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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten eines zu bearbeitenden
Elements wie einer Werkstoffstange in einer Werkzeugmaschinenspindel.
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Die
Erfindung betrifft Haltevorrichtungen vom sogenannten Spannzangentyp.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls Werkzeugmaschinen, die mit der vorgenannten
Haltevorrichtung ausgerüstet
sind.
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Im
Bereich der Werkzeugmaschinen, welche die Fertigung von Werkstücken aus
einer Werkstoffstange durch Automatendrehen erlauben, ist es erforderlich,
eines der Enden der Werkzeugstange in einem drehenden Teil, der
sogenannten Spindel, fest zu halten.
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Unter
Werkstoffstange bezeichnet man in der vorliegenden Anmeldung jedes
starre Element einer bestimmten Länge, das unabhängig von
dieser Länge
eine Umfangsfläche,
die sogenannte erste Umfangsfläche,
aufweist, welche den Querschnitt dieser Stange begrenzt.
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Eine
Spindel weist im Allgemeinen einen ersten im Wesentlichen rohrförmigen Teil
sowie Mittel zur Führung
der Drehbewegung und zum drehenden Antrieb dieses ersten, im Wesentlichen
rohrförmigen Teils
um seine Längsachse,
und dies bezogen auf eine Halterung, wie eine Teil des Rahmens einer Werkzeugmaschine,
welche mit der Spindel ausgerüstet
ist.
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Jede
Spindel birgt im Allgemeinen eine Vorrichtung zum Halten der Stange
mittels Festspannen auf der Umfangsfläche, der sogenannten ersten
Umfangsfläche,
wobei diese Haltevorrichtung aus Folgendem besteht:
- – aus
einem zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil, der eine Spannzange
bildet, und:
• einerseits
eine Umfangsfläche,
die sogenannte zweite Umfangsfläche,
welche den Querschnitt dieses zweiten im Wesentlichen rohrförmigen Teils
begrenzt und eine erste Innenfläche
aufweist, die einen axialen Gang mit im Wesentlichen gleichem Querschnitt
wie dem Querschnitt der zu bearbeitenden Werkstoffstange begrenzt,
und
• andererseits
radial und insbesondere elastisch verformbar ist,
- – aus
einem gesteuerten Betätigungsgerät, das dazu
gebaut wurde, um unter Verwendung von Betätigungsenergie, die von einer
außerhalb
dieses ersten, im Wesentlichen rohrförmigen Teils der Spindel liegenden
Steuervorrichtung geliefert und an das Innere dieses ersten im Wesentlichen rohrförmigen Teils übertragen
wird, eine radiale Klammerung zu bewirken oder eine radiale Klammerung
des zweiten im Wesentlichen rohrförmigen Teils zu beseitigen,
so dass die Festspannung dieses Letzteren auf der ersten Umfangsfläche einer
ihn durchquerenden Werkstoffstange oder im Gegenteil die Lösung von
diesem zweiten im Wesentlichen rohrförmigen Teil erzielt wird.
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Das
Betätigungsgerät muss unabhängig vom
Zustand der Drehung der Stange das Festspannen und das Lösen der
Stange gestatten, das heißt unabhängig davon,
ob die Stange nicht bewegt oder drehend angetrieben wird.
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Eine
Schwierigkeit liegt in der Übertragung der
Betätigungsenergie
von außerhalb
der Spindel in das Innere der Spindel.
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Ebenso
muss das Betätigungsgerät eine kräftige Umspannung
der Stange gewährleisten.
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Der
Stand der Technik weist zahlreiche Typen von Betätigungsgeräten mit Spannzangen oder Zylindern
auf, das heißt
Geräte,
die mechanische Energie benutzen, welche entweder mechanisch oder durch
ein Betätigungsmedium
wie ein pneumatisches oder hydraulisches Betätigungsmedium übertragen
wird, und welche im Übrigen
in einer Steuervorrichtung erzeugt wird.
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Wenn
man kraftvolle und zuverlässige
Geräte
möchte,
ist ihre Herstellung relativ aufwendig und kostspielig und sie wirken
sich aufgrund ihrer hohen Trägheit
nachteilig auf die Dynamik aus.
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Der
Stand der Technik nach
EP-A-1396301 weist
jedoch eine Haltevorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 auf, der auf die Behebung der oben genannten Probleme
abzielt.
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Das Betätigungsgerät in dieser Haltevorrichtung
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- • besteht
einerseits aus einem piezoelektrischen Organ, das durch Einwirkung
eines aus einer Steuervorrichtung kommenden, elektrischen Stroms
mindestens in einen von zwei Zuständen versetzt werden kann,
nämlich
in seinen Ruhezustand, den sogenannten ersten Zustand, in dem es
ein erstes vorgegebenes Volumen einnimmt, und in einen erregten
Zustand, den sogenannten zweiten Zustand, in dem es ein zweites
Volumen einnimmt, das größer als
das genannte erste Volumen ist,
- • befindet
sich andererseits im ersten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil
der Spindel und ist so um den zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil der
Spindel angeordnet ist, dass es:
•• wenn es das erste Volumen
ausfüllt,
zumindest stellenweise den zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil
der Spindel spannt und zu seinem Andruck auf der ersten Umfangsfläche einer
ihn durchquerenden Stange führt,
während
•• wenn es
das zweite Volumen ausfüllt,
den zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil nicht spannt und
den Andruck des zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teils der Spindel auf
der ersten Umfangsfläche
einer ihn durchquerenden Stange löst.
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Die
Vorrichtung funktioniert theoretisch, jedoch wirft sie in der Praxis
aufgrund ihrer Drehbewegung das Problem der Steuerung und/oder der
Energieversorgung ihres Betätigungsgerätes auf.
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Ein
Ergebnis der Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung des vorgenannten
Typs zu erhalten, deren technische Eigenschaften es gestatten, die Probleme
der Steuerung und Energieversorgung zu lösen.
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Zu
diesem Zweck hat die Erfindung eine Haltevorrichtung nach Anspruch
1 zur Aufgabe.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls Werkzeugmaschinen, die mit der vorgenannten
Haltevorrichtung ausgerüstet
sind.
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Die
Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden, als nicht einschränkendes
Beispiel gegebenen Beschreibung unter Betrachtung der zugehörigen Zeichnung
verständlich,
die schematisch eine Längsschnittansicht
einer mit der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
ausgerüsteten
Werkzeugmaschinenspindel darstellt.
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So
sieht man unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine schematische Darstellung
einer Spindel 1 einer (nicht dargestellten) Werkzeugmaschine.
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Die
Spindel 1 ist mit einer Haltevorrichtung 2 für eine Werkstoffstange
ausgerüstet,
die dazu bestimmt ist, in der Bearbeitungsmaschine bearbeitet zu
werden.
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Die
Werkstoffstange 3 besteht aus einem starren Element einer
bestimmten Länge,
das eine Umfangsfläche,
die sogenannte erste Umfangsfläche 4,
aufweist, welche den Querschnitt dieser Stange 3 begrenzt.
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Die
Spindel 1 besteht aus einer mechanischen Baugruppe, die
insbesondere einen ersten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil 5 sowie
Mittel zur Führung
der Drehbewegung 6 und zum drehenden Antrieb 7 dieses
ersten, im Wesentlichen rohrförmigen
Teils um seine Längsachse 8 aufweist,
und dies bezogen auf eine Halterung 9 wie ein Teil des
Rahmens einer Werkzeugmaschine, welche mit der Spindel ausgerüstet ist.
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Jede
Spindel 1 birgt im Allgemeinen eine Vorrichtung zum Halten 2 der
Stange 3 mittels Festspannen auf der Umfangsfläche, der
sogenannten ersten Umfangsfläche 4,
wobei diese Haltevorrichtung 2 aus Folgendem besteht:
- – aus
einem zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil 10, der
eine Spannzange bildet, und
• einerseits eine Umfangsfläche, die
sogenannte zweite Umfangsfläche 11,
welche den Querschnitt dieses zweiten im Wesentlichen rohrförmigen Teils 10 begrenzt
und eine erste Innenfläche 12 aufweist,
die einen axialen Gang mit im Wesentlichen gleichem Querschnitt
wie dem Querschnitt der zu bearbeitenden Werkstoffstange 3 begrenzt,
und
• andererseits
radial und insbesondere elastisch verformbar ist,
- – einem
gesteuerten Betätigungsgerät 13,
das dazu gebaut wurde, um unter Verwendung von Betätigungsenergie,
die von einer außerhalb
dieses ersten, im Wesentlichen rohrförmigen Teils 5 der
Spindel 1 liegenden Steuervorrichtung 14 geliefert
und an das Innere dieses ersten im Wesentlichen rohrförmigen Teils 5 übertragen
wird, eine radiale Klammerung zu bewirken oder eine radiale Klammerung
des zweiten im Wesentlichen rohrförmigen Teils 10 zu
beseitigen, so dass die Festspannung dieses Letzteren auf der ersten Umfangsfläche 4 einer
ihn durchquerenden Werkstoffstange 3 oder im Gegenteil
die Lösung
von diesem zweiten im Wesentlichen rohrförmigen Teil 10 erzielt
wird.
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Wie
dies auf der Zeichnung erkennbar ist, besteht das Betätigungsgerät 13 der
Haltevorrichtung 2 nicht aus einem Zylinder der durch ein
unter Druck stehendes Betätigungsmedium
betätigt
wird.
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Zusammenfassend, 1,
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung 2 zum Halten einer
Werkstoffstange 3 in einer Werkzeugmaschinenspindel 1,
wobei diese Vorrichtung Folgendes benutzt:
- – einen
im Wesentlichen rohrförmigen
Teil 10, den sogenannten zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil 10,
der eine Spannzange bildet, die dazu bestimmt ist, elastisch verformt
zu werden, um die Werkstoffstange 3 zu umschließen, und
ein
- – ein
gesteuertes Betätigungsgerät 13,
dass dazu entwickelt wurde, ein radiale Klammerung des genannten
zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teils 10 zu
erzeugen oder eine radiale Klammerung zu lösen, so dass das Festspannen
dieses Letzteren auf der ersten Umfangsfläche 4 einer ihn durchquerenden
Werkstoffstange 3, oder umgekehrt, das Lösen dieses
zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen
Teils 10 bewirkt wird,
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Die
erfindungsgemäße Haltevorrichtung
ist insofern bemerkenswert, als das Betätigungsgerät 13 aus einem aus
einem piezoelektrischen Organ besteht.
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Im
Einzelnen besteht auf bewerkenswerte Weise:
- – das Betätigungsgerät 13 aus
einem piezoelektrischen Organ, das durch Einwirkung eines aus einer
Steuervorrichtung 14 kommenden, elektrischen Stroms mindestens
in einen von zwei Zuständen
versetzt werden kann, nämlich
in seinen Ruhezustand, den sogenannten ersten Zustand, in dem es
ein erstes vorgegebenes Volumen einnimmt, und in einen erregten
Zustand, den sogenannten zweiten Zustand, in dem es ein zweites Volumen
einnimmt, das größer als
das genannte erste Volumen ist,
• andererseits die Steuervorrichtung 14 aus
einem Stromgenerator, der einerseits mit dem Betätigungsgerät 13 elektrisch verbunden
ist und andererseits von einer Steuereinheit 15 gesteuert
wird, so dass das Betätigungsgerät in mindestens
den sogenannten ersten oder zweiten der beiden Zustände versetzt
wird.
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Auf
bemerkenswerte Weise ist das Betätigungsgerät in einem
ersten im Wesentlichen rohrförmigen
Teil 5 der Spindel 1 untergebracht und so um den
zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen
Teil 10 der Spindel 1 angeordnet, dass es:
- – wenn
es das erste Volumen ausfüllt,
zumindest stellenweise den zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil 10 der
Spindel 1 spannt und zu seinem Andruck auf der ersten Umfangsfläche einer ihn
durchquerenden Stange führt,
während
- – wenn
es das zweite Volumen ausfüllt,
den zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil 10 nicht spannt
und den Andruck des zweiten, im Wesentlichen rohrförmigen Teils 10 der
Spindel auf der ersten Umfangsfläche
einer ihn durchquerenden Stange 3 löst.
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Die
Vergrößerung des
Volumens des Betätigungsgerätes wird
dazu genutzt, um das Schließen der
Zange zu bewirken.
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Die
Steuervorrichtung 14 besteht aus einem Taktgeber, der von
einer Steuereinheit 15 gesteuert wird, die es gestattet,
Energie zwischen dem Taktgeber und der Haltevorrichtung in Form
von elektrischen Ladungen über
kapazitive Bauteile auszutauschen.
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Auf ebenfalls bemerkenswerte Weise:
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- – weist
das piezoelektrische Organ, welches das Betätigungsgerät 13 bildet, mindestens
zwei elektrische Klemmen 16, 17 auf, die sogenannte
erste Klemme 16 und zweite Klemme 17, und
- – weist
der elektrische Taktgeber, der die Steuervorrichtung 14 bildet,
mindestens zwei elektrische Klemmen 18, 19, die
sogenannte dritte Klemme 18 und vierte Klemme 19,
auf,
- – wird
das Betätigungsgerät 13 über eine
kapazitive Spannungsversorgungsvorrichtung 20 mit elektrischer
Energie versorgt, die mindestens über zwei Kapazitäten 21, 22 verfügt, darunter eine
erste Kapazität 21 und
eine zweite Kapazität 22,
von denen jede durch ein Paar Ringelektroden 23, 24 und 25, 26 gebildet
wird, welche eine um die andere und koaxial zum ersten, im Wesentlichen
rohrförmigen
Teil 5 der Spindel 1 angeordnet sind,
• wobei die
Ringelektroden 25, 26, von denen sich jede im
Inneren einer der anderen Elektroden 23, 24, befindet,
als erste Innenelektrode 25 und zweite Innenelektrode 26 bezeichnet
werden, und vom ersten, im Wesentlichen rohrförmigen Teil 5 der
Spindel 1 gehalten werden und wobei jede elektrisch mit
einer der genannten ersten Klemme 16 und zweiten Klemme 17 des
Betätigungsgeräts 13 verbunden
ist,
• wobei
die Ringelektroden 23, 24, von denen jede eine
der genannten ersten Innenelektrode 25 und zweiten Innenelektrode 26 umgibt,
als erste Außenelektrode 23 und
zweite Außenelektrode 24 bezeichnet
werden, und von der Halterung 9 der Spindel 1 gehalten
werden, und wobei jede elektrisch mit einer der genannten dritten
Klemme 18 und vierten Klemme 19 des Steuergeräts 14 verbunden
ist.