KR101400534B1

KR101400534B1 - 2단 공작 기계 기어 장치, 특히 스핀들 기어 장치

Info

Publication number: KR101400534B1
Application number: KR1020087022929A
Authority: KR
Inventors: 하랄트 엑커트
Original assignee: 젯트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2014-05-28
Also published as: ATE449924T1; DE102006012837A1; US8047955B2; JP2009530558A; JP5404383B2; ES2335157T3; TWI379958B; WO2007107460A1; EP1996834A1; DE502007002107D1; CN101389884B; US20090098972A1; CN101389884A; EP1996834B1; KR20080104006A; TW200745471A

Abstract

스핀들(7) 또는 스핀들 부재가 기어 장치(17)의 피동부(2, 3)와 형태 결합 또는 강제 결합에 의해 연결될 수 있는 유성 기어 세트(16)를 포함하는 2단 공작 기계 기어 장치, 특히 스핀들 기어 장치가 제안되며, 이것은 제1 피동 샤프트(2) 및 제2 피동 샤프트(3)를 포함하며, 제1 피동 샤프트(2)는 구동 샤프트(1)와 회전 불가능하게 연결되고 제1 스위칭 요소(5)를 통해 유성 기어 세트(17)의 선기어(4)와 분리 가능하게 연결 가능하며, 제2 피동 샤프트(3)는 유성 기어 세트(17)의 웨브(19)와 회전 불가능하게 연결되고 유성 기어 세트(17)의 내치 기어(8)는 기어 장치의 하우징(18)과 회전 불가능하게 연결되며, 또한 스핀들(7) 또는 스핀들 부재와 선택적으로 제1 또는 제2의 피동 샤프트(2 또는 3)를 분리 가능하게 연결하는 제2 스위칭 요소(6)가 제공된다.

2단 공작 기계 기어 장치, 스핀들 기어 장치, 유성 기어 세트, 선기어

Description

2단 공작 기계 기어 장치, 특히 스핀들 기어 장치{TWO-STAGE MACHINE TOOL GEARING, IN PARTICULAR SPINDLE GEARING}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른, 2단 공작 기계 기어 장치, 특히, 높은 회전 토크 및 회전수를 위한 스핀들 기어 장치에 관한 것이다.

공작 기계 기어 장치, 특히 스핀들 기어 장치는 선행 기술에 공지되어 있으며, 대체로 유성 기어 장치와, 소정의 기어단으로 스위칭하기 위한 스위칭 장치를 포함한다.

예를 들어 본 출원인의 DE 10 2004 003 684 A1호에는 공작 기계 기어 장치, 특히 기어 장치의 피동 샤프트로부터 스핀들로 동력 및 토크를 직접 전달하는 스핀들 기어 장치가 기재되어 있으며, 상기 스핀들은 피동 샤프트와 동축으로 배치된다.

또한, 본 출원인의 DE 10 2004 003 685 A1호에는 공작 기계 기어 장치, 특히 기어 장치의 피동 샤프트로부터 스핀들로 동력 및 토크를 직접 전달하는 스핀들 기어 장치가 공지되어 있으며, 상기 스핀들은 피동 샤프트와 동축으로 배치된다. 이 경우, 기어 장치 피동부와 스핀들 사이에서 냉각 액체, 오일 또는 공기의 전달 장치로써 사용되는 회전 장치는 구동 샤프트에 통합된다.

본 출원인의 DE 102 41 006 A1호에는 구동 샤프트 및 피동 샤프트와, 선기어와, 내치 기어와, 유성 기어를 구비한 유성 캐리어와, 기어 장치 하우징과, 내치 기어가 하우징과 결합가능한 제1 기어단으로 그리고 내치 기어가 선기어와 결합가능한 제2 기어단으로 스위칭하기 위한 슬라이딩 슬리브를 구비한 2단 유성 기어 장치의 전자기 스위칭 장치가 기재되어 있으며, 상기 슬라이딩 슬리브는 자석 코일들 및 전기자로 이루어진 솔레노이드를 이용하여 변위 가능하다. 이 경우, 전기자는 회전 가능하지만 슬라이딩 슬리브 상에 축방향으로 고정되어 배치된다.

본 출원인의 DE 199 17 673 A1호에는 2단 유성 기어 장치의 스위칭 장치가 제시된다. 공지된 유성 기어 장치에서 구동 샤프트는 선기어와, 피동 샤프트는 유성 캐리어와 연결되며, 유성 기어 장치의 내치 기어는 슬라이딩 슬리브를 통해 기어 장치 하우징 또는 선기어와 형태 결합에 의해 결합될 수 있고, 상기 슬라이딩 슬리브는 구동 샤프트에 대해 동축으로, 전기 엑츄에이터를 이용하여 상이한 스위칭 위치들로 변위 가능하다. 또한 상기 엑츄에이터는 전기자가 구동 조건에 따라 슬라이딩 슬리브와 연결되는 솔레노이드이다.

회전 토크 증가를 위한 공간 절약형 유성 기어 장치를 구비한 공작 기계 기어 장치들은 중심 조립 구조를 통해 일반적으로 또한 높은 회전수를 위해 적합하다. 그러나 단지 제1 기어단을 위한 기어비의 구현을 위해 필요함에도 불구하고 선기어, 유성 기어들, 유성 캐리어, 내치 기어를 구비한 전체 유성 기어 장치가 고속 기어(i=1:1, 엔진 출력 회전수=기어 장치 출력 회전수)에서 구동되기 때문에, 선행 기술에 공지된 구조는 높은 회전수에서는 제한된다. 상기 유형의 상황들에서 높은 회전 질량에 의해 진동값은 불리한 영향을 받는다. 또한 최대 회전수까지의 가속 시간은 연장된다.

제1 기어단에서(즉, 기어비를 사용하여) 높은 회전 토크들을 전달하기 위해, 한편으로 회전 질량을 추가로 증가시키고 또한 큰 밀봉 직경을 가능하게 하는 큰 직경이 피동부에 필요하다. 이는, 마찰력이 직경 및 회전수와 함께 불균일하게 증가하기 때문에 이것은 기어 장치 온도에 불리하게 작용한다.

본 발명의 목적은 2단 공작 기계 기어 장치, 특히 높은 회전 토크 및 회전수를 위한 스핀들 기어 장치를 제공하는 데 있으며, 상기 기어 장치는 낮은 진동값을 포함한다. 또한 기어 장치 온도는 가능한 낮게 유지되어야 한다.

이러한 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 추가의 실시예들 및 장점들은 종속항에 제시된다.

공작 기계에서 가공될 부품들의 정밀도에 대해서는 표면 및 온도에 대한 진동값이 중요하여 결정적으로 품질을 좌우한다. 법률상 규정된 소음 방출도를 준수할 수 없으므로 높은 회전수에서 밸트를 사용하는 것은 산업적으로 구현될 수 없다. 그에 따라, 본 발명에 따른 기어 장치에서 동력 및 토크는 기어 장치로부터 스핀들에 직접 전달된다.

그에 따라 유성 기어 세트와, 구동 샤프트와, 회전 불가능하게 구동 샤프트와 연결되며 제1 스위칭 요소를 통해 유성 기어 세트의 선기어와 분리 가능하게 연결된 제1 피동 샤프트와, 유성 기어 세트의 웨브와 회전 불가능하게 연결된 제2 피동 샤프트를 포함하는 2단 공작 기계 기어 장치가 제안되며, 스핀들과 선택적으로 제1 또는 제2 피동 샤프트 사이를 분리 가능하게 연결하는 제2 스위칭 요소가 제공된다. 이 경우, 제1 스위칭 요소가 개방되면 제1 피동 샤프트와 스핀들의 연결을 통해 고속 기어단이 발생된다. 제1 스위칭 요소가 폐쇄되면 제2 피동 샤프트와 스핀들의 연결을 통해 기어비를 포함하는 기어단이 구현된다.

본 발명의 개념에 따르면, 고속 기어단에서 유성 기어 세트가 해제되므로 회전 질량은 현저히 감소하고 가속 시간은 단축되는 것이 보장된다.

본 발명에 따르면, 유성 기어 세트의 내치 기어는 기어 장치의 하우징과 회전 불가능하게 연결되므로, (기어비를 사용하는)제1 기어단에서 함께 구동되지 않으며, 이로 인해 회전 질량은 감소되고 최대 회전 수까지의 가속 시간은 단축된다. 또한 내치 기어의 유격 없는 위치는 톱니의 정확한 롤링을 가능하게 하며, 따라서 (기어비를 사용하는)제1 기어단에서 보다 정숙한 작동을 가능하게 한다.

본 발명에 따르면, 고속 기어단에서 제2 피동 샤프트가 함께 회전하는 것을 방지하는 차단 장치가 제공될 수 있다. 이로 인해, 제2 피동 샤프트의 지지부가 견인 토크를 형성할 수 있으므로 기어 장치의 효율은 개선된다. 상기 목적을 위해 바람직한 실시예의 범위에서 상기 차단 장치는 스프링 핀으로 형성되고, 상기 스프링 핀은 유성 캐리어의 보어 내로 안내되며, 이로 인해 유성 캐리어는 블로킹된다. 스프링 핀은 제1 스위칭 요소 또는 제2 스위칭 요소의 작동을 통해 작동된다.

본 발명의 바람직한 개선예의 범위에서, 스핀들이 제1 피동 샤프트에 대해 동축으로 배치된다. 또한 제2 피동 샤프트는 제1 피동 샤프트에 대해 동축으로 설계된 중공 샤프트로서 형성되며, 제1 피동 샤프트는 유격 없이 제2 피동 샤프트 내에 지지된다.

스위칭 요소들은 죠(jaw)클러치 또는 마찰 표면 클러치 또는 동기기로서 설계될 수 있으며 전기식, 기계식, 전기 기계식, 유압식, 압축 공기식 및/또는 탄성력으로 작동될 수 있다.

바람직하게 구동부 측에 배치된 제1 스위칭 요소는 기어 장치 내에 통합되며 밀봉 위치를 포함한다. 제2 스위칭 요소는 기어 장치 외부의 피동부 측에 배치된다. 바람직한 개선예에 따라 스핀들 및 스핀들 부재는 제2 스위칭 요소를 위한 지지부로서 사용될 수 있다.

기어 장치 피동부와 스핀들 사이에서 냉각 액체, 오일 또는 공기의 전달 장치로서 사용되는 회전 장치는 본 발명에 따른 기어 장치에 바람직한 방식으로 통합될 수 있다. 따라서 오일 레벨이 더 이상 필요하지 않으므로 기어 장치를 가열할 수도 있는 불량 손실들은 더이상 발생하지 않는다. 공개된 명세서 내용이 전체 내용상 본원 명세서의 대상이기도 해야 하는 본 출원인의 DE 10 2004 003 685 A1호에 기재된 바와 같이, 회전 장치는 제1 피동 샤프트 내에 지지될 수 있으며, 밀봉 위치로서 그리고 회전 속도 차이를 수용하기 위한 장치로서, 사용되는 2개의 밀봉 플레이트를 포함할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면들에 의해 예를 들어 이후 더 상세하게 설명된다.

도1은 고속 기어단으로 스위칭되는 본 발명에 따른 공작 기계 기어 장치의 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도2는 기어비를 사용하여 기어단이 스위칭되는 도1에 따른 공작 기계 기어 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도3은 제1 기어단에서 (기어비를 사용하여)회전하는 부품들이 빗금으로 도시된 도1에 따른 공작 기계 기어 장치를 도시한 단면도이다.

도4는 고속 기어단에서 회전하는 부품들이 빗금으로 도시된 도1에 따른 공작 기계 기어 장치를 도시한 단면도이다.

도5 및 도6은 스위칭된 제1(아래) 및 제2 기어단(위)을 포함하는, 본 발명에 따른 공작 기계 기어 장치를 개략적으로 도시한 각각의 도면이며, 스위칭 요소들의 상이한 실시를 통해 구별되는 실시예들을 도시한 도면이다.

도1과 관련하여, 본 발명에 따른 공작 기계 기어 장치(16)는 유성 기어 세트(17)와, 구동 샤프트(엔진 샤프트)(1)와, 구동 샤프트(1)와 회전 불가능하게 연결되고 제1 스위칭 요소(5)를 통해 유성 기어 세트(17)의 선기어(4)와 분리 가능하게 연결 가능한 제1 피동 샤프트(2)를 포함한다. 또한 제2 피동 샤프트(3)는 유성 기어 세트(17)의 웨브(19)와 회전 불가능하게 연결되며, 제2 스위칭 요소(6)는 스핀들(7) 또는 스핀들 부재와, 선택적으로 제1 또는 제2의 피동 샤프트(2 또는 3) 사이를 분리 가능하게 연결한다.

본 발명에 따르면 고속 기어단(제2 기어단)은 제1 스위칭 요소(5)가 개방되는 경우, 제1 피동 샤프트(2)가 제2 스위칭 요소(6)를 통해 스핀들(7)과 연결됨으 로써 발생된다. 기어비를 포함하는 기어단(제1 기어단)은 제1 스위칭 요소(5)가 폐쇄되는 경우, 제2 피동 샤프트(3)가 제2 스위칭 요소(6)를 통해 스핀들(7)과 연결됨으로써 구현된다.

유성 기어 세트는 스위칭 요소(5)를 거쳐 선기어(4)에 의해 접속되며 이 경우, 피동 샤프트(2)에 대한 연결이 실행된다. 내치 기어(8)는 하우징(18)과 영구히 회전 불가능하게 연결된다.

내부에 배치된 피동 샤프트(2)를 통해 높은 회전수가 고속 기어에서 스핀들(7)에 전달된다. 낮은 원주 속도 및 적은 회전 질량에서 초래되는 낮은 회전 토크가 고속 기어에서 요구되므로 피동 샤프트(2)는 작은 직경을 갖는다. 상기 이유로 인해 구동부 측 및 피동부 측에서 직경이 작은 로터리 샤프트 밀봉 링(rotary shaft seal ring)(9, 10)은 높은 회전수를 위한 피동 샤프트(2)에서 사용될 수 있다. 높은 회전 토크는 외부에 배치된 구동 샤프트(3)를 통하여 전달되며, 이로 인해 더 큰 피동부 측 밀봉 위치(11)는 단지 기어비 및 훨씬 더 낮은 회전수에서 부하를 받는다.

피동 샤프트(2)는 경사 베어링 또는 정밀 베어링 또는 스핀들 베어링(12, 13)을 통해 피동 샤프트(3) 내에 유격 없이 지지된다. 피동 샤프트(3)는 마찬가지로 경사 베어링 또는 정밀 베어링(14, 15)에 의해 유격 없이 하우징(18) 내에 지지된다.

도1에 도시된 예에서 스위칭 요소들(5 및 6)은 각각 코일(20)과 스프링(21)을 포함하므로 이들은 바람직하게 탄성력에 대한 코일의 작동에 의해 작동될 수 있 다.

도1에는 스위칭된 고속 기어 상태의 본 발명에 따른 공작 기계 기어 장치(16)가 도시된다. 이 경우에 스위칭 요소(5)는 개방되고, 스위칭 요소(6)는 피동 샤프트(2)와 스핀들 또는 스핀들 부재(7) 사이가 연결되는 방식으로 폐쇄된다.

도2에는 스위칭된 제1 기어단, 즉 기어비를 사용하는 본 발명에 따른 공작 기계 기어 장치(16)가 도시된다. 이 경우에 스위칭 요소(5)는 폐쇄되고, 스위칭 요소(6)는 피동 샤프트(3)와 스핀들 또는 스핀들 부재(7) 사이가 연결되는 방식으로 폐쇄된다.

공작 기계 기어 장치(16)의 단면도가 도시되어 있는 도3에, 스위칭된 제1 기어단에서 회전하는 부품들이 빗금으로 도시된다. 도4에는 마찬가지로 고속 기어에서 회전하는 부품들이 빗금으로 도시된다.

도5에 도시된 예에서 스위칭 요소(5)는 2개의 코일들(22, 23)을 포함하며, 코일의 상응하는 작동을 통하여 소정의 방향으로 작동 가능하다. 스위칭 요소(6)는 코일(20)과 스프링(21)을 포함하므로, 탄성력에 대한 코일의 작동을 통하여 작동될 수 있다.

도6에 도시된 예에서 스위칭 요소(5)는 마찬가지로 2개의 코일들(22, 23)을 포함하며, 코일의 상응하는 작동을 통하여 소정의 방향으로 작동 가능하다. 스위칭 요소(6)는 스위칭 요소와 동일한 측면에 배치되는 코일(20)과 스프링(21)을 포함하므로, 탄성력에 대한 코일의 작동을 통하여 작동될 수 있다.

스핀들 엔진과의 정상적인 적응을 위하여, 통합되는 방식도 가능하다. 이 경우, 내부에 배치된 피동 샤프트(2)는 바람직한 방식으로 전체 조립 길이를 단축하기 위해 회전자의 부품으로서 존재할 수 있다.

<도면 부호 리스트>

1 : 구동 샤프트, 엔진 샤프트

2 : 제1 피동 샤프트

3 : 제2 피동 샤프트

4 : 선기어

5 : 제1 스위칭 요소

6 : 제2 스위칭 요소

7 : 스핀들, 스핀들 부재

8 : 내치 기어

9 : 로터리 샤프트 밀봉 링

10 : 로터리 샤프트 밀봉 링

11 : 밀봉 위치

12 : 스핀들 베어링

13 : 스핀들 베어링

14 : 베어링

15 : 베어링

16 : 공작 기계 기어 장치

17 : 유성 기어 세트

18 : 하우징

19 : 웨브

20 : 코일

21 : 스프링

22 : 코일

23 : 코일

Claims

스핀들 또는 스핀들 부재가 기어 장치의 피동부와 형태 결합 또는 강제 결합에 의해 연결되는 유성 기어 세트를 포함하는 2단 공작 기계 기어 장치에 있어서,

상기 기어 장치는 제1 피동 샤프트(2) 및 제2 피동 샤프트(3)를 포함하며, 제1 피동 샤프트(2)는 구동 샤프트(1)와 회전 불가능하게 연결되고 제1 스위칭 요소(5)를 통해 유성 기어 세트(17)의 선기어(4)와 분리 가능하게 연결되며, 제2 피동 샤프트(3)는 유성 기어 세트(17)의 웨브(19)와 회전 불가능하게 연결되고 유성 기어 세트(17)의 내치 기어(8)는 기어 장치의 하우징(18)과 회전 불가능하게 연결되며, 제2 스위칭 요소(6)는 스핀들(7) 또는 스핀들 부재와, 선택적으로 제1 또는 제2의 피동 샤프트(2 또는 3) 사이를 분리 가능하게 연결하는 것을 특징으로 하는, 2단 공작 기계 기어 장치.
제1항에 있어서, 스핀들(7)은 제1 피동 샤프트(2)에 대해 동축으로 배치되며, 제2 피동 샤프트(3)는 제1 피동 샤프트(2)에 대해 동축으로 설계된 중공 샤프트로서 형성되며, 제1 피동 샤프트(2)는 스핀들 베어링(12, 13)을 통해 제2 피동 샤프트(3) 내에 유격 없이 지지되는 것을 특징으로 하는, 2단 공작 기계 기어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 고속 기어단(제2 기어단)은, 제1 스위칭 요소(5)가 개방되는 경우 제1 피동 샤프트(2)가 제2 스위칭 요소(6)를 통해 스핀들(7) 또는 스핀들 부재와 연결됨으로써 발생되며, 기어비를 포함하는 기어단(제1 기어단)은, 제1 스위칭 요소(5)가 폐쇄되는 경우 제2 피동 샤프트(3)가 제2 스위칭 요소(6)를 통해 스핀들(7) 및 스핀들 부재와 연결됨으로써 구현되는 것을 특징으로 하는, 2단 공작 기계 기어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 고속 기어에서 제2 피동 샤프트(3)가 함께 회전하는 것을 방지하는 차단 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는, 2단 공작 기계 기어 장치.
제4항에 있어서, 차단 장치는 유성 캐리어의 보어 내로 안내될 수 있는 스프링 핀으로서 형성되고, 이로써 유성 캐리어는 블로킹되며, 스프링 핀은 제1 클러치(5) 또는 제2 클러치(6)의 작동을 통해 작동되는 것을 특징으로 하는, 2단 공작 기계 기어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 스위칭 요소(5)는 기어 장치(16)에 통합되며, 제2 스위칭 요소(6)는 기어 장치(16) 외부의 피동부 측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 2단 공작 기계 기어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 스핀들 또는 스핀들 부재(7)는 제2 스위칭 요소(6)를 위한 지지부로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 2단 공작 기계 기어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 기어 장치 피동부와 스핀들(7) 사이에서 냉각 액체, 오일 또는 공기의 전달 장치로서 사용되는 회전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2단 공작 기계 기어 장치.
제8항에 있어서, 회전 장치는 제1 피동 샤프트(2) 내에 지지되고 밀봉 위치로서 그리고 회전 속도 차이를 수용하기 위한 장치로서 사용되는 2개의 밀봉 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2단 공작 기계 기어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 스위칭 요소들(5, 6)은 죠(jaw)클러치 또는 마찰 표면 클러치 또는 동기기로서 설계되며 전기식, 기계식, 전기 기계식, 유압식, 압축 공기식, 탄성력으로, 또는 이들의 하나 이상의 임의의 조합된 방식으로 작동되는 것을 특징으로 하는, 2단 공작 기계 기어 장치.