JP2009530558A - ２段式の工作機械伝動装置、特にスピンドル伝動装置 - Google Patents

Abstract

プラネタリギヤセット（１６）を含む２段式の工作機械伝動装置、特にスピンドル伝動装置であって、スピンドル（７）またはスピンドル挿入部が伝動装置（１７）の出力部（２、３）に確動結合または摩擦結合して連結可能である２段式の工作機械伝動装置において、この２段式の工作機械伝動装置が、第１の出力軸（２）と第２の出力軸（３）とを備え、第１の出力軸（２）が、駆動軸（１）に回転不能に連結されており、第１の切換要素（５）を介してプラネタリギヤセット（１７）のサンギヤ（４）に解除可能に連結可能であり、第２の出力軸（３）がプラネタリギヤセット（１７）のブリッジ部（１９）に回転不能に連結されており、プラネタリギヤセット（１７）のリングギヤ（８）が伝動装置のハウジング（１８）に回転不能に連結されており、そしてスピンドル（７）またはスピンドル挿入部と、選択的に第１の出力軸（２）または第２の出力軸（３）との間に、解除可能な連結部を形成する第２の切換要素（６）が設けられている２段式の工作機械伝動装置が提供される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の２段式の工作機械伝動装置、特に、大きなトルクおよび高い回転数用のスピンドル伝動装置に関する。

工作機械伝動装置、特にスピンドル伝動装置は、従来技術から知られており、通常、遊星歯車装置と、所望のギヤ段を切り換えるための切換装置とを含む。

例えば、出願人の特許文献１は、伝動装置の出力軸からスピンドルへの動力伝達またはトルク伝達が直接行われ、この場合、スピンドルが出力軸と同軸に配置されている工作機械伝動装置、特にスピンドル伝動装置を記載している。

さらに、出願人の特許文献２からは、伝動装置の出力軸からスピンドルへの動力伝達またはトルク伝達が直接行われ、この場合、スピンドルが出力軸と同軸に配置されている工作機械伝動装置、特にスピンドル伝動装置が知られている。この場合、駆動軸には、伝動装置出力部とスピンドルとの間で冷却液、オイルまたは空気用の供給装置として使用される回転貫通部が一体化されている。

出願人の特許文献３は、駆動軸および出力軸と、サンギヤと、リングギヤと、プラネタリギヤを有するプラネタリキャリアと、伝動装置ハウジングと、リングギヤがハウジングに連結可能である第１のギヤ、およびリングギヤがサンギヤに連結可能である第２のギヤを切り換えるためのシフトスリーブであって、このシフトスリーブが、磁気コイルおよび電機子からなる電磁石によって摺動可能であるシフトスリーブとを有する２段式の遊星歯車装置の電磁切換装置を記載している。この場合、電機子は回転可能であるが、シフトスリーブに軸方向に固定して配置されている。

出願人の特許文献４からは、２段式の遊星歯車装置の切換装置が知られている。公知の遊星歯車装置では、駆動軸はサンギヤに連結されており、出力軸はプラネタリキャリアに連結されており、この場合、遊星歯車装置のリングギヤは、シフトスリーブを介して伝動装置ハウジングまたはサンギヤに確動結合して連結可能であり、またシフトスリーブは、電動アクチュエータによって駆動軸と同軸に種々の切換位置に摺動可能である。この場合、アクチュエータは電磁石であり、その電機子はシフトスリーブに駆動結合されている。

トルクを増大させるためのスペース節約的な遊星歯車装置を有する工作機械伝動装置は、その中央構造により、一般に、高い回転数にも適切である。しかし、従来技術から公知の構造は、高い回転数を制限するが、この理由は、直結ギヤ（ｉ＝１：１、モータ出力回転数＝伝動装置出力回転数）において、当該駆動が、第１のギヤ段の変速を実現するだけで済むにもかかわらず、サンギヤとプラネタリギヤとプラネタリキャリアとリングギヤとを有する遊星歯車装置全体が駆動されるからである。このような状態では、高い回転数によって、振動値が不利な影響を与える。さらに、最高回転数までの加速時間が延びる。

大きなトルクを第１のギヤ段に伝達する（すなわち変速を行う）ために、一方では回転数をさらに増加させ、その上、単に大きなシール直径を可能にする大きな直径が出力部に必要となる。このことはトランスミッション温度に不利な影響を与えるが、この理由は、直径と回転数とにより、摩擦力が過度に大きくなるからである。
独国特許出願公開第１０２００４００３６８４号明細書 独国特許出願公開第１０２００４００３６８５号明細書 独国特許出願公開第１０２４１００６号明細書 独国特許出願公開第１９９１７６７３号明細書

本発明の課題は、低い振動値を有する２段式の工作機械伝動装置、特に、大きなトルクおよび高い回転数用のスピンドル伝動装置を提供することである。さらに、トランスミッション温度をできるだけ低く保持する必要がある。

この課題は、請求項１の特徴によって解決される。本発明による別の実施形態および利点は従属請求項から明らかである。

工作機械においては、表面の振動値と、加工すべき部分の精度の温度とが決定的に重要であり、すなわち、品質にとって重要である。高い回転数時におけるベルトの使用が技術的に実現不可能であるが、この理由は、法で定められた騒音発生規制を遵守できないからである。このようにして、本発明による伝動装置では、伝動装置からスピンドルへの動力伝達またはトルク伝達が直接行われることが意図されている。

したがって、プラネタリギヤセットと、駆動軸と、それに回転不能に連結されておりかつ第１の切換要素を介してプラネタリギヤセットのサンギヤに解除可能に連結可能である第１の出力軸と、プラネタリギヤセットのブリッジ部に回転不能に連結されている第２の出力軸とを含む２段式の工作機械伝動装置であって、スピンドルと、選択的に第１の出力軸または第２の出力軸との間に、解除可能な連結部を形成する第２の切換要素が設けられている２段式の工作機械伝動装置が提供される。この場合、第１の切換要素が開放された際に第１の出力軸をスピンドルに連結することによって、直結ギヤが形成され、第１の切換要素が閉鎖された際にスピンドルを第２の出力軸に連結することによって、変速を行うギヤが実現される。

本発明による概念により、直結ギヤにおいてプラネタリギヤセットが切り離され、この結果、回転数が非常に減少し、加速時間が短くなることが保証される。

本発明によれば、プラネタリギヤセットのリングギヤは伝動装置のハウジングに回転不能に連結されているので、前記リングギヤは第１のギヤ段（変速を行う）で同時に駆動されず、これによって、回転数が減少され、最高回転数までの加速時間が短くなる。さらに、リングギヤを遊びなく配置することにより、歯のより正確な回転が可能になり、したがって、第１のギヤ段（変速を行う）におけるより大きいスムーズな回転が可能になる。

本発明によれば、直結ギヤの第２の出力軸の同時回転を防止するロック装置を設けることができる。これにより、第２の出力軸の軸受が引きずりトルクを形成できるので、伝動装置の効率が向上される。このために、有利な実施形態の範囲では、スプリングピンはプラネタリキャリアの孔に案内され、これによって、プラネタリキャリアがブロックされる。第１の切換要素のまたは第２の切換要素の動作を介して、スプリングピンの動作が行われる。

本発明の有利な発展形態の範囲では、スピンドルが第１の出力軸と同軸に配置されていることが意図されている。さらに、第２の出力軸は、第１の出力軸と同軸に形成された中空軸として形成されており、この場合、第１の出力軸は第２の出力軸に遊びなく支持されている。

切換要素は、爪結合部または摩擦面結合部としてあるいは同期部として形成されることができ、また電気的に、機械的に、電気機械的に、油圧式に、空気圧式におよび／またはばね力で動作可能である。

入力側に配置された第１の切換要素は、伝動装置に一体化されており、かつシール箇所を備えているのが好ましい。第２の切換要素は伝動装置の外部出力側に配置されている。有利な発展形態によれば、スピンドルまたはスピンドル挿入部を第２の切換要素用の支持体として使用できる。

有利なことに、本発明による伝動装置には、伝動装置出力部とスピンドルとの間で冷却液、オイルまたは空気用の供給装置として使用される回転貫通部を一体化することができる。これにより、油面がもはや不要になり、この結果、伝動装置を加熱させるであろう蒸発損失がもはや生じない。その公開内容全体がこの説明の対象であるべきである出願人の特許文献２に記載されているように、回転貫通部は、第１の出力軸に支持されることができ、そしてシール箇所としてまた回転数差を受け入れるための装置として使用される２つのシールディスクを含むことができる。

添付図面を参照して、本発明について以下に例示的に詳細に説明する。

図１を参照すると、本発明による工作機械伝動装置１６は、プラネタリギヤセット１７と、駆動軸（モータ軸）１と、それに回転不能に連結されておりかつ第１の切換要素５を介してプラネタリギヤセット１７のサンギヤ４に解除可能に連結可能である第１の出力軸２とを含む。さらに、プラネタリギヤセット１７のブリッジ部１９に回転不能に連結されている第２の出力軸３が設けられており、この場合、スピンドル７またはスピンドル挿入部と、選択的に第１の出力軸２または第２の出力軸３との間には、解除可能な連結部を形成する第２の切換要素６が設けられている。

本発明によれば、第１の切換要素５が開放された際に第２の切換要素６を介して第１の出力軸２をスピンドル７に連結することにより、直結ギヤ（第２のギヤ段）が形成され、第１の切換要素５が閉鎖された際に第２の切換要素６を介してスピンドル７を第２の出力軸３に連結することにより、変速を行うギヤ（第１のギヤ段）が実現される。

プラネタリギヤセットは切換要素５を介してサンギヤ４によって切り換えられ、ここで、出力軸２への連結がこの場合行われ、リングギヤ８はハウジング１８に常時回転不能に連結されている。

内部にある出力軸２によって、高い回転数が直結ギヤでスピンドル７に伝達される。出力軸２は、直結ギヤで、小さなトルクを必要とするので、小さな直径を有し、このことにより、より低い周速度と低い回転数とが得られる。この理由から、高い回転数用の出力軸２において、小さな直径を有するラジアル軸シールリング９、１０を入力側および出力側で使用できる。外部にある駆動軸３を介して、大きなトルクが伝達され、これにより、変速時にのみまた本質的により低い回転数において、より大きい出力側シール箇所１１に荷重が加えられる。

出力軸２は、出力軸３内の傾斜軸受または精度軸受またはスピンドル軸受１２、１３によって遊びなく支持されている。同様に、出力軸３は、ハウジング１８内の傾斜軸受または精度軸受１４、１５によって遊びなく支持されている。

図１に示した実施例では、切換要素５と６のそれぞれがコイル２０とばね２１とを含むので、ばね力に対するコイルの動作によって、前記切換要素を動作させることができる。

図１には、直結ギヤが切り換えられた本発明による工作機械伝動装置１６が示されている。この場合、切換要素５は開放しており、また切換要素６は、出力軸２とスピンドルまたはスピンドル挿入部７との間に連結部が形成されるように閉鎖されている。

図２には、第１のギヤ段が切り換えられた、すなわち変速が行われた本発明による工作機械伝動装置１６が示されている。この場合、切換要素５は閉鎖されており、また切換要素６は、出力軸３とスピンドルまたはスピンドル挿入部７との間に連結部が形成されるように閉鎖されている。

図３には、工作機械伝動装置１６の断面図が示されている。切り換えられた第１のギヤ段で回転する部分は線影を付けて示されている。同様に、図４は、直結ギヤで回転する、線影を付けて示されている部分を示している。

図５に示した実施例では、切換要素５は、２つのコイル２２、２３を含み、所望の方向へのコイルの対応する動作によって動作可能であり、切換要素６はコイル２０とばね２１とを含むので、ばね力に対するコイルの動作によって、切換要素６を動作させることができる。

同様に、図６に示した実施例では、切換要素５は、２つのコイル２２、２３含み、所望の方向へのコイルの対応する動作によって動作可能であり、切換要素６は、それと同じ側に配置されているコイル２０およびばね２１を含むので、ばね力に対するコイルの動作によって、切換要素６を動作させることができる。

さらに、スピンドルモータによる通常の適応に対して、統合された解決策が可能である。この場合、内部にある出力軸２はロータの一部として存在することができ、したがって、全長が短くなる。

直結ギヤが切り換えられている本発明による工作機械伝動装置の実施形態の概略図である。 変速を行うギヤ段が切り換えられている図１による工作機械伝動装置の概略図である。 第１のギヤ段（変速を行う）で回転する部分が線影を付けて示されている図１による工作機械伝動装置の断面図である。 直結ギヤで回転する部分が線影を付けて示されている図１による工作機械伝動装置の断面図である。 実施形態が切換要素の種々の実施形態と異なる、第１の（下部の）ギヤ段が切り換えられた本発明による工作機械伝動装置の概略図である。 実施形態が切換要素の種々の実施形態と異なる、第２の（上部の）ギヤ段が切り換えられた本発明による工作機械伝動装置の概略図である。

符号の説明

１ 駆動軸、モータ軸
２ 第１の出力軸
３ 第２の出力軸
４ サンギヤ
５ 第１の切換要素
６ 第２の切換要素
７ スピンドル、スピンドル挿入部
８ リングギヤ
９ ラジアル軸シールリング
１０ ラジアル軸シールリング
１１ シール箇所
１２ スピンドル軸受
１３ スピンドル軸受
１４ 軸受
１５ 軸受
１６ 工作機械伝動装置
１７ プラネタリギヤセット
１８ ハウジング
１９ ブリッジ部
２０ コイル
２１ ばね
２２ コイル
２３ コイル

Claims (10)

1. プラネタリギヤセットを含む２段式の工作機械伝動装置、特にスピンドル伝動装置であって、スピンドルまたはスピンドル挿入部が前記伝動装置の出力部に確動結合または摩擦結合して連結可能である２段式の工作機械伝動装置において、前記２段式の工作機械伝動装置が、第１の出力軸（２）と第２の出力軸（３）とを備え、前記第１の出力軸（２）が、駆動軸（１）に回転不能に連結されており、第１の切換要素（５）を介して前記プラネタリギヤセット（１７）のサンギヤ（４）に解除可能に連結可能であり、前記第２の出力軸（３）が前記プラネタリギヤセット（１７）のブリッジ部（１９）に回転不能に連結されており、前記プラネタリギヤセット（１７）のリングギヤ（８）が前記伝動装置のハウジング（１８）に回転不能に連結されており、そして前記スピンドル（７）またはスピンドル挿入部と、選択的に前記第１の出力軸（２）または前記第２の出力軸（３）との間に、解除可能な連結部を形成する第２の切換要素（６）が設けられていることを特徴とする２段式の工作機械伝動装置。
2. 前記スピンドル（７）が前記第１の出力軸（２）と同軸に配置されていること、および前記第２の出力軸（３）が、前記第１の出力軸（２）と同軸に形成された中空軸として形成されており、前記第１の出力軸（２）が前記第２の出力軸（３）内のスピンドル軸受（１２、１３）を介して遊びなく支持されていることを特徴とする請求項１に記載の２段式の工作機械伝動装置。
3. 第１の切換要素（５）が開放された際に前記第２の切換要素（６）を介して前記第１の出力軸（２）を前記スピンドル（７）またはスピンドル挿入部に連結することにより、直結ギヤ（第２のギヤ段）が形成され、第１の切換要素（５）が閉鎖された際に前記第２の切換要素（６）を介して前記スピンドル（７）またはスピンドル挿入部を前記第２の出力軸（３）に連結することにより、変速を行うギヤ（第１のギヤ段）が実現されることを特徴とする請求項１または２に記載の２段式の工作機械伝動装置。
4. 前記直結ギヤの前記第２の出力軸（３）の同時回転を防止するロック装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の２段式の工作機械伝動装置。
5. 前記ロック装置がスプリングピンとして形成されており、該スプリングピンをプラネタリキャリアの孔に案内でき、これにより前記プラネタリキャリアがブロックされ、前記第１の結合部（５）または前記第２の結合部（６）の動作を介して前記スプリングピンの動作が行われることを特徴とする請求項４に記載の２段式の工作機械伝動装置。
6. 前記第１の切換要素（５）が前記伝動装置（１６）に一体化されていること、および前記第２の切換要素（６）が前記伝動装置（１６）の外部出力側に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の２段式の工作機械伝動装置。
7. 前記スピンドルまたはスピンドル挿入部（７）が前記第２の切換要素（６）用の支持体として使用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の２段式の工作機械伝動装置。
8. 前記２段式の工作機械伝動装置が、伝動装置出力部とスピンドル（７）との間で冷却液、オイルまたは空気用の供給装置として使用される回転貫通部を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の２段式の工作機械伝動装置。
9. 前記回転貫通部が、前記第１の出力軸（２）に支持されており、そしてシール箇所としてまた回転数差を受け入れるための装置として使用される２つのシールディスクを含むことを特徴とする請求項８に記載の２段式の工作機械伝動装置。
10. 前記切換要素（５、６）が、爪結合部または摩擦面結合部としてあるいは同期部として形成されており、電気的に、機械的に、電気機械的に、油圧式に、空気圧式におよび／またはばね力で動作可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の２段式の工作機械伝動装置。

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