DE4425576A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Bohrmaschine, mit einer vorzugsweise mittels einer Pinole in axialer Richtung verschiebbaren Spindel, die mit einem Keilprofil in eine ein Gegenprofil aufweisende, im Maschinengehäuse drehbar gelagerte Nabe eingreift, die mittels einer Antriebseinrichtung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten antreibbar ist.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art ist auf der Nabe ein axial verschiebbares Doppelzahnrad aufgenommen, dessen Zahnkränze alternativ zum Eingriff mit zugeordneten Antriebsrädern eines Getriebes bringbar sind. Hierbei ergeben sich aus den Verzahnungen resultierende, auf die Nabe wirkende, periodische Querkräfte, die in ungünstigen Fällen mit der Eigenfrequenz der Spindel, die durch die außermittig angreifenden Schnittkräfte auf Biegung beansprucht wird, in Resonanz geraten können. Die Folge davon sind, ein un­ ruhiger Lauf der Spindel und damit ein schlechtes Arbeitsergebnis. Hinzu kommt, daß die Nabe um einen ver­ gleichsweise großen Weg verschoben werden muß, was je nach Nabenstellung ein unterschiedliches Schwingungsver­ halten ergibt und dementsprechend geeignete Gegenmaßnahmen erschwert. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die Nabe durch die genannten Querkräfte stark verbogen werden kann, was zum Klemmen der Spindel führen kann. Um dem vorzubeugen, müssen im Bereich der Keilverzahnung vergleichsweise große Toleranzen vorgesehen werden, was die Herstellung erschwert und zudem das Arbeitsergebnis beeinträchtigt. Die bekannte Anordnung verweist sich demnach als nicht schwingungssicher und störungsfrei genug.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung gattungsgemäßer Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu ver­ bessern, daß ein vergleichsweise ruhiger Lauf der Spindel gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Nabe eine drehschlüssig hiermit verbundene, axial bewegbare Kupplungsscheibe aufgenommen ist, die von zwei auf der Nabe drehbar gelagerten Kupplungselementen flankiert ist, mit denen die Kupplungsscheibe alternativ zum Eingriff bringbar ist und die jeweils ein Antriebs­ element tragen, und daß die Antriebseinrichtung zumindest ausgangsseitig zwei zu den Antriebselementen der beiden Kupplungselemente führende, unterschiedlichen Geschwindigkeiten zugeordnete Antriebsstränge aufweist.

Mit diesen Maßnahmen lassen sich die eingangs geschilderten Nachteile vollständig beseitigen. Die er­ findungsgemäßen Maßnahmen ergeben eine der Nabe zugeordnete Doppelkupplung. Die erforderlichen Stellwege liegen hier in vorteilhafter Weise in der Größenordnung der Kupplungs-Lüftungsspalte. Ein weiterer, besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist darin zu sehen, daß von der drehschlüssig mit der Nabe verbundenen Kupplungsscheibe Querkräfte praktisch vollkommen fernge­ halten werden, wodurch einer Schwingungsanregung entge­ gengewirkt wird. Die Nabe wird in vorteilhafter Weise durch die hierauf gelagerten Kupplungselemente verstärkt, was zu einer erwünschten Stabilisierung gegen Schwingungen und zur Schwingungsdämpfung beiträgt. Zudem ermöglichen die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine vergleichsweise kompakte Bauweise, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Schwingungssicherheit auswirkt.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen in vorteilhafter Weise auch die Verwendung eines spindelfern angeordneten Getriebes. Zweckmäßig kann die Antriebseinrichtung dementsprechend einen Motor mit ange­ bautem, vorzugsweise als Schaltgetriebe ausgebildetem Getriebe aufweisen, dessen Ausgang ein Doppelrad mit vorzugsweise gegeneinander abgestuften Antriebselementen antreibt, die jeweils mit einem der beiden vorzugsweise ebenfalls gegeneinander abgestuften, kupplungsseitigen Antriebselemente vorzugsweise mittels eines Umlaufelements antriebsmäßig verbunden sein können. Diese Maßnahmen ergeben eine besonders einfache und kompakte Bauweise. Die Verwendung eines serienmäßigen Getriebe­ motors bietet dabei einen besonderen Kostenvorteil.

Eine weitere, zweckmäßige Dämpfungsmaßnahme kann darin bestehen, daß die Umlaufelemente als Antriebsriemen und die Antriebselemente als Riemenscheiben ausgebildet sind.

In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann die Kupplungsscheibe zumindest teilweise aus magnetisch anziehbarem Material bestehen. Ein Kupplungselement kann dabei mit einer Dauermagnetanordnung versehen sein. Dem gegenüberliegenden Kupplungselement kann eine zweckmäßig stärkere, ein- und ausschaltbare Elektromagnetanordnung zugeordnet sein. Diese Maßnahmen ermöglichen eine elektrische Fernbedienung der Doppelkupplung, wobei einfach die Permanentmagnetanordnung von der Elektromag­ netanordnung überwindbar ist. Gleichzeit ist infolge der Permanentmagnetanordnung sichergestellt, daß beim Abschalten den Elektromagnetanordnung automatisch ein Kupplungseingriff auf der gegenüberliegenden Seite bewerkstelligt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen kann darin bestehen, daß die Nabe nur im axialen Bereich des in Vorschubrichtung der Spindel vorderen Lagers ein dem spindelseitigen Keilprofil zugeordnetes Gegenprofil aufweist und dahinter mit einem gegenüber dem Spindeldurchmesser größeren Durchmesser gebohrt ist. Diese Maßnahmen ermöglichen in vorteilhafter Weise einen spielfreien gegenseitigen Eingriff der Keilprofile. Der Bereich der Nabenlagerung stellt praktisch einen Schwingungsknoten dar. In diesem Bereich erfolgt kein nennenswerter Ausschlag der Nabe und der Spindel. Außerhalb hiervon kann sich die Spindel infolge des Übermaßes der Nabenbohrung ungehindert biegen. Es ergibt sich daher eine hohe Störungsfreiheit. Gleichzeitig ist sichergestellt, daß Eigenschwingungen der Spindel außerhalb der Lager, wo ein direkter Kraft­ fluß zum Gehäuse möglich ist, von der Nabe ferngehalten werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung entnehmbar.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine der Spindel der Bohrmaschine zugeordnete An­ triebseinrichtung teilweise im Schnitt.

Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise von Bohr­ maschinen, beispielsweise Schnellradialbohrmaschinen, sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr. Die der Zeichnung zugrunde liegende Bohrmaschine enthält ein auf einem nicht näher dargestellten Ständer aufgenommenes Maschinengehäuse 1 und eine Spindel 2, die am nicht näher dargestellten, unteren Ende einen Bohrkopf tragen kann. Die Spindel 2 ist in einer Pinole 3 drehbar gelagert, die in axialer Richtung verschiebbar und gegen Verdrehen ge­ sichert im Maschinengehäuse 1 angeordnet ist. Die Pinole 3 ist zur Bewerkstelligung eines Aus- und Einfahrvorgangs mit einer Zahnleiste versehen und mittels einer nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung in axialer Richtung manuell oder maschinell verschiebbar. Der obere, aus der Pinole 3 herausragende Bereich der Spindel 2 ist als auf seiner ganzen Länge mit einem Keilprofil 4 versehener Spindelstutzen ausgebildet, der eine im Maschinengehäuse 1 drehbar gelagerte Nabe 5 durchgreift, die mit einem dem Keilprofil 4 zugeordneten Gegenprofil 6 versehen ist und die zur Bewerkstelligung einer Drehung der Spindel 2 in Drehrichtung antreibbar ist.

Die Nabe 5 ist im Bereich ihres oberen und unteren Endes im Maschinengehäuse 1, hier in einem Gehäusedeckel 1a und einem hierzu parallelen Zwischendeck 1b mittels Radiallager 7, 8 gelagert. Das dem Keilprofil 4 der Spindel 2 zugeordnete Gegenprofil 6 der Nabe 5 ist dabei auf den Bereich des in Ausschubrichtung der Spindel vorderen, hier unteren Lagers 7 beschränkt. Dahinter, hier oberhalb, weist die Bohrung der Nabe 5 einen gegen­ über dem Außendurchmesser des sie durchgreifenden Spindelstutzens größeren Innendurchmesser auf, so daß sich ein radiales Spiel ergibt. Im Bereich des gegenseitigen Eingriffs von Keilprofil 4 und Gegenprofil 6 ist Spielfreiheit vorgesehen.

Die zum Antrieb der Nabe 5 vorgesehene Antriebseinrichtung enthält eine auf das Maschinengehäuse 1 aufgesetzte, aus einem Motor 9, der frequenzgeregelt sein kann, und einem an diesen angeflanschten Getriebe 10, bestehende Baueinheit, deren durch eine Welle 11 gebildeter Ausgang die obere Gehäusewand durchdringt. Auf der Welle 11 ist ein Doppelrad mit zwei durchmessermäßig gegeneinander abgestuften Riemenscheiben 12, 13 aufgenommen. Diesen sind zwei im Bereich der Nabe 5 vorgesehene ebenfalls gegeneinander abgestufte Riemenscheiben 14, 15 zugeordnet, die alternativ mit der Nabe 5 kuppelbar sind. Der Abstand zwischen den einander zugeordneten Riemenscheiben 12, 14 und 13, 15 ist jeweils durch einen Riemen 16 bzw. 17 überbrückt. Den Riemen 16, 17 sind hier Spannelemente 18, 19 zugeordnet. Bei den Riemen 16, 17 kann es sich um einfache Flachriemen handeln. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um Zahnriemen. Die zugeordneten Riemenscheiben sind daher ebenfalls mit einem entsprechenden Zahnprofil versehen.

Die nabenseitigen Riemenscheiben 14, 15 sind jeweils an ein zugeordnetes, durch nicht näher bezeichnete Radiallager auf der Nabe 5 drehbar gelagertes Kupplungselement 20, 21 angesetzt. Die Kupplungselemente 20, 21 sind im Bereich zwischen den Lagern 7, 8 der Nabe 5, hier im oberen Nabenbereich positioniert. Die beiden Kupplungselemente 20, 21 flankieren eine zwischen ihnen angeordnete, auf der Nabe 5 drehschlüssig aufgenommene, axiale Beweglichkeit besitzende Kupplungsscheibe 22. Die axiale Beweglichkeit der Kupplungsscheibe 22 hält sich im Bereich der Größenordnung eines Kupplungslüftungsspalts, also im Bereich von einem Millimeter. Die einander zugewandten Flanken der Kupplungsscheibe 22 und der Kupplungselemente 20, 21 bilden parallele Kupplungsflächen, die mit einem Friktionsbelag versehen sein können. Die Kupplungsscheibe 22 ist alternativ an das eine oder andere Kupplungselement 20 bzw. 21 anpressbar, wodurch eine Drehmomentübertragung auf die Nabe 5 bewerkstelligt wird. Die Kupplungselemente 20, 21 werden permanent angetrieben und jeweils durch Kontakt mit der Kupplungsscheibe 22 mit der Nabe 5 gekuppelt. Das jeweils andere Kupplungselement dreht frei durch, was auf Grund der drehbaren Lagerung auf der Nabe 5 möglich ist.

Zur Bewerkstelligung einer drehschlüssigen Verbindung zwischen Nabe 5 und Kupplungsscheibe 22 kann eine spielfreie Keilverzahnung 23 vorgesehen sein. Zur Be­ werkstelligung der axialen Verschiebung der Kupplungsscheibe 22 ist ein Kupplungselement, hier das untere Kupplungselement 21 mit einer integrierten, ringförmigen Permanentmagnetanordnung 24 versehen. Dem anderen Kupplungselement, hier dem oberen Kupplungselement 20, ist eine Elektromagnetanordnung 25 zugeordnet. Hierbei handelt es sich um eine ebenfalls ringförmig ausgebildete Spulenanordnung, die am dem oberen Kupplungselement 20 benachbarten Gehäusedeckel 1a befestigt ist und in eine Ringnut 26 des zugeordneten Kupplungselements 20 mit Spiel eingreift. Die Elektromag­ netanordnung 25 ist so stark, daß sie die Permanentmag­ netanordnung 24 überwinden kann.

Die Elektromagnetanordnung 25 ist durch Strombeaufschlagung aktivierbar und durch Abschaltung des Stroms passivierbar. Im aktivierten Zustand wird die Kupplungsscheibe 22 entgegen der Wirkung der Permanentan­ ordnung 24 von der Elektromagnetanordnung 25 angezogen, womit eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem oberen Kupplungselement 20 und der Kupplungsscheibe 22 hergestellt wird. Sobald die Elektromagnetanordnung 25 passiviert wird, wird die Kupplungsscheibe 22 durch die Wirkung der Permanetmagnetanordnung 21 einerseits vom oberen Kupplungselement abgehoben und andererseits an das unteren Kupplungselement 21 angestellt. Um jeweils eine zuverlässige Lüftung der Kupplungsscheibe 22 gegenüber dem einen oder anderen Kupplungselement 20 bzw. 21 zu gewährleisten, ist ein Spalt von etwa einem Millimeter vorgesehen. Zur Bewerkstelligung der geschilderten magnetischen Betätigung der Kupplungsscheibe 22 ist diese aus magnetisch anziehbarem Material hergestellt. Zur Unterstützung der Lüftung können im dargestellten Beispiel nicht näher ausgeführte Federn vorgesehen sein.

Je nach dem, welches der beiden Kupplungselemente 20, 21 mit der Kupplungsscheibe 22 gekuppelt ist, werden die Nabe 5 und dementsprechend auch die drehschlüssig mit dieser zusammenwirkende Spindel 2 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben. Die unterschiedlichen Ge­ schwindigkeiten ergeben sich infolge der Abstufung der Riemenscheiben 12, 13 und 14, 15. Diese Abstufungen führen zu zwei festen Übertragungsverhältnissen. Sofern die Antriebseinheit mehrere Geschwindigkeiten liefern kann, werden für jede dieser Geschwindigkeiten zwei Spindel­ geschwindigkeiten erreicht. Hierzu kann das Getriebe 10 ist als Schaltgetriebe oder als stufenlos verstellbares Getriebe ausgebildet sein. Im dargestellten Beispiel ist alternativ hinzu der Motor 9 frequenzgeregelt, was ein großes Geschwindigkeitsfeld ermöglicht. Das Getriebe 10 kann dabei einfach als Untersetzungsgetriebe mit fester Untersetzung ausgebildet sein.

Claims (8)

1. Werkzeugmaschine, insbesondere Bohrmaschine mit einer vorzugsweise mittels einer Pinole (3) in axialer Richtung verschiebbaren Spindel (2) die mit einem Keilprofil (4) in eine ein Gegenprofil (6) aufweisende, im Maschinengehäuse (1) drehbar gelagerte Nabe (5) eingreift, die mittels einer Antriebseinrichtung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Nabe (5) eine drehschlüssig hiermit verbundene, axial bewegbare Kupplungsscheibe (22) aufgenommen ist, die von zwei auf der Nabe (5) drehbar gelagerten Kupplungselementen (20, 21) flankiert ist, mit denen die Kupplungsscheibe (22) alternativ zum Eingriff bringbar ist und die jeweils ein Antriebselement (14, 15) tragen und daß die Antriebseinrichtung zumindest ausgangsseitig zwei zu den Antriebselementen (14, 15) der beiden Kupplungs­ elemente (20, 21) führende, unterschiedlichen Ge­ schwindigkeiten zugeordnete Antriebsstränge aufweist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen vorzugsweise frequenzgeregelten Motor (9) mit angebautem Getriebe (10) aufweist, dessen Ausgang (11) ein Doppelrad mit vorzugsweise gegeneinander abgestuften Antriebselementen (12, 13) antreibt, die jeweils mit einem der beiden vorzugsweise ebenfalls gegeneinander abgestuften, kupplungsseitigen An­ triebselemente (20, 21) vorzugsweise mittels jeweils eines Umlaufelements (16, 17) antriebsmäßig verbunden sind.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufelemente (16, 17) als Antriebsriemen und die Antriebselemente (12, 13) bzw. (20, 21) als Riemenscheiben ausgebildet sind.

4. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Kupplungsscheibe (22) zumindest teilweise aus magnetisch anziehbarem Material besteht und daß einem Kupplungselement (20) eine schaltbare Elektro­ magnetanordnung (25) zugeordnet ist und daß das je­ weils gegenüberliegende Kupplungselement (21) vor­ zugsweise mit einer Dauermagnetanordnung (24) ver­ sehen ist.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnetanordnung (25) am Maschinengehäuse (1) befestigt ist und in eine zugeordnete Ringnut (26) des zugeordneten Kupp­ lungselements (20) eingreift.

6. Werkzeugmaschinen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnetanordnung (25) magnetisch stärker als die Dauermagnetanordnung (24) ist.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (5) durch zwei voneinander distanzierte, vorzugsweise im Bereich der Nabenenden angeordnete Lager (7, 8) im Maschinengehäuse (1) drehbar gelagert ist und daß dazwischen die Kupplungsscheibe (22) angeordnet und die Kupplungselemente (20, 21) auf der Nabe (5) ge­ lagert sind.

8. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (5) nur im axialen Bereich des in Vorschubrichtung der Spindel (2) vorderen Lagers (7) ein dem spindelsei­ tigem Keilprofil (4) zugeordnetes Gegenprofil (6) aufweist und dahinter mit einem gegenüber dem Spindeldurchmesser größeren Durchmesser gebohrt ist.