit-Schraubtriebes und bei gleichzeitig vorzusehenden großen Durchlaß-Durchmessern nicht zu extrem geraten zu lassen, sieht die Erfindung nach der EP-OS 02 28 007 für diesen Anwendungsfall eine besondere, reibungsmindernde Beschichtung des Gleitschraubtriebes vor, die auch an dem nicht zu beschichtenden Gleitreibungs-Partner besondere fertigungstechnische Maßnahmen erfordert. Diese Eigen­ schaften sind aber nur mit erheblichem Kostenaufwand zu erreichen.

Ein Spann-Aggregat gemäß der vorliegenden Erfindung soll praktisch die gleichen Spannaufgaben lösen und dabei auch die gleichen Probleme beim Einsatz eines Gleitschraubtriebes bewältigen können wie das Spann- Aggregat gemäß der EP-OS 02 28 007 und bevorzugt soll dabei auch als Spannmotor ein Drehstrommotor mit einem Ansteuergerät zur Anwendung des Prinzips der Frequenzumsetzung zum Einsatz gelangen. Bezüglich des insoweit maßgeblichen Standes der Technik wird der Einfachheit halber auf die in der EP-OS 02 28 007 gegebe­ nen weiteren Erläuterungen hingewiesen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das elektrisch ansteuerbare Spannkraft-Aggregat nach der EP-OS 02 28 007 unter Verwendung des Grundgedankens der Miteinbeziehung des Spindelantriebsmotors in den Spannvorgang aus der DE-PS 33 14 629 derart zu verbessern und weiterzubilden,

• (a) daß auch Gleitschraubtriebe mit bewährten chemischen Gleitwerkstoffen, die gleichzeitig preiswerter, aber auch mit einem höheren Reibungskoeffizienten behaftet sind, einsetzbar sind,
• (b) daß gleichzeitig mit dem Kriterium nach (a) auch noch Gleitschraubtriebe mit großen Durchgangsbohrungen realisierbar sind,
• (c) daß die Konstruktion der Maschinen nicht auf die Bedürfnisse des Spannkraft-Aggregates speziell zugeschnitten sein muß (Markt-Akzeptanz), mit Ausnahme von optional anbaubaren Bauteilen, und
• (d) daß vor allem eine Verringerung der Herstellkosten erzielt werden kann.

Die Kriterien nach (a) und (b) der Aufgabenstellung zeigen dem Fachmann an, daß insgesamt gesehen der motorische Antrieb ein noch höheres Drehmoment zu liefern hat.

Von den Gleitschraubtrieben wird verlangt, daß sie auch bei absoluter Abwesenheit von Schmierstoffen dauerhaft arbeiten können müssen. Bei den verfügbaren bewährten Gleitwerkstoffen darf jedoch wenigstens für die erwähnten chemischen Gleitwerkstoffe angenommen werden, daß sie "stick-slip-arm" oder gar "stick-slip-frei" arbeiten, was den Vorgang des Einregelns einer vorgegebenen Spannkraft wesentlich erleichtert.

Die in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen erfindungsgemäß zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehenen Merkmale ergeben sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung beruht auf den folgenden Überlegungen:

Ein preiswertes, robustes, und dennoch präzise bezüglich der einstellbaren Spannkraft arbeitendes Spannkraft- Aggregat auf der Basis eines Gleitschraubtriebes, geeignet auch für große Durchgangsbohrungen, bedarf eines Antriebsmotors mit einem enormen Drehmoment (bei niedrigen Drehzahlen) und mit hoher Regeldynamik.

Über genau diese Eigenschaften verfügen moderne Spindelantriebsmotoren, wie sie zunehmend vor allem bei Drehmaschinen zum Einsatz gelangen, und speziell kommen hier Drehstrommotoren mit Ansteuergeräten mit Frequenzumsetzung in Frage.

Beim wünschenswerten Einsatz dieser Motoren für den Spannvorgang soll jedoch keine Veränderung an den Kraftübertragungs-Organen zwischen Spindelantriebsmotor und Arbeitsspindel vorgenommen werden. Es sollen für die Drehmomentübertragung vom Motor zur Spindel auch keine besonderen Zusatz-Aufwendungen vorgenommen werden, welche beim Einsatz eines andersartigen Spannkraft-Aggregates ohne Nutzen sind.

Die letztgenannten Forderungen können erfüllt werden, wenn man das von dem Spindelantriebsmotor auf die Arbeitsspindel aufgebrachte Drehmoment bei sich mitdrehender Arbeitsspindel auf den Schraubtrieb leitet und das bei der Relativdrehung der Schraubtriebspindel relativ zur Schraubtriebmutter erforderliche Reaktions- Drehmoment gegen stationäre Teile der Maschine abstützt.

Diese Abstützung des Reaktions-Drehmomentes kann im einfachsten Falle derart geschehen, daß man bei sich drehender Schraubtriebspindel die Schraubtriebmutter an einer Rotationsbewegung hindert (Funktionsprinzip der Fig. 1). Alternativ kann man beim Einsatz eines Planetengetriebes mit stationär gelagerten Planeten­ rädern, wobei das Planetengetriebe zwischen Arbeitsspindel und Schraubtriebmutter angeordnet ist, ein zur Spannkraft proportionales Reaktions-Drehmoment über die Planetenräder abstützen (Funktionsprinzip der Fig. 2).

Das insoweit beschriebene Verfahren des Einsatzes eines vom Spindelantriebsmotor abgeleiteten Drehmomentes für den Schraubtrieb-Antrieb weist jedoch zunächst noch den in der Praxis nicht akzeptablen Nachteil auf, daß sich das mit dem Spannkraft-Aggregat angetriebene Spannmittel, z. B. ein Backenfutter, während der Festspannbewegung (bei welcher z. B. ein Werkstück von Hand einzulegen ist) dreht.

Zur Eleminierung dieses Problems sieht die Erfindung eine besondere Lösung vor, deren Grundidee anhand des Diagrammes der Fig. 3 erläutert wird.

In Fig. 3 ist der sich für einen normalen Spannvorgang ergebende Verlauf 318 der von einem Spannkraft-Aggregat zur Betätigung des Spannmittels aufzubringenden Spannkraft F über den Spannweg S angegeben.

Dabei wird als Spannweg S zunächst einmal die am Abtriebsglied des Spannkraft-Aggregates erzeugte Verlagerung verstanden, die z. B. auf ein angeschlossenes Zug-/Druck-Rohr übertragen wird, welches seinerseits wieder mit dem zentralen Betätigungsorgan eines Spann­ mittels verbunden ist.

Bei Durchführung eines Spannvorganges muß zuerst ein Spannweg 302 als Anpaßhub mit einer relativ geringen Spannkraft 310 zurückgelegt werden. Der Anpaßhub 302 ist beendet, wenn die das Werkstück zentrierenden Spannorgane (z. B. Spannbacken bei einem Backenfutter) alle mit dem Werkstück Kontakt bekommen haben. Die während des Anpaßhubes 302 aufzubringende Kraft dient z. B. zur Überwindung von Reibungskräften und zum Anheben des Werkstückes während des Zentriervorganges.

Anschließend an den Anpaßhub erfolgt der Spannhub 304, an dessen Ende die eigentliche Spannkraft 312 am Zug-/Druck- Rohr voll aufgebaut ist. Der Spannweg 304 repräsentiert die elastische Defomation von diversen, in den Kraftfluß der Spannkraft mit einbezogenen Bauteilen, einschließlich der Deformation eines zwischen dem Abtriebsglied des Spannkraft-Aggregates und dem Spannmittel mit einbezogenen Federspeichers und der Deformation des Werkstückes, wobei es sich am Werkstück auch um plastische Deformation handeln kann, wenn z. B. Spannbacken-Zähne in das Werkstück eindringen.

Sofern der Federspeicher im Kraftfluß der Spannkraft zwischen dem Spannkraft-Aggregat und der Arbeitsspindel angeordnet ist (Fig. 2), hat man den Spannhub 304 als Summe des Verlagerungsweges des Abtriebsgliedes des Spann-Aggregates und der axialen Deformation des Federspeichers zu interpretieren.

Das Verhältnis der Spannkraft 312 zur Spannkraft 310 kann z. B. 5000 daN zu 30 daN ausmachen und das Verhältnis von Anpaßhub 302 zum Spannhub 304 kann ohne bzw. mit Berücksichtigung der Deformation des Federspeichers z. B. 20 mm zu 1 mm bzw. 20 mm zu 8 mm betragen.

Nach der Durchführung des Anpaßhubes 302 ist das Werkstück jedoch noch nicht wirklich festgespannt. Um z. B. beim Einlegen eines Werkstückes von Hand dieses loslassen zu können, ohne, daß es sich dabei während des Stillstandes der Arbeitsspindel oder gar während einer Rotation der Arbeitsspindel mit geringer Drehzahl noch verlagern könnte, muß jedoch eine gewisse Mindest- Spannkraft 314 aufgebracht worden sein, welche mit einem Mindest-Spannhub 306 verbunden ist. Das Verhältnis von Spannkraft 312 zur Mindest-Spannkraft 314 könnte in der Praxis z. B. 5000 daN zu 100 daN betragen.

Nach Aufbringung der Mindest-Spannkraft 314 beim Spannvorgang kann z. B. das Werkstück losgelassen oder die Arbeitsspindel langsam rotiert werden, ohne, daß das Werkstück seine vorbestimmte Spannposition verlieren würde. Eine Vollendung des Spannhubes 304 mit der Durchführung des Rest-Spannhubes 308 zur Erzeugung der vollen, vorgegebenen Spannkraft 312, kann aus dem beschriebenen Spannzustand der "Vor-Spannung" heraus zu einem beliebigen Zeitpunkt durchgeführt werden, ohne, daß das einzuspannende Werkstück noch einmal manipuliert werden müßte.

Die Erfindung nutzt die zuvor beschrieben mögliche Vor- Spannung eines Werkstückes bewußt aus und dabei speziell den Umstand, daß die bei der Einstellung der Vor-Spannung zu erzeugende Mindest-Spannkraft 314 nur einen Bruchteil, z. B. ¹/₅₀ der endgültigen Spannkraft 312 ausmacht.

Bei der bevorzugten Ausführung eines Spann-Aggregates gemäß der Erfindung mit der Erzeugung des Anpaßhubes 302 und des Spannhubes 304 durch die gleiche Schraubtriebspindel bzw. Schraubtriebmutter bedeutet dies (um bei dem Beispiel zu bleiben), daß das zur Erzeugung der Mindest-Spannkraft 314 für die Betätigung des Schraubtriebes aufzubringende Drehmoment auch nur ¹/₅₀ des zur Erzeugung der endgültigen Spannkraft 312 aufzubringenden Drehmomentes beträgt.

Gemäß der Erfindung wird der gesamte Spannvorgang in zwei Spannabschnitten durchgeführt.

Im ersten Spannabschnitt wird bei stillstehender Arbeitsspindel der Schraubtrieb mit Hilfe eines Zusatz- Motors angetrieben und es wird ein Spannweg 316 zurückgelegt, der sich zusammensetzt aus dem Anpaßhub 302 und dem Mindest-Spannhub 306, so daß am Ende des ersten Spannabschnittes eine Vor-Spannung des Werkstückes mit einer Mindest-Spannkraft 314 erfolgt ist.

Da die Mindest-Spannkraft 314 mit einem geringen Wert - und vorzugsweise für alle in Frage kommenden Werkstückarten in gleicher Höhe - anzusetzen ist, kann ein kleiner, stationär anzubringender Zusatz-Motor vorgesehen werden, welcher nicht bezüglich seiner Drehzahl oder seines Drehmomentes geregelt sein muß und dessen Drehmoment die Größe der Mindest-Spannkraft bestimmt. Es kann sich dabei deshalb um einen preiswerten Serienmotor oder einen serienmäßig verfügbaren Getriebemotor handeln. Das am Schraubtrieb entstehende Reaktions-Drehmoment wird bevorzugt über den in diesem Zustand gebremst gehaltenen Spindelantriebsmotor, der ja mit der Arbeitsspindel drehmomentübertragend verbunden ist, abgestützt.

Bei der Durchführung des zweiten Spannabschnittes übernimmt der Spindelantriebsmotor den Antrieb des Schraubtriebes und erzeugt den Rest-Spannhub 308, der mit der Einstellung der vorgegebenen Spannkraft 312 endet. Bei diesem Vorgang dreht sich die Arbeitsspindel bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 um einen Drehwinkel, ent­ sprechend etwa 1 bis 2 Umdrehungen (je nach der Gewindesteigung des Schraubtriebes und der Feder- Charakteristik des eingesetzten Federspeichers) mitsamt dem inzwischen sicher vorgespannten Werkstück. Während dieses Vorganges wird das Reaktions-Drehmoment des Schraubtriebes gegen stationäre Teile abgestützt.

Die Regelung des Spindelantriebsmotors zwecks Einstellung der vorgegebenen Spannkraft 312 kann derart geschehen, daß bei dem als vorhanden vorausgesetzten Federspeicher zur Speicherung von Spannenergie die die erzeugte Spannkraft 312 repräsentierende Feder-Deformation über einen speziellen Sensor abgetastet wird und das Sensor- Signal fortlaufend vom Ansteuergerät für den Spindelan­ triebsmotor verarbeitet wird.

Die Einstellung der vorgegebenen Spannkraft 312 kann aber auch über eine Regelung der Winkelposition des Spindelantriebsmotors erfolgen, da mit der Gewindesteigung des Schraubtriebes ein festes Verhältnis von Spannweg S und Drehwinkel gegeben ist.

Da das Reaktions-Drehmoment des Schraubtriebs in der Regel über schaltbare, stationär angeordnete Kupplungsteile geleitet wird, müssen diese Kupplungsteile vor Durchführung des Spannhubes in den Kraftfluß eingeschaltet und nach Vollendung des Spannhubes wieder ausgeschaltet werden. Der Schalt- Mechanismus kann jedoch konstruktiv derart gestaltet werden, daß die Schaltzeiten im Bereich von Sekunden- Bruchteilen liegen.

Beim Entspannen eines Werkstückes laufen die Vorgänge natürlich in umgekehrter Reihenfolge ab.

Weitere Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Als besonders bemerkenswert ist dabei die Beschreibung der Konstruktionsweise eines Federspeichers gemäß den Ansprüchen 7 bis 12 zu nennen:

Ganz allgemein kann festgestellt werden, daß ein verbreiteter Einsatz von elektrisch angetriebenen Spannkraft-Aggregaten auf der Basis von Schraubtrieben für anspruchsvollere Spannaufgaben, insbesondere für den Einsatz an modernen Drehmaschinen mit hohen Ma­ ximaldrehzahlen bis jetzt nicht stattgefunden hat, obwohl die rein elektrische Lösung der Spannaufgabe vielseitig gewünscht wird. Die dafür verantwortlichen negativen Eigenschaften von auch heute noch marktgängigen Elektrospannern sind beispielsweise in der DE-PS 33 14 629 genauer beschrieben. Ein bisher in Veröffentlichungen nocht nicht deutlich genug beschriebener Nachteil ist der Mangel an speicherbarer Spannenergie.

Selbst ein bei einem Verzicht auf eine Nutzung der Durchgangsbohrung durch die Arbeitsspindel in der Durchgangsbohrung unterbringbarer Tellerfeder- Spannkraftspeicher (etwa gemäß der Fig. 4 in der EP-OS 0 2 28 007) vermag nicht die für gehobene Ansprüche benötigte Energie zu speichern. Erst recht problematisch wird der Versuch, mit herkömmlichen Federelementen einen Spannkraftspeicher ausreichenden Energievolumens für ein elektrisch betriebenes Spannkraft-Aggregat mit einer größeren Durchgangsbohrung zur Verfügung zu stellen.

Der Einsatz eines Federspeichers mit großer speicherbarer Federenergie ist aber auch eine notwendige Voraussetzung für das Erreichen einer ausreichenden Regelungsgüte bei der Regelung des einzusetzenden Elektromotors (in diesem Falle des Spindelantriebsmotors) zur Einstellung der vorgegebenen Spannkraft. Bei der Betrachtung des Spannhubes 304 (in Fig. 3) kann man leicht einsehen, daß es von großer Bedeutung ist, ob beim Einstellen einer beliebig vorgebbaren Spannkraft zwischen dem Betrag 314 und dem Betrag 312 der Spindelantriebsmotor einen Drehwinkel von z. B. 45° oder von z. B. 360° zurücklegen kann. Auch für die Erfassung des Ist-Wertes der Spannkraft 312 mittels eines die Feder-Deformation abtastenden Sensors ist ein ausreichend großer Deformationsweg von großer Bedeutung.

Zur Bewältigung der angesprochenen Problematik sieht die Erfindung daher in ihrer weiteren Ausgestaltung einen neuartigen Federspeicher mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 7 bis 12 vor.

Derartige Federspeicher eignen sich besonders gut für die Integration in Spannkraft-Aggregate mit großer Durchgangsbohrung, und bei kleiner Baugröße und geringem polaren Massenträgheitsmoment liefern sie große Federwege in Wirkrichtung der Spannkraft, bzw. eine große Speicherkapazität für Spannenergie.

Detaillierte Angaben über das Wesen und die Leistungsfähigkeit der den neuartigen Federspeichern zugrunde liegenden Federelemente aus Faserverbundwerkstoffen finden sich in den Patentanmeldungen P 39 29 902 bzw. P 40 13 773 und werden der Einfachheit halber an dieser Stelle nicht erneut aufgeführt.

Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile können durch die nachfolgend aufgeführten Kriterien beschrieben werden:

• - Geringere Anzahl und Masse der mit der Arbeitsspindel mitumlaufenden Bauteile und damit auch geringere Baulänge.
• - Geringere Fertigungskosten durch die Möglichkeit des Einsatzes eines preiswerteren Gleitschraubtriebes und durch die Substitution eines Spezialmotors durch einen kleinen marktgängigen Serienmotor.
• - Miteinbeziehung der gleichzeitig für andere Maschinenfunktionen verwendbaren Spindelantriebsmotor- Eigenschaften und Steuerungs-Intelligenz, auch bezüglich des Vorganges zur Umschaltung des Schraubtrieb-Antriebes beim Übergang vom Anpaßhub zum Spannhub (Winkelpositionierung mit dem Spindelantriebsmotor).

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine.

Fig. 2a stellt einen Längsschnitt durch die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine gemäß der Schnittführung C-D in Fig. 2b dar. In dem durch den Doppelpfeil 200 gekennzeichneten Bereich der Längserstreckung der Spindelachse entspricht die Schnitt- Darstellung der Schnittführung E-F in Fig. 2b.

Fig. 2b ist ein Schnitt senkrecht zur Spindelachse gemäß der Schnittführung A-B in Fig. 2a.

In Fig. 1 ist der Spindelkasten 110 einer Drehmaschine erkennbar, mit einer darin über Wälzlager 104 gelagerten Arbeitsspindel 102. Am Spindelkopf 106 hat man sich in einer für den Fachmann bekannten Weise ein Spannmittel befestigt vorzustellen, dessen zentrales Betätigungsorgan (z. B. Futterkolben) mit der Zug-/Druckstange 108 verbunden ist. Am linken Spindelende ist eine Riemenscheibe 112 mit sowohl dem Antrieb der Arbeitsspindel als auch dem Antrieb des Schraubtriebes 116 des Spann-Aggregates dienenden Antriebsriemen 114 befestigt.

Die Antriebsriemen 114 verbinden die Arbeitsspindel 102 mit einem nicht dargestellten Spindelantriebsmotor, von dem angenommen wird, daß er mittels eines geeigneten Ansteuergerätes wenigstens bezüglich seines Drehwinkels und/oder Drehmomentes in vorgebbarer Weise regelbar ist. Ein an die Riemenscheibe 112 angeschlossener Lager- Flansch 118 übernimmt eine Doppelfunktion: Einerseits stellt er den Innenring eines Vierpunkt-Wälzlagers mit Zylinder-Wälzkörpern 126 dar. Zum anderen weist er eine mittige Ausnehmung 128 mit zwei Gleitflächen auf, die zusammen mit zwei Gleitflächen 124 an einer Verdickung der Schraubtriebspindel 122 eine Gleitführung bilden, welche bei einer axialen Relativverschiebung der Schraubtriebspindel 122 eine Rotation derselben relativ zur Arbeitsspindel 102 verhindert.

Das Antriebsorgan 120 ist über die Zylinder-Wälzkörper 126 relativ zum Lager-Flansch 118 verdrehbar gelagert, wobei über das durch die Zylinder-Wälzkörper gebildete Vierpunkt-Wälzlager sowohl Radialkräfte, wie auch von der Spannkraft abgeleitete Axialkräfte aufgenommen werden. Am Umfang weist das Antriebsorgan 120 einen Zahnkranz 132 auf, während der innere Teil als Schraubtriebmutter aus­ gebildet ist, mit einer Gewindebohrung 134, welche mit dem Außengewinde der Schraubtriebspindel 122 korrespondiert. Eine Rotation des Antriebsorgans 120 relativ zur Arbeitsspindel 102 stellt die Betätigung des Schraubtriebes zur Erzeugung einer Spannbewegung und einer axialen Spannkraft dar.

Zwischen der Schraubtriebspindel 122 und der Zug- /Druckstange 108 ist ein in zwei Richtungen wirksamer Federspeicher 136 zur Speicherung einer Spannenergie geschaltet, welcher genauso aufgebaut sein soll, wie der Federspeicher in Fig. 4 der EP-OS 02 28 007. In diesem Federspeicher kann die zur Spannkraft proportionale Feder-Deformation über eine Sensor-Stange 124 erfaßt werden, welche durch die mittige Bohrung der Triebschraube 78 nach außen geführt ist (siehe Fig. 3 der EP-OS), und deren Relativbewegung zur Triebschraube 78 von einem stationär gelagerten Sensor 92 erfaßt werden kann. Eben dieselbe Funktion zur Abtastung der Feder- Deformation ist auch in Fig. 1 der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wobei die in der Mittenbohrung der Schraubtriebspindel 122 gelagerte Stange 138 als Sensorstange dient, deren die Spannkraft repräsentierende Relativbewegung den Abstand 138 zu dem Sensor 140 verändert.

Der Sensor ist in einem stationär gelagerten Aufnahmezylinder 142 untergebracht, der über ein Wälzlager 144 mit der Schraubtriebspindel 122 verbunden ist und damit die Axialverlagerung der Schraubtriebspindel mitvollzieht. Auf die eben geschilderte Weise kann der Sensor 140 ein Signal über den Ist-Zustand der Spannkraft liefern, und zwar unabhängig von der axialen Stellung der Schraub­ triebspindel und unabhängig von der Drehung der Arbeitsspindel 102. Das über die Wälzlager 144 übertragene Drehmoment wird über eine Stange 146 gegen ein stationär gelagertes Bauteil 148 abgestützt.

Das Gehäuse 152 eines Schneckengetriebes mit der Schnecke 154, dem Schneckenrad 156 und dem Zusatz-Motor 158 (als Antriebsmotor) ist mit Hilfe einer Konsole 150 mit dem Spindelkasten 110 verbunden. Die in das Schneckenrad eingepreßte Getriebewelle 160 ist im Gehäuse mit Lagerbuchsen 162 gelagert und weist am rechten Ende eine Keilwellen-Verzahnung 164 auf, welche in die korrespondierende Verzahnung eines axial verschieblichen Zahnrades 166 eingreift.

Die Verschiebung des Zahnrades 166 von der gezeigten linken Endstellung in die rechte Endstellung 168 erfolgt über einen in zwei Richtungen steuerbaren Stößel 170 eines Hub-Magneten 172. Die Übertragung der Bewegung vom Stößel auf das Zahnrad geschieht unter Einbeziehung eines Wälzlagers 174.

Mit einem stationär angeordneten Positionssensor 176 (hinter dem Antriebsorgan 120 liegend) kann die Winkelposition der Zähne des Zahnkranzes 132 ermittelt werden, so daß eine vorbestimmte Winkelposition der Zähne unter Einsatz des Spindelantriebsmotors auch gezielt eingestellt werden kann. Sofern das Zahnrad 166 mit dem Zahnkranz 132 in der gezeigten Verschiebestellung des Stößels 170 gekuppelt ist, kann mit Hilfe des Positionssensors 176 auch die Ist-Position der Zähne des Zahnrades 166 ermittelt bzw. auch mittels des Spindelantriebsmotors auf eine Soll-Position eingestellt werden.

Die Durchführung eines Spannvorganges zum Einspannen eines Werkstückes in ein geöffnetes Spannmittel nach dem Einschalten der Maschinen-Steuerung kann wie folgt ablaufen:

Das Zahnrad 166 befindet sich zunächst in der durch die Linie 168 gekennzeichneten rechten Endstellung, und zwar in einer vorgegebenen Winkelposition eingestellt.

Der Spindelantriebsmotor dreht die Arbeitsspindel, bzw. die Zähne des Zahnkranzes 132 in eine vorbestimmte Raster-Winkelposition, bei welcher eine Kupplung mit dem Zahnrad 166 möglich ist.

Nach Erreichen der vorbestimmten Winkelposition wird die Arbeitsspindel mit Hilfe des Spindelantriebsmotors in dieser Winkelposition festgehalten, derart, daß auch von außen einwirkende Drehmomente die Winkelposition der Arbeitsspindel nicht verändern können. Gleichzeitig wird das Zahnrad 166 durch Betätigung des Hubmagneten in die dargestellte linke Endposition verschoben, so daß es mit dem Zahnkranz 132 gekuppelt ist.

In dieser Situation ist das Spannmittel bereit für die Aufnahme eines Werkstückes. Nach der Einführung des Werkstückes in das Spannmittel wird auf ein entsprechendes Signal hin der Zusatz-Motor 158 in Bewegung gesetzt und durch die Drehung des Antriebsorgans 120 relativ zur Arbeitsspindel 102 wird der Schraubtrieb betätigt. Dabei führt die als Abtriebsorgan fungierende Schraubtriebspindel 122 zunächst einen Anpaßhub 302 (Fig. 3) und danach ohne Zeitverzögerung einen Mindest- Spannhub 306 aus. Das Ende des Mindest-Spannhubes 306 stellt sich von selbst ein, dadurch, daß die erreichbare Mindest-Spannkraft 314 durch das maximale Drehmoment des Zusatz-Motors 158 bestimmt ist.

Das Ende des Mindest-Spannhubes 306 kann der übergeordneten Steuerung entweder über die Größe des Motor-Stromes oder über das vom Sensor 140 gegebene Signal übermittelt weden, woraufhin die Steuerung eine Rotation des Spindelantriebsmotors in der die Spannkraft weiter erhöhenden Richtung veranlaßt. Eine Relativdrehung von Arbeitsspindel 102 und Antriebsorgan 120, und damit die Durchführung des Rest-Spannhubes 308 kommt nun dadurch zustande, daß das Antriebsorgan 120 an einer Drehung gehindert wird, und zwar dadurch, daß das Schneckengetriebe selbsthemmend ist, oder, daß ein Rückwärtsdrehen des Schneckengetriebes durch die gemein­ same Wirkung des Drehmomentes des Zusatz-Motors 158 und der Getriebe-Reibung verhindert wird.

Die Rotation der Arbeitsspindel wird durch die Steuerung beendet, und das Drehmoment des Spindelantriebsmotors auf den Wert Null gestellt, sobald der durch den Sensor 140 ermittelte Ist-Wert der Spannkraft einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Bevorzugt wird die Spindelrotation dabei bis zu einem in einem Winkelraster liegenden Winkelwert geführt. Die Anzahl der Rastpunkte des Winkelrasters entspricht der Anzahl der Zähne des Zahnkranzes 132. Danach erfolgt die Verschiebung des Zahnrades 166 in die rechte Endstellung 168. Sobald die Endstellung 168 erreicht ist, was z. B. durch einen (nicht dargestellten) Sensor signalisiert werden könnte, kann die Arbeitsspindel zwecks Bearbeitung des Werkstückes in Rotation gesetzt werden.

Der Vorgang des Entspannens eines Werkstückes läuft in umgekehrter Reihenfolge ab. Er beginnt mit der Positionierung der Arbeitsspindel in einer Rast-Position des Winkelrasters, womit die Voraussetzung für ein behinderungsfreies Einkuppeln des Zahnrades 166 in den Zahnkranz 132 gegeben ist.

Das in Fig. 2 vorgestellte Spannkraft-Aggregat unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 vor allem

• - durch den andersartigen Antrieb für den Schraubtrieb,
• - durch einen um die Spindel herum gebauten Federspeicher und
• - durch eine durchgehende Bohrung durch das Spannkraft-Aggregat zur Ermöglichung der Durchführung von Stangenmaterial.

Der Spindelkasten 210 ist nur angedeutet, da vorausgesetzt wird, daß er ebenso wie auch der vordere Teil der Arbeitsspindel 202 genau wie der Spindelkasten bzw. die Arbeitsspindel in Fig. 1 ausgebildet ist.

Die Arbeitsspindel 202 ist jedoch am linken Ende länger ausgeführt und sie ist gleichzeitig der Träger für die diversen Elemente des Spannkraft-Aggregates. Anstelle einer Zug-/Druck-Stange ist ein Zug-/Druck-Rohr 208 vorgesehen, an welches das zentrale Betätigungsorgan des (nicht dargestellten) Spannmittels angeschlossen ist.

Der Antrieb der Arbeitsspindel 202 über die Antriebsriemen 214 und die Riemenscheibe 212 soll durch ebendenselben Spindelantriebsmotor mit ebendenselben Steuer- und Regeleigenschaften erfolgen, wie er für die Anordnung nach Fig. 1 vorgesehen ist.

Das Zug-/Druck-Rohr 208 ist mittels eines Gewinderinges 225 mit der topfförmigen Schraubtriebspindel 222 verschraubt, welche auf der Zylinderoberfläche 224 der Arbeitsspindel 202 längsverschieblich, jedoch durch die Wirkung einer Paßfeder 226 verdrehfest angeordnet ist. Das Außengewinde 228 der Schraubtriebspindel steht im Eingriff mit dem Innengewinde der hülsenförmigen Schraubtriebmutter 220. Zwecks Herabsetzung der Reibkraft und zur Verhinderung eines stick-slip-Effektes ist das Innengewinde der Schraubtriebmutter mit einem speziellen Gleitwerkstoff 230 ausgelegt, der Anteile des Chemie- Werkstoffes PTFE enthält. Der Gleitwerkstoff ist in Form einer Lager-Folie mit eingelegtem Stützgewebe gefertigt und wird in die Gewinderillen des Innengewindes eingewalzt und verklebt.

An ihrer rechten Seite bildet die Schraubtriebmutter über Zylinder-Wälzkörper 232 mit dem Abstützring 218 ein Vierpunkt-Wälzlager, über welches die bei Drehung der Schraubtriebmutter 220 erzeugte Spannkraft in beiden Richtungen gegen den nicht relativ zur Arbeitsspindel 202 verdrehbaren Abstützring 218 abgestützt wird.

Man beachte, daß innerhalb des durch den Doppelpfeil 200 gekennzeichneten Bereiches die dargestellten Bauelemente in einer Art und Weise geschnitten sind, wie sie der in Fig. 2b dargestellten Schnittführung E-F entspricht.

Der Abstützring 218 ist ein ringförmiges Teil, welches mit seiner durchgehend vorhandenen Innenbohrung 232 auf dem Außenzylinder der Arbeitsspindel 202 in Axialrichtung gleitbeweglich angeordnet ist. Die Sicherung gegen Verdrehung ist gegeben durch die Verbindung mit dem Federspeicher 216, welcher bei einer axialen Einfederung auch ein Drehmoment auf die Arbeitsspindel 202 übertragen kann.

Der Federspeicher 216 besteht aus den System- Bestandteilen Federelement 236 und Bewegungs-Wandlungs- Getriebe 238. Das Federelement 236 besteht aus einem Wickelkörper aus einem Faserverbundwerkstoff mit Fasern aus hochfestem und gleichzeitig in hohem Maße federela­ stischen Werkstoff, vorzugsweise Hochleistungs- Chemiefasern, wie z. B. Aramid-Fasern. Das Federelement speichert die Spannenergie durch elastische Dehung der Fasern in Richtung ihrer Faserachse. Durch die gleichzeitige Inanspruchnahme einer besonders hohen zu­ lässigen Zugspannung und einer hohen zulässigen elastischen Dehnung (auch für den Betrieb mit Dauer- Wechselbelastung) vermag ein derartiges Federelement bei kleiner Baugröße und geringer Masse eine enorme Menge an Federenergie zu speichern.

Die Dehnung der Fasern des Federelementes erfordert eine synchrone radiale Bewegung der 3 Abstützkörper 240 in Richtung der Pfeile 237 (siehe auch Fig. 2b). Die Wandlung der in Richtung der Spindelachse 246 wirkenden äußeren Federbewegung 248 in die innere Federbewegung 237 (und umgekehrt) ist Aufgabe des Bewegungs-Wandlungs-Getriebes 238, welches im Prinzip ein Keilgetriebe ist, mit sich zwischen den Keilflächen abwälzenden zylindrischen Wälzkörpern 250.

Das Bewegungs-Wandlungs-Getriebe besteht im wesentlichen aus den bereits erwähnten radial beweglichen Abstützkörpern 240 und aus je 3 gleichzeitig auf die Abstützkörper einwirkenden verschiebbaren Keilkörpern 242 und festen Keilkörpern 244. Während die festen Keilkörper 244 mit Schrauben 252 mit der Arbeitsspindel 202 ver­ schraubt sind, sind die verschiebbaren Keilkörper 242 über spezielle Gewindebolzen 254 (mit 2 Abschnitten mit entgegengesetzter Gewindesteigung) mit dem Abstützring 218 verbunden.

Die Keilkörper 242 und 244 weisen ebenso wie die Abstützkörper 240 Wälzbahnen 256, 258 mit gegen die Spindelachse 246 geneigten Wälzebenen auf. Fig. 2a zeigt den Federspeicher 216 in seiner Ruhestellung ohne von außen eingeleitete Federkräfte. In dieser Ruhestellung liegen die Wälzkörper 250 - bedingt durch eine in dieser Stellung bereits vorhandene Vorspannung des Federelementes 236 - in Wälzbahn-Mulden 260 eingespannt, die durch die gegenläufigen Steigungen der Wälzbahnen entstehen.

Bei Einleitung einer äußeren Federkraft mit einer Federbewegung 248 wälzen sich alle Wälzkörper 250 gleichzeitig auf ihren Wälzbahnen ab und bewirken dabei eine steigende Federkraft, deren Größe und Verlauf (z. B. progressive Federkennlinie) von dem Verlauf der Steigung der Wälzbahnen abhängt. Während der Durchführung der Federbewegung legen die Abstützkörper 240 einen axialen Federhub mit nur der Hälfte des Betrages der äußeren Federbewegung 248 zurück.

Es ist ersichtlich, daß der Federspeicher 216 äußere Federbewegungen 248 in zwei Richtungen aufnehmen und abgeben kann.

Die Schraubtriebmutter 220 und der Abstützring 218 weisen an ihrem äußeren Umfang Zahnkränze 262 bzw. 264 auf, die bei der Durchführung eines Spannvorganges in unterschiedlicher Weise im Eingriff mit dem Zahnrad 266 sein können. Beide Zahnkränze verfügen über Zähne gleichen Moduls, jedoch in geringfügig unterschiedlicher Anzahl, was durch eine entsprechende Profilverschiebung ermöglicht wird. Das Zahnrad 266 ist mittels zweier Lagerbuchsen 265, 268 in einem zweiteiligen Gehäuse 270 gelagert und kann durch eine Welle 272 zur Rotation angetrieben werden. Die Welle 272 überträgt das von einem elektrischen Zusatz-Motor 276 erzeugte und einem an das Gehäuse 270 angeflanschten Getriebe 274 verstärkte Drehmoment zum Antrieb des Schraubtriebes (220/222).

Das Gehäuse 270 ist (in nicht dargestellter Weise) über entsprechende Bohrungen auf zwei in den Spindelkasten eingepreßte Stangen 278 gleitbeweglich gelagert und kann durch einen nicht dargestellten Antriebsmechanismus, der durch den Doppelpfeil 280 symbolisiert wird, in zwei Richtungen parallel zur Spindelachse 246 verschoben werden. Dabei können drei Rastpositionen, gekennzeichnet durch die Lage der Gehäusekante 286, eingefahren werden.

In Position 282 ist das Zahnrad 266 mit keinem der Zahnkränze 262 und 264 im Eingriff. In Position 284 ist das Zahnrad 266 nur mit dem Zahnkranz 262 und in Position 286 - wie gezeigt - mit beiden Zahnkränzen gleichzeitig im Eingriff.

Mit zwei hinter der Schnittebene liegenden und stationär angeordneten Positionssensoren 288 bzw. 290 kann die Winkelposition der Zähne der Zahnkränze 262 bzw. 264 ermittelt werden und mit Verwertung der Sensor-Signale ist das Ansteuergerät für den Spindelantriebsmotor in der Lage, die Arbeitsspindel bezüglich ihres Drehwinkels derart zu positionieren, daß die Zähne der Zahnkränze 262 oder 264 dabei in eine beliebig vorgebbare Winkelposition gelangen.

Die Durchführung eines Spannvorganges mit einem Spannhub in Richtung des Pfeiles 234 zum Einspannen eines Werkstückes in ein geöffnetes Spannmittel nach dem Einschalten der Maschine-Steuerung kann wie folgt ablaufen:

Das Zahnrad 266 befindet sich zunächst in Position 282, und zwar in einer vorgegebenen Winkelposition eingestellt.

Der Spindelantriebsmotor dreht die Arbeitsspindel in eine vorgeschriebene Winkelposition. Das Zahnrad 266 wird in Position 284 gefahren. Die Arbeitsspindel wird in der eingenommenen Winkelposition festgehalten, so daß auch von außen einwirkende Drehmomente diese Winkelposition nicht verändern können. In dieser Situation ist das Spannmittel bereit für die Aufnahme eines Werkstückes.

Nach der Einführung des Werkstückes in das Spannmittel wird auf ein entsprechendes Signal hin der Zusatz-Motor 276 in Bewegung gesetzt, und durch die Drehung der Schraubtriebmutter 220 relativ zur Schraubtriebspindel 222 wird das Zug-/Druck-Rohr 208 in Richtung des Pfeiles 234 bewegt. Diese Bewegung endet mit der Einstellung der Mindest-Spannkraft 314 (Fig. 3), was der Maschinensteue­ rung beispielsweise durch Überschreiten eines bestimmten Schwellen-Wertes durch den Motorstrom des Zusatz-Motors 276 signalisiert wird.

Nach der Signalisierung dieses Betriebszustandes wird der Zusatz-Motor 276 abgeschaltet und der Spindelantriebsmotor eingeschaltet. Letzterer läßt die Arbeitsspindel 202 um einen zuvor errechneten Winkel-Wert rotieren, wobei mit der dann erreichten Position das Zahnrad 266 in die gezeigte Position 286 verschoben werden kann. Nach Erreichen der Position 286 wirkt bei einer weiteren Drehung der Arbeitsspindel 202 durch den Spindelantriebsmotor des Zahnrads 266 im gleichzeitigen Eingriff mit den Zahnkränzen 262, 264 - welche definitionsgemäß geringfügig unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen - wie das Planetenrad eines Planetengetriebes (mit den Zahnkränzen 262, 264 als Sonnenräder).

Dabei wird dem Spindelantriebsmotor nur ein geringes Drehmoment abverlangt, um bei der Relativdrehung der Schraubtriebmutter 220 relativ zur Arbeitsspindel 202 ein großes Drehmoment erzeugen zu können, welches über das Zahnrad 266 zum Zahnkranz 264 abgestützt wird. Während dieser Drehmoment-Erzeugung an der Schraubtriebmutter werden nur kleinere, von der Drehmoment-Erzeugung herrührende Reaktionskräfte auf die Lagerung des Zahnrades 266 übertragen.

Die Einstellung der vorbestimmten Spannkraft 312 durch die Rotation der Arbeitsspindel kann derart erfolgen, daß die Arbeitsspindel 202 unter Auswertung der bekannten Steigung des Schraubtriebes, der bekannten Feder- Charakteristik und der bekannten Differenz der Zähnezahlen der Zahnkränze 262, 264 durch die Steuerung um eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen rotiert wird.

Die Einstellung der vorbestimmten Spannkraft 312 könnte alternativ auch in Abhängigkeit von der Feder- Deformation, welche sich in einer bestimmten Axialbewegung des Abstützringes 218 äußert, erfolgen. Dazu müßte ein stationär anzubringender Positions-Sensor vorgesehen werden, der diese Axialbewegung (berührungslos) abtastet. Eine derartige Lösung hätte noch den Vorteil, daß die Spannkraft auch bei Drehung der Spindel permanent überwacht werden kann.

Bemerkenswert ist, daß - je nach vorhandener Feder- Charakteristik des Federspeichers 216 - ab einem bestimmten Wert für die Spannkraft F (Fig. 3) mit der Verlagerung des Zug-/Druck-Rohres 208 in Richtung des Pfeiles 234 gleichzeitig auch (proportional zur Feder- Deformation) eine Verlagerung der Schraubtriebmutter 220 und des Abstützringes 218 in Richtung des Pfeiles 288 erfolgt.

Nach vollzogener Einstellung der Spannkraft 312 wird das Zahnrad 266 wieder in die Position 282 verschoben, wonach die Arbeitsspindel 208 bereit ist zur Rotation für die Durchführung der Bearbeitungsaufgabe am Werkstück.

Claims (23)

1. Vorrichtung zum Erzeugen einer Spannbewegung und einer Spannkraft für die Betätigung eines Spannmittels an einer durch einen Spindelantriebsmotor zum Umlauf antreibbaren Arbeitsspindel, umfassend,

• - einen Schraubtrieb (116; 220/222) mit wenigstens einer Schraubtriebspindel (122, 222) und wenigstens einer Schraubtriebmutter (120, 220) zur Durchführung eines Anpaßhubes (302) und eines Spannhubes (304),
• - einen mitumlaufenden Federspeicher (136, 216) zur Speicherung einer Spannenergie, und
• - eine motorische Antriebseinrichtung für den Schraubtrieb unter Miteinbeziehung des Spindelantriebsmotors als Lieferant einer mechanischen Antriebsenergie,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die motorische Antriebseinrichtung für den Schraubtrieb neben dem Spindelantriebsmotor noch einen Zusatz-Motor (158, 276) umfaßt,
• - daß der Anpaßhub (302) und der Beginn des Spannhubes (306) durch die Betätigung des Zusatz-Motors durchgeführt ist, und
• - daß die Vollendung (308) des Spannhubes durch eine Rotation des Spindelantriebsmotors durchgeführt ist unter Ableitung der Schraubtrieb-Drehbewegung bzw. des Schraubtrieb-Drehmomentes von der Drehbewegung bzw. von dem Drehmoment der Arbeitsspindel (102, 202).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Drehmoment der Arbeitsspindel (102, 202) abgeleitete Reaktions-Drehmoment des Schraubtriebes (116; 220/222) über stationär gelagerte, mit dem Schraubtrieb kuppelbare Kupplungsteile (166, 266) abgestützt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankupplung der Kupplungsteile (166, 266) durch eine schaltbare Kupplungsbewegung (280) bewirkt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-Deformation des Federspeichers (136, 216) zur Einspeicherung einer Spannenergie im wesentlichen von der Drehbewegung der Arbeitsspindel (102, 202) abgeleitet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-Deformation des Federspeichers (136, 216) durch einen Sensor (140) berührungsfrei abtastbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Kupplungsbewegung in Abhängigkeit von der Überschreitung eines definierbaren Schwellen-Wertes des durch den Zusatz-Motor (158, 276) auf den Schraubtrieb (116; 220/222) übertragenen Drehmomentes eingeleitet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspeicher (216) Teil eines Federsystems mit wenigstens einem Federelement (236) mit federelastischen Hochleistungsfasern ist, und daß die im Federspeicher gespeicherte Spannenergie im wesentlichen durch die federelastische Deformation der Hochleistungsfasern in Richtung der Faserachsen erzeugt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungsfasern in einem ringförmigen Wickelkörper (236) endlos aufgewickelt sind und daß durch die federelastische Deformation der Hochleistungsfasern im wesentlichen eine Dehnung des Wickelkörpers in Umfangsrichtung bewirkt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federsystem ein Keilgetriebe umfaßt, zur Umwandlung der Energie eines über Getriebeorgane von außen in das Federsystem eingeführten Federweges (248) und einer dem Federweg zugeordneten Federkraft in die durch die federelastische Deformation der Fasern in dem Federelement (236) (Federelementen) gespeicherte Energie, und umgekehrt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen des Keilgetriebes als Wälzbahnen (256, 258) ausgebildet sind, zwischen denen sich Wälzkörper (250) befinden, die auf den Wälzbahnen abwälzbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigungen der Wälzbahnen (256, 258) über deren Längserstreckung gesehen, veränderlich angelegt sind, wobei die Steigungen auch den Wert Null oder negative Werte aufweisen können.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (236) von der Kreisring-Form abweichend polygonfähig ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubtrieb als Gleitschraubtrieb (220/222) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitschraubtrieb (220/222) wenigstens auf den Gleitflächen entweder der Schraubtriebmutter (220) oder der Schraubtriebspindel (222) mit einer reibungsmindernden Schicht (230) oder mit einem reibungsmindernden Werkstoff (230) versehen ist, vorzugsweise derart, daß die Kombination der Gleitreibungspartner (228/230) ein Reibungs-Verhältnis ergibt, bei welchem der Reibungskoeffizient der Haftrei­ bung μ _o gleich oder kleiner ist als der Reibungskoeffizient der Gleitreibung μ.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitschraubtrieb (116; 220/220) unter der Einwirkung der Spannkraft selbsthemmend ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Arbeitsspindel (202) abgeleitete Drehmoment für die Betätigung des Schraubtriebes (220/222) vor der Einleitung in die Schraubtriebmutter (220) bzw. Schraubtriebspindel (222) durch einen Drehmomentenwandler (262, 266, 264) gewandelt worden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentenwandler (262, 266, 264) Bauteile (266) umfaßt, welche stationär angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelantriebsmotor zur Einstellung einer vorgegebenen Spannkraft bezüglich seines Drehwinkels in Abhängigkeit von dem Signal eines die Deformation des Federspeichers abtastenden Sensors (140) gesteuert oder geregelt ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelantriebsmotor ein bezüglich des Drehwinkels und/oder bezüglich des Drehmomentes regelbarer Motor ist und daß Spannkraft durch Regelung des Spindelantriebsmotors auf einen vorgegebenen Wert ein­ gestellt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß einer vorgebbaren Spannkraft (312) ein bestimmtes Drehmoment oder ein bestimmter Drehwinkel des Spindelantriebsmotors bei der Durchführung des Spannhubes (308) zugeordnet ist, und daß die Spannkraft (312) durch Regelung des Spindelantriebsmotors eingestellt ist, derart, daß dessen Rotationsbewegung nach Erreichen des zugeordneten Dreh­ momentes oder des zugeordneten Drehwinkels beendet ist.

21. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß das gesamte Spannkraft-Aggregat (220, 222, 218, 216) zwischen beiden Lagerstellen (204) der Arbeitsspindel (202) angeordnet und die durch das Spannkraft-Aggregat erzeugte Spannbewegung (234) durch in dem Hohlzylinder der Arbeitsspindel (202) vorhandene Ausnehmungen auf das Zug- /Druck-Rohr übertragen ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine der schaltbaren Kupplungsbewegungen (280) nur in Kombination mit einer vorbestimmten Drehwinkel-Position der Arbeitsspindel (202) durchführbar ist, und daß die vorbestimmte Drehwinkel-Position durch eine nach dem Winkel-Weg der Drehbewegung der Arbeitsspindel oder des Spindelantriebsmotors geregelte Drehbewegung des Spindelantriebsmotors eingestellt ist.