WO1993014902A2 - Spindelantriebseinrichtung für werkzeugmaschinen - Google Patents

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WO1993014902A2
WO1993014902A2 PCT/EP1993/000083 EP9300083W WO9314902A2 WO 1993014902 A2 WO1993014902 A2 WO 1993014902A2 EP 9300083 W EP9300083 W EP 9300083W WO 9314902 A2 WO9314902 A2 WO 9314902A2
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gear
spindle
planet
work spindle
planetary gear
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PCT/EP1993/000083
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WO1993014902A3 (de
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Friedrich Link
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Index-Werke Gmbh & Co. Kg Hahn & Tessky
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Publication of WO1993014902A2 publication Critical patent/WO1993014902A2/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02—Driving main working members
    • B23Q5/04—Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles
    • B23Q5/12—Mechanical drives with means for varying the speed ratio
    • B23Q5/14—Mechanical drives with means for varying the speed ratio step-by-step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/46—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears
    • F16H3/48—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears
    • F16H3/52—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears
    • F16H3/54—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears one of the central gears being internally toothed and the other externally toothed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/30—Constructional features of the final output mechanisms
    • F16H63/3023—Constructional features of the final output mechanisms the final output mechanisms comprising elements moved by fluid pressure

Definitions

  • the invention relates to a spindle drive device for machine tools, with a work spindle for holding a workpiece to be machined, a spindle drive motor and a switchable planetary gear provided between it and the work spindle for a spindle drive with different gear ratios, the at least three gear elements, namely a sun gear, a planet gear.
  • Wheel carrier with a planetary gear set and a ring gear, planet gear having an input gear element rotatably connected to the drive motor and an output gear element connected to the work spindle in drive connection.
  • Such a spindle drive device is known from the printed matter "SIMODRIVE - three-phase main spindle drives with three-phase motors 1 PH 5, 1 PH 6 and transistor pulse converter 6 SC 65", March 1987, from Siemens AG.
  • the assembly of this known device comprising the spindle drive motor and the planetary gear is to be arranged outside the headstock of the machine tool, the output gear element of the planetary gear is provided with a pulley, and the drive connection to the work spindle takes place via a drive belt.
  • the spindle drive motor and the planetary gear lie side by side in the direction of the motor shaft axis, and the motor shaft either drives the sun gear, depending on the position of a clutch comprising the motor shaft and having a sliding sleeve or the ring gear of the planetary gear on - the planet carrier (also called a web) is connected to the pulley.
  • the drive power can also be transmitted via a toothed pinion or a flexible coupling on the transmission output instead of via a belt.
  • the planetary gear at the gear output leads to a backlash (gearless) of 30-45 angular minutes, with a special version of the planetary gear of 25 angular minutes.
  • the installation of an electromagnetic holding brake is recommended to hold the gearbox output shaft and the machine tool work spindle free of play.
  • motor spindles in these the rotor or rotor of a three-phase motor forming the spindle drive motor is a direct component of the work spindle. Smoothness, zero backlash and rigidity of such a drive are excellent, but because of the limited space available, they have insufficient drive torques, so that heavy machining work and use of the work spindle as a so-called rotary axis are not possible.
  • the invention was based on the object of creating a spindle drive device for the work spindle of machine tools which guarantees the best concentricity and allows workpieces with the highest surface quality to be produced even at high speeds.
  • the drive motor has a hollow shaft-like rotor which is coaxial with the work spindle and comprises the latter and the planet gears are arranged around the work spindle axis and that the rotor is rotatably connected to the input drive gear element of the planetary gear and its output gear element is rotatably connected to the work spindle.
  • the spindle drive device eliminates the vibrations occurring in belt drives since a belt drive is not present.
  • a switchable planetary gear can also be easily designed so that the input gear and output gear element and thus the spindle drive motor and work spindle are connected to one another in a rotationally fixed manner, so that the spindle drive device according to the invention allows the advantages of so-called motor spindles to be achieved. namely smooth running, absolute zero backlash and great rigidity of the drive and thus the production of turned parts of the highest surface quality at high speeds.
  • high drive torques can be achieved on the work spindle in the slow gear of the planetary gear and thus heavy machining work can be carried out.
  • a preferred embodiment of the spindle drive device is characterized in that the pia- Netengetriebes whose planet gears are held non-rotatably with respect to the planet gear carrier and the input gear element is non-rotatably connected to the output gear element. Then, in the fast gear of the planetary gear, there is no gearwheel rolling, so that the disadvantages associated with a backlash and the gears engaging with one another cannot occur.
  • the planetary gear can be produced with such a small tooth play that it is almost free of play in slow gear without high speeds leading to excessive wear in fast gear.
  • a preferred embodiment of the spindle drive device according to the invention is distinguished by a particularly simple and compact structure;
  • the central gear element located between the input and output gear elements is displaceable in the direction of the spindle axis between a first, slow gear and a second, fast gear assigned shift position and non-rotatable in its first shift position held and freely rotatable in its second switching position, connecting the input and output gear elements in a rotationally fixed manner.
  • the non-rotatable holding of the central gear element in its first switching position and the rotationally fixed connection of the input and output gear elements by the central gear element in its second switching position can result in pins and corresponding ones extending in the axial direction Openings, annular toothings with teeth extending in the axial direction or the like are used so that a simple displacement of the central gear element is sufficient to bring these coupling elements into or out of engagement.
  • An external clutch with respect to the planetary gear can thus be omitted.
  • Such a construction becomes particularly simple when the middle gear element is connected in a rotationally fixed manner to a gear housing in its first switching position, although of course another, stationary component can take the place of the gear housing.
  • an additional electromagnetic holding brake serves to hold the gear output shaft and thus the work spindle.
  • the spindle drive device according to the invention enables a significant simplification by being designed in such a way that the central gear element can be pushed into a third switching position in which it is connected in a rotationally fixed manner both to the gear housing and to at least one of the other two gear elements is what can in turn preferably be achieved by means of annular toothing with teeth extending in the axial direction.
  • An additional holding brake can therefore be dispensed with, and the work spindle can be blocked in as many rotational angle positions as the gear housing or the central gear element has holding teeth.
  • latching means on the middle transmission element and on at least one of the other transmission elements for holding the middle transmission element at least in this switching position, e.g. B. a recess and an accordingly designed, spring-loaded locking element.
  • means are provided to make the planetary gear absolutely free of play in slow gear, so that the spindle drive device according to the invention then not only enables the work spindle to be operated as a so-called rotary axis, specifically in both directions of rotation, but also heavy machining work with high torque can be carried out without an interrupted cut affecting the cutting edges of the used tools and thus their lifespan.
  • the invention makes use of the fact that a planetary gear is best suited for the quasi-loss-free superimposition of two speeds or torque and / or braking torques, because two of its three gear elements listed above are used as input gear elements and the third as output gear element can be.
  • the planetary gear has an equivalent fourth gear element to at least one of its three gear elements, and an adjusting device is provided in order to eliminate the play of the latter in the slow gear of the planetary gear to twist each other equivalent gear elements against each other.
  • the rotation of such a fourth gear element according to the direction of rotation and the size of the rotation is expediently selected such that the torque transmission from the drive motor to the work spindle takes place in a form-fitting manner and only a leading or advancing of the work spindle in the event of a braking torque caused by the machining of the workpiece and not constant over time is prevented.
  • the device then has an adjusting device for adjusting the slide located in its first switching position from a central position, optionally in one or the other circumferential direction, the planetary gear can be easily adjusted as a function of the direction of the other Make the work spindle required torque free of play without a high tension with the disadvantages mentioned above being necessary.
  • the adjusting device or the adjusting devices for adjusting the slide in the axial direction and / or in the circumferential direction expediently has two adjusting elements which act on opposite areas of the slide in order to control the latter in such a manner and without play in the different switch positions and to be able to hold there.
  • the spindle drive device according to the invention can thus be designed such that either the sun gear or the planet gear carrier (often also called a web) or the ring gear comes to a standstill in slow gear.
  • a construction in which the ring gear is stationary in slow gear leads to a simpler construction of the device according to the invention than the other two alternatives.
  • the ring gear therefore forms the central gear element.
  • the measure to use the sun gear as the input transmission element also serves to simplify the construction.
  • Embodiments in which the ring gear forms the middle gear element are expediently designed such that the ring gear has no contact with the gear housing in its second switching position - it is expediently held in place by the gear housing in its first switching position, in order to minimize friction losses in fast gear.
  • the adjusting device has a second ring gear which can be rotated about the spindle axis with which a second set of planet gears meshes. This second ring gear then enables simple engagement from the outside in the planetary gear, in order to make the planetary gear free of play by a relatively slight rotation of the second ring gear.
  • the spindle drive device according to the invention is particularly well suited for machine tools in which one or more work spindles are not stationary, but movable. This is particularly true for lathes with two opposing, coaxial work spindles, at least one of which is displaceable in the spindle axis direction, so that, according to a further feature of the invention, a spindle drive device according to the invention is used for driving the displaceable work spindle in such lathes .
  • FIG. 1 shows an axial section through a headstock of a lathe including work spindle and integrated spindle drive device according to the invention, FIG. 1 showing a first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a detail from FIG. 1, which shows the planetary gear in the same shift position, namely in the slow gear as FIG. 1, but on a larger scale;
  • FIG. 3 shows the same representation as in FIG. 2, but with the planetary gear being shown in the switching state in which it has no gear function, i. H. in fast gear;
  • FIGS. 2 and 3 shows the same representation as in FIGS. 2 and 3, but with the planetary gear being shown in the switching state in which the planetary gear and thus the work spindle are blocked;
  • FIG. 5 shows a section through the planetary gear according to the line 5-5 in Fig. 2.
  • FIG. 6 shows a plan view of one of the slides for switching the planetary gear, including actuating devices for actuating the slide, seen in the direction of arrow "A" from FIG. 2 (first switching position of the slider - slow gear of the planetary gear); 7 shows the same representation as in FIG. 6, but with the slide in its second switching position (fast gear of the planetary gear);
  • FIG. 8 shows a representation corresponding to FIG. 2 of a second advantageous embodiment of the spindle drive device according to the invention.
  • FIG. 9 shows a representation corresponding to FIG. 2 of a third advantageous embodiment of the spindle drive device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a headstock 10 in which a work spindle 12 is rotatably mounted about a spindle axis 12a.
  • a front area of the work spindle provided for the attachment of a workpiece clamping device was designated by 12b.
  • the headstock 10 merges into or forms a gear housing 14 in which a planetary gear explained below is accommodated.
  • the spindle box 10 accommodates a spindle drive motor 16 which, according to the invention, is designed as a so-called hollow shaft motor and consists of a stator 18 and a rotor 20, the latter being arranged concentrically to the spindle axis 12a and rotating about this axis while the motor is running.
  • a front bearing 24 is used for this purpose, while a front bearing 26 is used to support the front area of the work spindle 12 in the headstock 10.
  • the rear area of the hollow shaft 22 is designed as a sun gear 28 concentric with the spindle axis 12a.
  • built planetary gear which has a first planet gear set formed by planet gears 30.
  • the latter has, in particular, three identically designed planet wheels, which according to the invention are arranged at the same angular distances from one another around the spindle axis 12a.
  • the sun gear 28 and thus the rear region of the hollow shaft 22 are centered by the planet gears 30.
  • a planet gear carrier 32 which cannot be displaced relative to this, is connected to the work spindle 12 in a rotationally fixed manner by means of a wedge 34.
  • An axle 36 is fastened to it for each planet gear 30, on which the relevant planet gear is rotatably mounted by means of a needle bearing 38.
  • the axes 36 also serve to mount a secondary planet gear 30a, which, like the planet gears 30, mesh with the sun gear 28 and to which a ball bearing 40 is assigned. The purpose of these minor planet gears 30a will be explained later.
  • the planetary gear also has a ring gear 42 which, according to the invention, is designed as a circular cylindrical ring and is arranged in the gear housing 14 so as to be longitudinally displaceable, ie displaceable in the direction of the spindle axis 12a.
  • the ring gear 42 has, in the axial direction one behind the other and at a distance from one another, two circular-cylindrical toothings with teeth extending in the axial direction, namely a running toothing 42a and a holding toothing 42b, wherein according to the invention the running toothing 42a is arranged in the axial direction and their length " is dimensioned such that the planet gears 30 are in each switching position of the displaceable ring gear 42 in engagement with the running toothing 42a.
  • the gear housing 14 is also provided with a toothing 14b which is provided by a circular cylindrical ring is formed by teeth extending in the axial direction and has as many teeth as the retaining toothing 42b of the ring gear 42.
  • the retaining toothing 14b is formed on a housing-fixed housing wheel 44 which is fastened to a housing cover 46 which in turn is an integral part of the gear housing 14.
  • the planet gear carrier 32 is also provided on its outer circumference with a retaining toothing 32b which is formed by a circular cylindrical ring of teeth which extend in the axial direction, the number of teeth again being the same is like that of holding toothing 42b of the ring gear 42.
  • the ring gear 42 can be arranged in the axial direction be pushed back and forth.
  • centering means are provided on the ring gear 42 and on the gear housing 14 in order to center the ring gear 42 in its switching position shown in FIG. 2 with respect to the spindle axis 12a; these centering means consist of a conical surface 42c on the left end of the ring gear 42 according to FIG. 2 and a corresponding conical surface 14c on the gear housing 14 or its housing cover 46.
  • a secondary ring gear 50 is provided which is arranged concentrically to the spindle axis 12a, with the toothing 50a of which the secondary planet gears 30a can mesh and the centering means corresponding to the centering means 14c, 42c of the ring gear 42 in a position concentric with the spindle axis 12a is held.
  • the secondary ring gear 50 can be moved back and forth together with the ring gear 42 in the axial direction, and its gear teeth 50a correspond in terms of their diameter, their number of teeth and the alignment of their teeth to the gear teeth 42a of the ring gear 42. According to the invention, this can be done However, turn the secondary ring gear 50 with respect to the ring gear 42, specifically around the spindle axis 12a, in order to make the planetary gear free of play.
  • a frame 52 is fastened on the gear housing 14 and has a window 54 in the form of an opening, in which a slide 56 is arranged and slidably guided parallel to the spindle axis 12a.
  • Figures 2 and 6 show a first switching position of the slide 56
  • Figures 3 and 7 show a second switching position of this slide. Thanks to two mutually parallel guide surfaces 54a of the window 54 and the spindle axis 12a and two mutually opposite projections 56a of the slide 56, the slide 56 can be moved from the first switching position shown in FIG. 6 to the one shown in FIG. 7 parallel to the spindle axis 12a second Shift switching position and on the other hand pivot in the first switching position shown in FIG.
  • the window 54 has a tapered window area 54b and the slide 58 centering bevels 56b in order to ensure that when the slide 56 is moved from its first switching position shown in FIG. 6 to its second switching position shown in FIG. 7 the slide is centered such that in the second switching position its longitudinal central axis 56c runs parallel to the spindle axis 12a.
  • the displacement of the slide 56 parallel to the spindle axis 12a is served by two double-acting hydraulic cylinders 60a and 60b which, according to the invention, act on opposite positions of the slide 56 and thus hold it between them without play.
  • the pivoting of the slide 56 about the pivot axis 58 when the slide is in its first switching position, shown in FIG. 6, is used, on the other hand, by two hydraulic cylinders 62a and 62b with pistons centered by springs, which at two diametrically opposite points of the slide and hold it between them without play.
  • the slide can be displaced parallel to the spindle axis 12a in the case of pressureless hydraulic cylinders 62a and 62b, since the pistons of these hydraulic cylinders are then held in a central position by the centering springs.
  • the slider 56 is provided with a first driver pin 64 which runs concentrically to the pivot axis 58 according to the invention and at a distance therefrom with a second driver pin 66 provided; the first driver pin 64 engages in a circumferential groove 68 of the ring gear 42, the second driver pin 66 in a hole 70 of the secondary ring gear 50 whose diameter is matched to that of the pin 66.
  • the ring gear 42 and the secondary ring gear 50 are displaced parallel to the spindle axis 12a and the secondary ring gear 50 can be rotated to a limited extent about the spindle axis 12a (the latter in both directions of rotation out of the central position shown in FIGS. 6 and 7).
  • the spindle drive device is shown in the switching state of the planetary gear in which it performs a gear function and the spindle drive motor 16 drives the work spindle 12 in slow gear.
  • the ring gear 42 is prevented from rotating by the holding toothing 14b of the gear housing 14 and the holding toothing 42b of the ring gear 42, the planet gears 30 and the secondary planet wheels 30a are driven by the sun gear 28 and roll in the running toothing 42a of the The ring gear 42 or the toothing 50a of the secondary ring gear 50 prevented from rotating by the second driving pin 66, and as a result the planet gear carrier 32 rotates and thus drives the working spindle 12.
  • the secondary ring gear 50 which according to the invention is pressed axially against the ring gear 42, can be rotated relative to the ring gear 42 in such a way that the planetary gear is free of play in slow gear.
  • the number of teeth ratio between ring gear 42 and sun gear 28 z. B. n: 1 there is a translation between spindle drive motor 16 and work spindle 12 of
  • this tooth number ratio will preferably be chosen so that a ratio i of approximately 3 results.
  • each planet gear has to transmit only 1/3 of the power.
  • the rolling speed of the planet gears is only a fraction n: (n + 1) of the value which results from the speed of the sun gear 28 and the number of teeth ratio of the sun gear 28 and the planet gear 30, so that the power to be transmitted due to the rolling of the planet gears is correspondingly lower.
  • i 3
  • the gearings have to transfer only 2/3 of the engine power by means of the rolling power, since 1/3 of the engine power is transmitted by superimposing motion.
  • the spindle drive device By moving the slide 56 with the aid of the hydraulic cylinders 60a and 60b in the direction of the spindle axis 12a into the second switching position shown in FIGS. 3 and 7, the spindle drive device according to the invention is switched over to the fast gear in which the planetary gear has no gear function, but rather a speed Equality of rotor 20 and work spindle 12 produces.
  • the retaining toothing 42b of the ring gear 42 engages in the retaining toothing 32b of the planet gear carrier 32, but not in the retaining toothing 14b of the gear housing 14.
  • the latter is held in its axial position by a plurality of locking devices, each of which consists of a spring-loaded locking pin 70a in the planet gear carrier 32 and a corresponding locking notch 70b exist in the ring gear 42.
  • FIG. 4 shows a third switching state of the planetary gear, in which the ring gear 42 and the slide 56 assume third switching positions, which lie between the first and second switching positions of these two elements.
  • the planetary gear and thus the work spindle 12 are blocked.
  • a workpiece clamping device held by the work spindle 12 can be assembled or disassembled.
  • the number of the angular positions in which the working spindle 12 can be blocked corresponds to the number of teeth of the ring gear 42; has this z. B.
  • the working spindle can be blocked in 144 angular positions, the angular distance of which is 2.5 ° in each case. If the spindle drive motor 16 then still applies a standstill torque, the spindle drive device according to the invention is tensioned without play even in this switching state. This switching state can therefore z. B. can also be used to carry out extremely heavy milling operations, e.g. B. the milling of large square surfaces.
  • the invention has the advantage over known machine tools that the spindle drive motor does not have to be operated in position control, and the positioning of the work spindle is also extremely rigid.
  • the centering of the slide 56 in its second switching position, shown in FIG. 7, has the advantage that, when the spindle drive motor 16 is at a standstill, the running teeth 50a of the secondary ring gear 50 can be inserted exactly into the teeth of the secondary planet wheels 30a when the slide About 56 from its second switching position shown in FIG. 7 is shifted to the left.
  • the planetary gear is switched over at a standstill, the work spindle 12 first having to be brought into an angle of rotation position in which the teeth of the gears to be pushed into one another are offset by half a tooth pitch.
  • the planet gear carrier 32 could be provided with additional axles for the secondary planet gears 30a in order to be able to widen the mounting of the planet gears 30 and the secondary planet gears 30a.
  • the invention has the advantage that the spindle drive device is extremely compact; the work spindle undergoes only an insignificant extension, which is more than made up for by the lack of a belt pulley, a locking or brake disc or an additional drive provided at the end of the work spindle for the operation of the work spindle as a so-called rotary axis.
  • the small space requirement of the spindle drive device according to the invention makes it particularly suitable for so-called counter-spindle machines, in which, in order to take over a workpiece machined in a first work spindle, a counter-work spindle lying opposite the first work spindle and coaxial with the first work spindle is advanced in the direction of the workpiece. to take it over and then return to its original position.
  • Gear units, motors and the like which are laterally attached to such a counter spindle would be more than annoying and, moreover, would hardly be shielded against chips.
  • FIG. 8 The second preferred embodiment shown in FIG. 8 will only be described in the following insofar as it differs from the first embodiment and is necessary for an understanding of the invention.
  • 8 for parts which correspond in their function to parts of the first embodiment the same reference numerals are used as in FIGS. 1-7, but with the addition of a dash.
  • FIG. 8 shows the planetary gear in slow gear, ie in a switching state in which the planetary gear performs a gear function.
  • a sun gear 28 ' meshes again with planet gears 30' and secondary planet gears 30a 'which are carried by a planet gear carrier 32' and a secondary planet gear carrier 32a '.
  • the second embodiment according to FIG. 8 has two planet gear carriers 32 'and 32a', since in this second embodiment the planetary gear is rotated by rotating the secondary planet gear carrier 32a 'can be made free of play, as will be shown below.
  • the planet gear carrier 32 ' is prevented from rotating by means of its retaining toothing 32b' and a retaining toothing 14b 'of a transmission housing 14'.
  • the secondary planet carrier 32a " which is rotatably mounted in the planetary gear carrier 32 ', has a toothing 50b 1 which engages in a toothing 50a' of an adjusting ring 50 'which can be rotated to a limited extent about the spindle axis 12a'.
  • a ring gear 42 ' is finally firmly connected to a work spindle 12' .
  • the holding toothing 14b 'of the gear housing 14' is not a continuous toothed ring, but rather, for example, a toothed ring.
  • B. two each have a circumferential angle of z.
  • B. 30 ° extending toothed segments, which are supported by corresponding segments 90 'of the gear housing 14' and engage in corresponding recesses in the adjusting ring 50 '.
  • the segments 90 ' are shown offset by 90 ° in FIG. 8.
  • the sun gear of the planetary gear forms its input gear element and the output gear element either which is formed by the planet gear carrier or by the ring gear
  • the third embodiment according to FIG. 9 has two sun gears in order to make the planetary gear free of play in slow gear.
  • the third embodiment according to FIG. 9 will also be described in the following only to the extent that it differs from the first embodiment according to FIGS. 1-7, and for parts of this third embodiment, which functionally parts of the first Corresponding to the embodiment, the same reference numerals were used, but with the addition of two lines.
  • a slide 56 "carries a first driver pin 64", which engages in a circumferential groove 68 "of the sun gear 28", and a second driver pin 66 “, which engages in a hole 70" of the secondary sun gear 28a ".
  • the rotor 20 In the switching state of the planetary gear (slow gear) shown in FIG. 9, the rotor 20 "accordingly drives the work spindle 12" via the ring gear 42 ", the planet gears 30" and the planet gear carrier 32 "because the sun gear 28" is prevented from turning.
  • the planetary gear can be made free of play by turning the secondary sun gear 28a "with the aid of the slider 56" relative to the sun gear 28 ", which results in distortion of the planetary gear, since both the planet gears 30" and those with the secondary sun gear 28a Comb the "meshing secondary planet gears 30a" with the spline 42a "of the ring gear 42".
  • the switchable gear element of the planetary gear is advantageously actuated not only at a single point, but rather at several, in particular diametrically opposite, points, which is why in the embodiments shown, two slides 56, 56 'and 56 "are also provided.
  • all the embodiments shown have two planetary gear sets according to the invention, the two planetary gear sets being slightly rotatable relative to one another about the gear axis and / or the planet gears of one set (assuming the planetary gears of the other set are at a standstill) slightly about their respective axes are rotatable in order to make the planetary gear free of play when it fulfills a gear function (in particular in slow gear).
  • at least one of the three gear elements sun gear, planet gear carrier and ring gear is doubled, in order to slightly tension the gear and thereby play through a slight twisting of the one gear element relative to the other equivalent gear element around the gear axis to eliminate.
  • the doubled gear element is not one of those gear elements which form the gear input and the gear output or are connected to them in a rotationally fixed manner.

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Abstract

Spindelantriebseinrichtung für Werkzeugmaschinen, mit einer Arbeitsspindel zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks, einem Spindelantriebsmotor und einem zwischen diesem und der Arbeitsspindel vorgesehenen schaltbaren Planetengetriebe für einen Spindelantrieb mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen, wobei das wenigstens drei Getriebeelemente, nämlich ein Sonnenrad, einen Planetenradträger mit einem Planetenradsatz und ein Hohlrad, aufweisende Planetengetriebe ein mit dem Antriebsmotor drehfest verbundenes Eintriebsgetriebeelement sowie ein mit der Arbeitsspindel in Antriebsverbindung stehendes Abtriebsgetriebeelement besitzt. Zur Verbesserung der Laufeigenschaften der Arbeitsspindel weist der Antriebsmotor einen zur Arbeitsspindel koaxialen, letztere umfassenden, hohlwellenartigen Rotor auf, die Planetenräder sind um die Arbeitsspindelachse herum angeordnet und der Rotor ist drehfest mit dem Eintriebsgetriebeelement des Planetengetriebes und dessen Abtriebsgetriebeelement drehfest mit der Arbeitsspindel verbunden.

Description

Spindelantriebseinrichtung für Werkzeugmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Spindelantriebseinrichtung für Werkzeugmaschinen, mit einer Arbeitsspindel zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks, einem Spindelantriebsmotor und einem zwischen diesem und der Arbeitsspindel vorgesehenen schaltbaren Planetengetriebe für einen Spindelantrieb mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen, wobei das wenigstens drei Getriebeelemente, nämlich ein Sonnenrad, einen Planeten- radträger mit einem Planetenradsatz und ein Hohlrad, aufwei¬ sende Planetengetriebe ein mit dem Antriebsmotor drehfest verbundenes Eintriebsgetriebeelement sowie ein mit der Ar¬ beitsspindel in Antriebsverbindung stehendes Abtriebsgetrie¬ beelement besitzt.
Eine derartige Spindelantriebseinrichtung ist aus der Druck¬ sache "SIMODRIVE - Drehstrom-Hauptspindelantriebe mit Dreh¬ strommotoren 1 PH 5, 1 PH 6 und Transistor-Pulsumrichter 6 SC 65", Ausgabe März 1987, der Firma Siemens AG bekannt. Die den Spindelantriebsmotor und das Planetengetriebe umfas¬ sende Baugruppe dieser bekannten Einrichtung soll außerhalb des Spindelkastens der Werkzeugmaschine angeordnet werden, das Abtriebsgetriebeelement des Planetengetriebes ist mit einer Riemenscheibe versehen, und die AntriebsVerbindung zur Arbeitsspindel erfolgt über einen Treibriemen. Der.Spindelan¬ triebsmotor und das Planetengetriebe liegen in Richtung der Motorwellenachse nebeneinander, und die Motorwelle treibt je nach Stellung einer die Motorwelle umfassenden und eine Schiebemuffe aufweisenden Kupplung entweder das Sonnenrad oder das Hohlrad des Planetengetriebes an - der Planetenrad- träger (auch Steg genannt) ist mit der Riemenscheibe verbun¬ den. In der genannten Beschreibung wird noch darauf hingewie¬ sen, daß die Antriebsleistung anstatt über Riemen auch über ein Zahnritzel oder eine flexible Kupplung am Getriebeabtrieb übertragen werden kann. Bei dieser bekannten Einrichtung führt das Planetengetriebe am Getriebeabtrieb zu einem Ver¬ drehspiel (Getriebelose) von 30 - 45 Winkelminuten, bei einer Sonderausführung des Planetengetriebes von 25 Winkelminuten. Zum spielfreien Festhalten der Getriebe-Abtriebswelle und da¬ mit der Werkzeugmaschinen-Arbeitsspindel wird der Einbau einer elektromagnetischen Haltebremse empfohlen.
An moderne Arbeitsspindelantriebe insbesondere für Drehma¬ schinen, vor allem dann, wenn diese für eine Komplettbearbei¬ tung von Drehteilen vorgesehen sind, werden hohe Anforderun¬ gen gestellt: Ein möglichst schwingungsfreier Betrieb zur Er¬ zielung höchster Oberflächenqualitäten, und zwar auch bei hohen Drehzahlen, verbunden mit möglichst guten Rundlaufei- genschaften; ein hohes Antriebsdrehmoment bei kleinen Dreh¬ zahlen, um schwere Zerspanungsarbeiten durchführen zu können, und zwar auch bei einem unterbrochenen Schnitt, wie er z. B. für das Mehrkantdrehen typisch ist; ein exaktes drehwinkel- mäßiges Positionieren der Arbeitsspindel, z. B. zum Fräsen und Bohren mit angetriebenen Werkzeugen; Betrieb der Arbeits¬ spindel als Spindel mit einer sogenannten Rundachse (C-Ach¬ se), d. h. mit einem gesteuerten Drehwinkelvorschub, zum Frä¬ sen von Kurven aller Art, zum Gewindestrehlen (insbesondere bei Gewinden mit großer Steigung), zum Abwälzfräsen von Zahn¬ rädern etc.
Bekannte Spindelantriebseinrichtungen mit schaltbaren Zahn¬ radgetrieben und/oder Riemenantrieben ergeben vor allem bei hohen Drehzahlen kein perfektes Drehbild, d. h. nicht die ge¬ wünschte hohe Oberflächenqualität. Dies ist auf Eingriffs¬ stöße der Zahnräder und/oder Schwingungen des Riementriebs zurückzuführen. Außerdem wirken auf die Arbeitsspindel Quer¬ kräfte, hervorgerufen durch den Zahneingriff und/oder den Riemenzug, und derartige Querkräfte haben eine unvermeidbare Durchbiegung der Arbeitsspindel zur Folge, durch die die Pro¬ duktionsgenauigkeit beeinträchtigt wird. Ein auf ein Zahn¬ spiel zurückzuführendes Verdrehspiel eines zwischen Antriebs¬ motor und Arbeitsspindel liegenden Zahnradgetriebes hat bei schweren Zerspanungsarbeiten und einem unterbrochenen Schnitt einen negativen Einfluß auf die Werkzeugschneiden und deren Lebensdauer. Ein exaktes drehwinkelmäßiges Positionieren der Arbeitsspindel macht die Verwendung einer Rastscheibe erfor¬ derlich, was die möglichen Drehwinkelpositionen auf die Lage und Anzahl der Rasten beschränkt; ein Positionieren der Ar¬ beitsspindel in beliebigen Drehwinkelpositionen erfordert eine Haltebremse in der Antriebseinheit und ist nur möglich, wenn letztere spielfrei ist, z. B. im Falle einer getriebelo¬ sen Antriebseinheit, die über einen Riementrieb mit der Ar¬ beitsspindel verbunden ist. Schließlich erfordert eine Ver¬ wendung der Arbeitsspindel als sogenannte Rundachse (C-Achse) in jedem Fall einen spielfreien und steifen Spindelantrieb; falls nur geringe Bearbeitungskräfte auftreten, kann ein Rie¬ men-Direktantrieb ausreichen, andernfalls werden separate, hochuntersetzte und spielfreie Zusatzantriebe verwendet, wel¬ che in ein Stirn- oder Schneckenrad auf der Arbeitsspindel eingeschwenkt werden. Derartige Zusatzantriebe erlauben aber nur maximal 50 - 60 U/min, was z. B. für das Gewindestrehlen oder das Abwälzfräsen von Zahnrädern oft nicht ausreicht, außerdem sind derartige Zusatzantriebe sehr aufwendig und kostspielig. Ein Teil dieser Anforderungen wird durch sogenannte Motor¬ spindeln erfüllt; bei diesen ist der Läufer bzw. Rotor eines den Spindelantriebsmotor bildenden Drehstrommotors direkter Bestandteil der Arbeitsspindel. Laufruhe, Spielfreiheit und Steifigkeit eines solchen Antriebs sind hervorragend, sie weisen aber wegen des zur Verfügung stehenden beschränkten Bauraums nur ungenügende Antriebsdrehmomente auf, so daß schwere Zerspanungsarbeiten und eine Verwendung der Arbeits¬ spindel als sogenannte Rundachse nicht möglich sind.
Eine Lösung des Problems, die Arbeitsspindel auch als soge¬ nannte Rundachse betreiben zu können, stellt das zweistufige Getriebe nach der DE-PS 39 30 334 der Anmelderin dar; bei diesem bekannten Getriebe läßt sich zum Spielfreimachen im langsamen Gang das eine Lager der Getriebeantriebswelle in radialer Richtung verstellen. Allerdings ist dann der Zahn¬ eingriff nicht mehr korrekt, und da dieses Getriebe, dessen Abtriebswelle von der Arbeitsspindel gebildet wird, vom Spin¬ delantriebsmotor über einen Riementrieb angetrieben wird, weist es die oben erwähnten Nachteile von Riementrieb und Zahnradgetrieben auf.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine Spindelan¬ triebseinrichtung für die Arbeitsspindel von Werkzeugmaschi¬ nen zu schaffen, welche beste Rundlaufeigenschaften garan¬ tiert und es erlaubt, auch bei hohen Drehzahlen Werkstücke mit höchster Oberflächenqualität herzustellen.
Ausgehend von einer Spindelantriebseinrichtung der eingangs erwähnten Art läßt sich diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß der Antriebsmotor einen zur Arbeitsspindel koaxia¬ len, letztere umfassenden, hohlwellenartigen Rotor aufweist und die Planetenräder um die Arbeitsspindelachse herum ange¬ ordnet sind und daß der Rotor drehfest mit dem Eintriebsge¬ triebeelement des Planetengetriebes und dessen Abtriebsge¬ triebeelement drehfest mit der Arbeitsspindel verbunden ist. Eine solche Konstruktion weist insbesondere die folgenden Vorteile auf: Ebenso wie bei sogenannten Motorspindeln werden auf die Arbeitsspindel einwirkende Querkräfte vermieden, da ein Riementrieb nicht vorhanden ist und die Planetenräder um die Arbeitsspindelachse herum angeordnet sind; beste Rund¬ laufeigenschaften sind deshalb garantiert. Außerdem elimi¬ niert die erfindungsgemäße Spindelantriebseinrichtung die in Riementrieben auftretenden Schwingungen, da ein Riementrieb nicht vorhanden ist. Auch läßt sich ein schaltbares Planeten¬ getriebe ohne weiteres so gestalten, daß im schnellen Gang Eintriebs- und Abtriebsgetriebeelement und damit Spindelan¬ triebsmotor und Arbeitsspindel drehfest miteinander verbunden sind, so daß es die erfindungsgemäße Spindelantriebsein¬ richtung erlaubt, die Vorteile sogenannter Motorspindeln zu erzielen, nämlich große Laufruhe, absolute Spielfreiheit und große Steifigkeit des Antriebs und damit die Herstellung von Drehteilen höchster Oberflächenqualität bei hohen Drehzahlen. Schließlich lassen sich im langsamen Gang des Planetengetrie¬ bes hohe Antriebsdrehmomente an der Arbeitsspindel erzielen und damit schwere Zerspanungsarbeiten durchführen.
Besonders gute Rundlaufeigenschaften ergeben sich dann, wenn die Planetenräder in gleichen Winkelabständen voneinander um die Arbeitsspindelachse herum angeordnet sind.
Wie bereits vorstehend angedeutet wurde, zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spindelan¬ triebseinrichtung dadurch aus, daß im schnellen Gang des Pia- netengetriebes dessen Planetenräder gegenüber dem Planeten- radträger unverdrehbar gehalten sind und das Eintriebsgetrie¬ beelement drehfest mit dem Abtriebsgetriebeelement verbunden ist. Dann findet im schnellen Gang des Planetengetriebes eine Zahnradabwälzung nicht statt, so daß die mit einem Zahnspiel und mit Eingriffsstößen der Zahnräder verbundenen Nachteile nicht auftreten können. Außerdem läßt sich das Planetenge¬ triebe mit einem so geringen Zahnspiel herstellen, daß es im langsamen Gang nahezu spielfrei ist, ohne daß im schnellen Gang hohe Drehzahlen zu einem starken Verschleiß führen würden.
Während bei der eingangs geschilderten bekannten Spindelan- triebseinrichtung mit Planetengetriebe für den Schaltvorgang eine außerhalb des eigentlichen Planetengetriebes liegende Kupplung mit Schiebemuffe verwendet wird, zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spindelan¬ triebseinrichtung durch einen besonders einfachen und kompak¬ ten Aufbau aus; bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist zum Schalten des Planetengetriebes dessen zwischen Eintriebs¬ und Abtriebsgetriebeelement liegendes mittleres Getriebeele¬ ment in Richtung der Spindelachse zwischen einer ersten, dem langsamen Gang, und einer zweiten, dem schnellen Gang zuge¬ ordneten Schaltstellung verschiebbar sowie in seiner ersten Schaltstellung unverdrehbar gehalten und in seiner zweiten Schaltstellung frei drehbar, wobei es Eintriebs- und Ab¬ triebsgetriebeelement drehfest miteinander verbindet. Dem un- verdrehbaren Halten des mittleren Getriebeelements in seiner ersten Schaltstellung und der drehfesten Verbindung von Ein¬ triebs- und Abtriebsgetriebeelement durch das mittlere Ge¬ triebeelement in dessen zweiter Schaltstellung können sich in axialer Richtung erstreckende Stifte und entsprechende Öffnungen, ringförmige Verzahnungen mit sich in axialer Rich¬ tung erstreckenden Zähnen oder dergleichen dienen, so daß eine einfache Verschiebung des mittleren Getriebeelements ausreicht, diese Kupplungselemente in Eingriff bzw. außer Eingriff zu bringen. Eine bezüglich des Planetengetriebes externe Kupplung kann also entfallen. Besonders einfach wird eine solche Konstruktion dann, wenn das mittlere Getriebeele¬ ment in seiner ersten Schaltstellung drehfest mit einem Ge¬ triebegehäuse verbunden ist, obwohl natürlich an die Stelle des Getriebegehäuses auch ein anderes, stationäres Bauteil treten kann.
Wie bereits erwähnt, dient bei der eingangs erläuterten be¬ kannten Spindelantriebseinrichtung mit Planetengetriebe eine zusätzliche elektromagnetische Haltebremse dem Festhalten der Getriebe-Abtriebswelle und damit der Arbeitsspindel. Auch diesbezüglich ermöglicht die erfindungsgemäße Spindelan¬ triebseinrichtung eine wesentliche Vereinfachung, indem sie so ausgebildet wird, daß das mittlere Getriebeelement in eine dritte Schaltstellung schiebbar ist, in der es sowohl mit dem Getriebegehäuse, als auch mit wenigstens einem der beiden an¬ deren Getriebeelemente drehfest verbunden ist, was sich wie¬ derum bevorzugt mittels ringförmiger Verzahnungen mit sich in axialer Richtung erstreckenden Zähnen erreichen läßt. Eine zusätzliche Haltebremse kann also entfallen, und die Arbeits¬ spindel läßt sich in so vielen DrehwinkelStellungen blockie¬ ren, wie das Getriebegehäuse bzw. das mittlere Getriebeele¬ ment Haltezähne aufweist.
Um zum Halten des mittleren Getriebeelements in seiner jewei¬ ligen Schaltstellung dann, wenn es in dem der letzteren ent¬ sprechenden Schaltzustand des Planetengetriebes rotiert, von außen keine Haltekräfte in das Getriebe einleiten zu müssen, ist es empfehlenswert, am mittleren Getriebeelement und an mindestens einem der anderen Getriebeelemente Rastmittel zum Halten des mittleren Getriebeelements mindestens in dieser Schaltstellung vorzusehen, z. B. eine Vertiefung und ein ent¬ sprechend gestaltetes, gefedertes Rastelement.
Um das mittlere Getriebeelement zwischen seinen verschiedenen Schaltstellungen gesteuert hin- und herzuschieben, wäre es grundsätzlich denkbar, in das Planetengetriebe z. B. einen sich in axialer Richtung erstreckenden Druckmittelzylinder einzubauen - mit der Arbeitsspindel rotierende Druckmittel- zylinder sind z. B. in Form von Spannzylindern zum Betätigen von Werkstück-Spannvorrichtungen der Arbeitsspindel bekannt. Viel einfacher ist jedoch eine Ausführungsform, welche einen am Getriebegehäuse in Richtung der Spindelachse zwischen min¬ destens einer ersten und einer zweiten Schaltstellung ver¬ schiebbar gehaltenen Schieber aufweist, der in Richtung der Spindelachse über einen ersten Mitnehmer mit dem mittleren Getriebeelement gekoppelt ist. Für einen solchen Schieber lassen sich dann Betätigungsmittel, wie Druckmittelzylinder, stationär am Getriebegehäuse anbringen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfin¬ dungsgemäßen Spindelantriebseinrichtung sind Mittel vorgese¬ hen, um das Planetengetriebe im langsamen Gang absolut spiel¬ frei zu machen, so daß die erfindungsgemäße Spindelantriebs¬ einrichtung dann nicht nur den Betrieb der Arbeitsspindel als sogenannte Rundachse ermöglicht, und zwar in beiden Drehrich¬ tungen, sondern auch schwere Zerspanungsarbeiten mit hohem Drehmoment durchgeführt werden können, ohne daß ein unterbro¬ chener Schnitt zu einer Beeinträchtigung der Schneiden der eingesetzten Werkzeuge und damit deren Lebensdauer führt. Die Erfindung macht dabei von der Tatsache Gebrauch, daß sich ein Planetengetriebe bestens zur quasi-verlustfreien Überlagerung zweier Drehzahlen bzw. Dreh- und/oder Bremsmomente eignet, weil nämlich von seinen drei vorstehend aufgelisteten Getrie¬ beelementen zwei als Eintriebsgetriebeelemente und das dritte als Abtriebsgetriebeelement verwendet werden können. Zum Spielfreimachen der erfindungsgemäßen Spindelantriebsein¬ richtung im langsamen Getriebegang besitzt bei einer bevor¬ zugten Ausführungsform das Planetengetriebe zu wenigstens einem seiner drei Getriebeelemente ein äquivalentes viertes Getriebeelement, und es ist eine Stellvorrichtung vorgesehen, um im langsamen Gang des Planetengetriebes zur Beseitigung eines Spiels des letzteren die beiden einander äquivalenten Getriebeelemente gegeneinander zu verdrehen. Zwei Planeten¬ radsätze, auf die die beiden einander äquivalenten Getriebe¬ elemente dann einwirken, führen so zu einer Verspannung und damit zum Spielfreimachen des Planetengetriebes. Entsprechend der Richtung des an der Arbeitsspindel geforderten Drehmo¬ ments wird man zweckmäßigerweise die Verdrehung eines solchen vierten Getriebeelements nach Verdrehrichtung und Größe der Verdrehung so wählen, daß die Drehmomentübertragung vom An¬ triebsmotor zur Arbeitsspindel formschlüssig erfolgt und le¬ diglich ein Voreilen oder Vorschnellen der Arbeitsspindel bei einem durch die Werkstückbearbeitung hervorgerufenen, zeit¬ lich nicht konstanten Bremsmoment verhindert wird. Man könnte die Verspannung des Getriebes aber auch so hoch wählen, daß sie sich auch durch das maximale Drehmoment des Antriebsmo¬ tors nicht überwinden läßt, was jedoch eine größere Reibung und einen größeren Verschleiß im Getriebe zur Folge hätte. Ist eine solche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spin¬ delantriebseinrichtung, welche sich im langsamen Gang spiel¬ frei machen läßt, mit einem vorstehend beschriebenen Schieber versehen, so empfiehlt es sich, die Konstruktion so zu ge¬ stalten, daß der Schieber in seiner ersten Schaltstellung in Umfangsrichtung verstellbar und über einen zweiten Mitnehmer mit dem vierten Getriebeelement gekoppelt ist (unter Umfangs¬ richtung werden die beiden Arbeitsspindel-Drehrichtungen ver¬ standen). Ein und dasselbe Element, nämlich der Schieber, kann dann dazu herangezogen werden, das Planetengetriebe nicht nur zu schalten, sondern es im langsamen Gang auch spielfrei zu machen. Besitzt die Einrichtung dann eine Stell¬ vorrichtung zum Verstellen des sich in seiner ersten Schalt¬ stellung befindlichen Schiebers aus einer mittleren Position heraus wahlweise in der einen oder anderen Umfangsrichtung, läßt sich das Planetengetriebe in einfacher Weise in Abhän¬ gigkeit von der Richtung des an der Arbeitsspindel geforder¬ ten Drehmoments spielfrei machen, ohne daß eine hohe Verspan¬ nung mit den vorstehend erwähnten Nachteilen erforderlich ist.
Die Stellvorrichtung bzw. die Stellvorrichtungen zum Verstel¬ len des Schiebers in axialer Richtung und/oder in Umfangs¬ richtung besitzt bzw. besitzen zweckmäßigerweise zwei Stell¬ elemente, welche an einander gegenüberliegenden Bereichen des Schiebers angreifen, um den letzteren so gesteuert und spiel¬ frei in die verschiedenen Schaltstellungen bringen und dort festhalten zu können.
Bei einem Planetengetriebe hat man grundsätzlich die Wahl zwischen drei verschiedenen Getriebeeingängen, da sowohl das Sonnenrad, als auch der Planetenradträger und/oder das Hohl¬ rad (oft auch Ringrad genannt) als Eintriebsgetriebeelement verwendet werden kann. Die erfindungsgemäße Spindelantriebs¬ einrichtung kann also so gestaltet werden, daß im langsamen Gang entweder das Sonnenrad oder der Planetenradträger (oft auch Steg genannt) oder das Hohlrad stillsteht. Wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der beigefügten Zeich¬ nung dargestellten verschiedenen Ausführungsformen noch erge¬ ben wird, führt eine Konstruktion, bei der das Hohlrad im langsamen Gang stillsteht, zu einem einfacheren Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung als die beiden anderen Alterna¬ tiven. Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsge¬ mäßen Einrichtung bildet deshalb das Hohlrad das mittlere Ge¬ triebeelement. Der Vereinfachung des Aufbaus dient auch die Maßnahme, das Sonnenrad als Eintriebsgetriebeelement zu ver¬ wenden.
Ausführungsformen, bei denen das Hohlrad das mittlere Getrie¬ beelement bildet, werden zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß das Hohlrad in seiner zweiten Schaltstellung keine Berüh¬ rung mit dem Getriebegehäuse hat - in seiner ersten Schalt¬ stellung wird es zweckmäßigerweise vom Getriebegehäuse fest¬ gehalten -, um so die Reibungsverluste im schnellen Gang zu minimieren.
Soll bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der das Hohlrad das mittlere Getriebeelement bildet, die Möglichkeit vorgesehen werden, das Planetengetriebe im langsamen Gang spielfrei machen zu können, so empfiehlt sich eine Ausfüh¬ rungsform, bei der die Stellvorrichtung ein zweites, um die Spindelachse verdrehbares Hohlrad aufweist, mit dem ein zwei¬ ter Satz von Planetenrädern kämmt. Dieses zweite Hohlrad er¬ möglicht dann einen einfachen Eingriff von außen in das Pla¬ netengetriebe, um durch ein verhältnismäßig geringfügiges Verdrehen des zweiten Hohlrads das Planetengetriebe spielfrei zu machen. Ist ein zweiter Satz von Planetenrädern vorhanden, um das Ge¬ triebe im langsamen Gang spielfrei machen zu können, ist es vor allem zur Erzielung einer bestmöglichen Rundlaufgenauig¬ keit im schnellen Gang von Vorteil, wenn auch die zweiten Planetenräder in gleichen Winkelabständen voneinander um die Arbeitsspindelachse herum angeordnet sind.
Für Ausführungsformen mit einem zweiten Hohlrad sowie einem zweiten Satz von Planetenrädern empfiehlt es sich des weite¬ ren, die beiden Hohlräder gemeinsam in Richtung der Spindel¬ achse verschiebbar zu machen und die Konstruktion so zu ge¬ stalten, daß in der zweiten Schaltstellung die zweiten Plane¬ tenräder und das zweite Hohlrad außer Eingriff sind, damit sich das zweite Hohlrad im schnellen Gang nicht mitdrehen muß.
Da beim Einsatz einer erfindungsgemäßen Spindelantriebs¬ einrichtung weder ein Riementrieb erforderlich ist, noch ein einschwenkbarer Zusatzantrieb für die Verwendung der Arbeits¬ spindel als sogenannte Rundachse, eignet sich die erfindungs- gemäße Spindelantriebseinrichtung besonders gut für Werkzeug¬ maschinen, bei denen eine oder mehrere Arbeitsspindein nicht stationär, sondern verschiebbar sind. Dies gilt besonders für Drehmaschinen mit zwei einander gegenüberliegenden, koaxialen Arbeitsspindeln, von denen mindestens eine in Spindelachs¬ richtung verschiebbar ist, so daß nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bei derartigen Drehmaschinen eine erfindungsge¬ mäße Spindelantriebseinrichtung für einen Antrieb der ver¬ schiebbaren Arbeitsspindel Verwendung findet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichneri- sehen Darstellung einiger besonders vorteilhafter Ausfüh¬ rungsformen der erfindungsgemäßen Spindelantriebseinrichtung; in der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Spindelkasten einer Drehma- schine samt Arbeitsspindel und integrierter, erfindungsge- mäßer Spindelantriebseinrichtung, wobei die Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung darstellt;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, welcher das Planetenge¬ triebe in derselben Schaltstellung, nämlich im langsa¬ men Gang, wie die Fig. 1 darstellt, jedoch in größerem Maßstab;
Fig. 3 dieselbe Darstellung wie in Fig. 2, wobei jedoch das Planetengetriebe in demjenigen Schaltzustand darge¬ stellt wurde, in dem es keine Getriebefunktion be¬ sitzt, d. h. im schnellen Gang;
Fig. 4 dieselbe Darstellung wie in den Figuren 2 und 3, wobei jedoch das Planetengetriebe in demjenigen Schaltzu¬ stand dargestellt wurde, in dem das Planetengetriebe und damit die Arbeitsspindel blockiert ist;
Fig. 5 einen Schnitt durch das Planetengetriebe nach der Linie 5-5 in Fig. 2;
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen der Schieber zum Schalten des Planetengetriebes samt Stellvorrichtungen für die Betätigung des Schiebers, gesehen in Richtung des Pfeils "A" aus Fig. 2 (erste Schaltstellung des Schie¬ bers - langsamer Gang des Planetengetriebes); Fig. 7 dieselbe Darstellung wie in Fig. 6, wobei der Schieber jedoch seine zweite Schaltstellung einnimmt (schneller Gang des Planetengetriebes);
Fig. 8 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer zwei¬ ten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsge¬ mäßen Spindelantriebseinrichtung, und
Fig. 9 ein der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer dritten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spindelantriebseinrichtung.
Die Fig. 1 zeigt einen Spindelkasten 10, in dem eine Arbeits¬ spindel 12 um eine Spindelachse 12a drehbar gelagert ist. Ein vorderer, zum Anbau einer Werkstück-Spannvorrichtung vorgese¬ hener Bereich der Arbeitsspindel wurde mit 12b bezeichnet. Nach hinten geht der Spindelkasten 10 über in oder bildet ein Getriebegehäuse 14, in dem ein nachfolgend erläutertes Plane¬ tengetriebe untergebracht ist. Außerdem nimmt der Spindelka¬ sten 10 einen Spindelantriebsmotor 16 auf, welcher erfin¬ dungsgemäß als sogenannter Hohlwellenmotor ausgebildet ist und aus einem Stator 18 und einem Rotor 20 besteht, welch letzterer konzentrisch zur Spindelachse 12a angeordnet ist und sich bei laufendem Motor um diese Achse dreht. Er ist auf einer Hohlwelle 22 befestigt, welche ihrerseits konzentrisch zur Arbeitsspindel 12 und auf dieser drehbar gelagert ist; diesem Zweck dient unter anderem ein vorderes Lager 24, wäh¬ rend eine vordere Lagerung 26 dem Lagern des vorderen Be¬ reichs der Arbeitsspindel 12 im Spindelkasten 10 dient.
Erfindungsgemäß ist der hintere Bereich der Hohlwelle 22 als Sonnenrad 28 eines zur Spindelachse 12a konzentrisch aufge- bauten Planetengetriebes ausgebildet, welches einen von Pla¬ netenrädern 30 gebildeten ersten Planetenradsatz besitzt. Letzterer hat insbesondere drei identisch ausgebildete Plane¬ tenräder, welche erfindungsgemäß in gleichen Drehwinkelab- ständen voneinander um die Spindelachse 12a herum angeordnet sind. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Son¬ nenrad 28 und damit der hintere Bereich der Hohlwelle 22 durch die Planetenräder 30 zentriert.
Der weitere Aufbau des Planetengetriebes soll nunmehr anhand der Fig. 2 beschrieben werden, da diese das Planetengetriebe in größerem Maßstab zeigt als die Fig. 1.
Mit der Arbeitsspindel 12 ist ein gegenüber dieser unver¬ schiebbarer Planetenradträger 32 mittels eines Keils 34 dreh¬ fest verbunden. An ihm ist für jedes Planetenrad 30 eine Ach¬ se 36 befestigt, auf der das betreffende Planetenrad mittels eines Nadellagers 38 drehbar gelagert ist. Die Achsen 36 die¬ nen aber auch der Lagerung jeweils eines Nebenplaneten- rads 30a, welche ebenso wie die Planetenräder 30 mit dem Son¬ nenrad 28 kämmen und denen jeweils ein Kugellager 40 zugeord¬ net ist. Der Zweck dieser Nebenplanetenräder 30a wird weiter unten noch erläutert werden. Schließlich besitzt das Plane¬ tengetriebe noch ein Hohlrad 42, welches erfindungsgemäß als kreiszylindrischer Ring ausgebildet und im Getriebegehäuse 14 längsverschiebbar, d. h. in Richtung der Spindelachse 12a verschiebbar angeordnet ist. Erfindungsgemäß besitzt das Hohlrad 42 in axialer Richtung hintereinander und im Abstand voneinander zwei kreiszylindrische Verzahnungen mit sich in axialer Richtung erstreckenden Zähnen, nämlich eine Laufver¬ zahnung 42a und eine Halteverzahnung 42b, wobei erfindungsge¬ mäß die Laufverzahnung 42a in axialer Richtung so angeordnet und ihre Länge "so bemessen ist, daß sich die Planetenräder 30 in jeder Schaltstellung des verschiebbaren Hohlrads 42 im Eingriff mit der LaufVerzahnung 42a befinden. Nach einem wei¬ teren Merkmal der Erfindung ist auch das Getriebegehäuse 14 mit einer Halteverzahnung 14b versehen, die von einem kreis¬ zylindrischen Ring von sich in axialer Richtung erstreckenden Zähnen gebildet wird und ebensoviel Zähne besitzt wie die Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Halteverzahnung 14b an einem gehäuse¬ festen Gehäuserad 44 ausgebildet, welches an einem Gehäuse¬ deckel 46 befestigt ist, der seinerseits fester Bestandteil des Getriebegehäuses 14 ist. Schließlich ist auch der Plane¬ tenradträger 32 an seinem Außenumfang mit einer Halteverzah¬ nung 32b versehen, welche von einem kreiszylindrischen Ring von sich in axialer Richtung erstreckenden Zähnen gebildet wird, wobei die Zähnezahl wiederum dieselbe ist wie diejenige der Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42. Da die LaufVerzah¬ nung 42a und die Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42 ebenso wie die Halteverzahnung 14b des Gehäuserads 44 und die Halte¬ verzahnung 32b des Planetenradträgers 32 konzentrisch zur Spindelachse 12a angeordnet sind, kann das Hohlrad 42 in axialer Richtung hin- und hergeschoben werden.
Erfindungsgemäß sind am Hohlrad 42 und am Getriebegehäuse 14 Zentriermittel vorgesehen, um das Hohlrad 42 in seiner in Fig. 2 gezeigten Schaltstellung bezüglich der Spindelach¬ se 12a zu zentrieren; diese Zentriermittel bestehen aus einer Konusfläche 42c am gemäß Fig. 2 linken Ende des Hohlrads 42 sowie einer entsprechenden Kegelfläche 14c am Getriebegehäu¬ se 14 bzw. dessen Gehäusedeckel 46. Für die Nebenplanetenräder 30a ist ein konzentrisch zur Spin¬ delachse 12a angeordnetes Nebenhohlrad 50 vorgesehen, mit dessen Laufverzahnung 50a die Nebenplanetenräder 30a kämmen können und das durch den Zentriermitteln 14c, 42c entspre¬ chende Zentriermittel vom Hohlrad 42 in einer zur Spindelach¬ se 12a konzentrischen Lage gehalten wird. Erfindungsgemäß läßt sich das Nebenhohlrad 50 zusammen mit dem Hohlrad 42 in axialer Richtung hin- und herschieben, und seine Laufverzah¬ nung 50a entspricht hinsichtlich ihres Durchmessers, ihrer Zähnezahl und der Ausrichtung ihrer Zähne der Laufverzah¬ nung 42a des Hohlrads 42. Erfindungsgemäß läßt sich das Nebenhohlrad 50 jedoch gegenüber dem Hohlrad 42 verdrehen, und zwar um die Spindelachse 12a, um das Planetengetriebe spielfrei zu machen.
Für die Verschiebung des Hohlrads 42 und des Nebenhohlrads 50 sowie für die Verdrehung des letzteren gegenüber dem Hohl- rad 42 sind zwei identische Schaltvorrichtungen vorgesehen, von denen nunmehr eine anhand der Figuren 2 und 5 - 7 näher erläutert werden soll.
Auf dem Getriebegehäuse 14 ist ein Rahmen 52 befestigt, der ein Fenster 54 in Form eines Durchbruchs aufweist, in dem ein Schieber 56 angeordnet und parallel zur Spindelachse 12a ver¬ schiebbar geführt ist. Die Figuren 2 und 6 zeigen eine erste Schaltstellung des Schiebers 56, die Figuren 3 und 7 eine zweite Schaltstellung dieses Schiebers. Dank zweier zueinan¬ der und zur Spindelachse 12a paralleler Führungsflächen 54a des Fensters 54 und zweier einander gegenüberliegender Vor¬ sprünge 56a des Schiebers 56 läßt sich dieser einerseits parallel zur Spindelachse 12a von der in Fig. 6 gezeigten ersten Schaltstellung in die in Fig. 7 gezeigte zweite Schaltstellung verschieben und andererseits in der in Fig. 6 gezeigten ersten Schaltstellung um eine senkrecht zur Zeich¬ nungsebene der Fig. 6 verlaufende Schwenkachse 56 verschwen¬ ken. Wegen dieser Verschwenkbarkeit besitzt das Fenster 54 einen verjüngten Fensterbereich 54b und der Schieber 58 Zen¬ trierschrägen 56b, um zu gewährleisten, daß beim Verschieben des Schiebers 56 von seiner in Fig. 6 gezeigten ersten Schaltstellung in seine in Fig. 7 gezeigte zweite Schaltstel¬ lung der Schieber so zentriert wird, daß in der zweiten Schaltstellung seine Längsmittelachse 56c parallel zur Spin¬ delachse 12a verläuft.
Der Verschiebung des Schiebers 56 parallel zur Spindelach¬ se 12a dienen zwei doppeltwirkende Hydraulikzylinder 60a und 60b, welche erfindungsgemäß an einander gegenüberliegenden Stellen des Schiebers 56 angreifen und so diesen spielfrei zwischen sich halten. Dem Verschwenken des Schiebers 56 um die Schwenkachse 58, wenn sich der Schieber in seiner ersten, in Fig. 6 dargestellten Schaltstellung befindet, dienen hin¬ gegen zwei Hydraulikzylinder 62a und 62b mit durch Federn zentrierten Kolben, welche an zwei einander diametral gegen¬ überliegenden Stellen des Schiebers angreifen und so diesen spielfrei zwischen sich halten. Da erfindungsgemäß die Längs¬ seiten 56d des Schiebers 56 parallel zueinander verlaufen, läßt sich der Schieber bei drucklosen Hydraulikzylindern 62a und 62b parallel zur Spindelachse 12a verschieben, da dann die Kolben dieser Hydraulikzylinder durch die Zentrierfedern in einer Mittelstellung gehalten werden.
Der Schieber 56 ist mit einem erfindungsgemäß konzentrisch zur Schwenkachse 58 verlaufenden ersten Mitnehmerstift 64 sowie im Abstand von diesem mit einem zweiten Mitnehmer- stift 66 versehen; der erste Mitnehmerstift 64 greift in eine Umfangsnut 68 des Hohlrads 42 ein, der zweite Mitnehmer¬ stift 66 in ein hinsichtlich seines Durchmessers an denjeni¬ gen des Stifts 66 angepaßtes Loch 70 des Nebenhohlrads 50. Auf diese Weise können mit Hilfe der Hydraulikzylinder 60a, 60b, 62a und 62b das Hohlrad 42 und das Nebenhohlrad 50 parallel zur Spindelachse 12a verschoben und das Nebenhohl¬ rad 50 beschränkt um die Spindelachse 12a gedreht werden (letzteres in beiden Drehrichtungen aus der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Mittellage heraus) .
Im folgenden soll nun die Funktion der ersten zeichnerisch dargestellten Ausführungsform näher erläutert werden.
In den Figuren 1, 2 und 6 ist die erfindungsgemäße Spindelan¬ triebseinrichtung in demjenigen Schaltzustand des Planetenge¬ triebes dargestellt, in dem dieses eine Getriebefunktion aus¬ übt und der Spindelantriebsmotor 16 die Arbeitsspindel 12 im langsamen Gang antreibt. In diesem Schaltzustand wird das Hohlrad 42 durch die Halteverzahnung 14b des Getriebegehäu¬ ses 14 und die Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42 am Drehen gehindert, die Planetenräder 30 und die Nebenplanetenrä¬ der 30a werden durch das Sonnenrad 28 angetrieben und wälzen sich in der LaufVerzahnung 42a des Hohlrads 42 bzw. der Lauf- verzahnung 50a des durch den zweiten Mitnehmerstift 66 am Drehen gehinderten Nebenhohlrads 50 ab und infolgedessen dreht sich der Planetenradträger 32 und treibt so die Ar¬ beitsspindel 12 an. Dabei läßt sich mit Hilfe der Hydraulik¬ zylinder 62a und 62b das erfindungsgemäß in axialer Richtung gegen das Hohlrad 42 angedrückte Nebenhohlrad 50 gegenüber dem Hohlrad 42 so verdrehen, daß das Planetengetriebe im langsamen Gang spielfrei ist. Beträgt das ZähnezahlVerhältnis zwischen Hohlrad 42 und Sonnenrad 28 z. B. n : 1, so ergibt sich eine Übersetzung zwischen Spindelantriebsmotor 16 und Arbeitsspindel 12 von
i = n + 1.
In der Praxis wird man vorzugsweise dieses Zähnezahlver- hältnis so wählen, daß sich eine Übersetzung i von ungefähr 3 ergibt. Bei der Leistungsübertragung ist von Vorteil, daß bei drei Planetenrädern jedes Planetenrad nur 1/3 der Leistung zu übertragen hat. Außerdem beträgt, wie bei Planetengetrieben bekannt, die Wälzdrehzahl der Planetenräder nur den Bruchteil n : (n + 1) desjenigen Werts, welcher sich aus der Drehzahl des Sonnenrads 28 und dem Zähnezahlverhältnis von Sonnen¬ rad 28 und Planetenrad 30 ergibt, so daß auch die durch die Abwälzung der Planetenräder zu übertragende Leistung entspre¬ chend geringer ist. So müssen bei i = 3 die Verzahnungen durch Abwälzleistung zusammen nur 2/3 der Motorleistung über¬ tragen, da 1/3 der Motorleistung durch Bewegungsüberlagerung übertragen wird.
Des weiteren sei darauf hingewiesen, daß durch das Verdrehen des Nebenhohlrads 50 nur eine Verspannung des Planetengetrie¬ bes bewirkt wird, der Rotor 20 bzw. die Arbeitsspindel 12 er¬ fahren dadurch keine Verdrehung und lassen sich ungehindert drehen.
Durch Verschieben des Schiebers 56 mit Hilfe der Hydraulik¬ zylinder 60a und 60b in Richtung der Spindelachse 12a in die in den Figuren 3 und 7 dargestellte zweite Schaltstellung wird die erfindungsgemäße Spindelantriebseinrichtung in den schnellen Gang umgeschaltet, in dem das Planetengetriebe kei¬ ne Getriebefunktion hat, sondern vielmehr eine Drehzahl- gleichheit von Rotor 20 und Arbeitsspindel 12 herstellt. In dieser zweiten Schaltstellung greift die Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42 in die Halteverzahnung 32b des Planetenrad- trägers 32 ein, nicht jedoch in die Halteverzahnung 14b des Getriebegehäuses 14. Da die Laufverzahnung 50a des Nebenhohl¬ rads 50 von den Nebenplanetenrädern 30a freikommt, wälzen sich weder die Planetenräder 30, noch die Nebenplanetenrä¬ der 30a in der LaufVerzahnung 42a des Hohlrads 42 ab, welches in dieser Schaltstellung keine Berührung mehr mit gehäusefe¬ sten Teilen hat. Die Drehzahlübertragung ist jetzt 1 : 1, da sich die Getriebeelemente des Planetengetriebes gegenseitig blockieren. Da ein Abwälzen von Zahnrädern in dieser Schalt- stellung nicht stattfindet, ergibt sich eine optimale Lauf- qualität für Feindrehoperationen.
Um in dieser zweiten Schaltstellung für das Hohlrad 42 keine Haltekräfte von außen in das Planetengetriebe einleiten zu müssen, wird dieses in seiner axialen Position durch mehrere Rastvorrichtungen gehalten, welche jeweils aus einem gefeder¬ ten Raststift 70a im Planetenradträger 32 und einer entspre¬ chenden Rastkerbe 70b im Hohlrad 42 bestehen.
In Fig. 4 ist ein dritter Schaltzustand des Planetengetriebes dargestellt, in dem das Hohlrad 42 und der Schieber 56 dritte Schaltstellungen einnehmen, die zwischen den ersten und zwei¬ ten Schaltstellungen dieser beiden Elemente liegen. In diesem dritten Schaltzustand ist das Planetengetriebe und damit die Arbeitsspindel 12 blockiert. Dies erreicht man dadurch, daß die Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42 sowohl in die Halte¬ verzahnung 14b des Getriebegehäuses 14 als auch in die Halte¬ verzahnung 32b des Planetenradträger 32 eingreift. In dieser Schaltstellung kann z. B. bei abgeschalteter Werk¬ zeugmaschine eine von der Arbeitsspindel 12 gehaltene Werk- stück-Spannvorrichtung montiert oder demontiert werden. Die Zahl der Drehwinkelpositionen, in denen sich die Arbeitsspin¬ del 12 blockieren läßt, entspricht der Zähnezahl des Hohl¬ rads 42; hat dieses z. B. 144 Zähne, so kann die Arbeitsspin¬ del in 144 Drehwinkelstellungen blockiert werden, deren Win¬ kelabstand jeweils 2,5° beträgt. Bringt der Spindelantriebs- motor 16 dann noch ein Stillstandsdrehmoment auf, so ist die erfindungsgemäße Spindelantriebseinrichtung auch in diesem Schaltzustand spielfrei verspannt. Dieser Schaltzustand kann deshalb z. B. auch dazu benutzt werden, extrem schwere Fräs¬ bearbeitungen vorzunehmen, z. B. das Fräsen von großen Vier¬ kantflächen. Die Erfindung bringt dabei gegenüber bekannten Werkzeugmaschinen den Vorteil mit sich, daß der Spindelan¬ triebsmotor nicht in Lageregelung betrieben werden muß, und die Positionierung der Arbeitsspindel ist zudem extrem steif.
Die Zentrierung des Schiebers 56 in seiner in Fig. 7 darge¬ stellten zweiten Schaltstellung bringt den Vorteil mit sich, daß sich bei stillstehendem Spindelantriebsmotor 16 die Lauf- verzahnung 50a des Nebenhohlrads 50 exakt in die Verzahnung der Nebenplanetenräder 30a einschieben läßt, wenn der Schie¬ ber 56 aus seiner in Fig. 7 dargestellten zweiten Schaltstel¬ lung heraus nach links verschoben wird.
Das Umschalten des Planetengetriebes erfolgt im Stillstand, wobei die Arbeitsspindel 12 zuvor in eine Drehwinkelstellung gebracht werden muß, in der die Zähne der ineinander zu schiebenden Verzahnungen gegeneinander um eine halbe Zahntei¬ lung versetzt sind. In Abwandlung der ersten Ausführungsform gemäß den Figu¬ ren 1 - 7 könnte der Planetenradträger 32 mit zusätzlichen Achsen für die Nebenplanetenräder 30a versehen werden, um so die Lagerung der Planetenräder 30 und der Nebenplanetenrä¬ der 30a verbreitern zu können.
Zusätzlich zu der Erfüllung aller vorstehend aufgeführten An¬ forderungen an eine moderne Spindelantriebseinrichtung bringt die Erfindung den Vorteil mit sich, daß die Spindelantriebs¬ einrichtung außerordentlich kompakt ist; die Arbeitsspindel erfährt nur eine unwesentliche Verlängerung, die aber mehr als wettgemacht wird durch das Fehlen einer Riemenscheibe, einer Rast- oder Bremsscheibe oder eines am Ende der Arbeits¬ spindel vorgesehenen einschwenkbaren Zusatzantriebs für den Betrieb der Arbeitsspindel als sogenannte Rundachse.
Der geringe Platzbedarf der erfindungsgemäßen Spindelan¬ triebseinrichtung macht diese in besonderem Maße geeignet für sogenannte Gegenspindelmaschinen, bei denen zur Übernahme eines in einer ersten Arbeitsspindel bearbeiteten Werkstücks eine der ersten Arbeitsspindel gegenüberliegende und zur er¬ sten Arbeitsspindel koaxiale Gegenarbeitsspindel in Richtung auf das Werkstück vorgefahren wird, um dieses zu übernehmen und danach wieder in ihre Ausgangsposition zurückzufahren. An eine solche Gegenspindel seitlich angebaute Getriebe, Motoren und dergleichen wären mehr als störend und darüber hinaus kaum gegen Späne abzuschirmen.
Die in Fig. 8 dargestellte zweite bevorzugte Ausführungsform soll im Folgenden nur insoweit beschrieben werden, als sie von der ersten Ausführungsform abweicht und als dies für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Außerdem wurden in Fig. 8 für Teile, die in ihrer Funktion Teilen der ersten Ausführungsform entsprechen, dieselben Bezugszeichen wie in den Figuren 1 - 7 verwendet, jedoch unter Hinzufügung eines Strichs.
Die Fig. 8 zeigt das Planetengetriebe im langsamen Gang, d. h. in einem Schaltzustand, in dem das Planetengetriebe eine Getriebefunktion ausführt. Ein Sonnenrad 28' kämmt wie¬ der mit Planetenrädern 30' und Nebenplanetenrädern 30a', wel¬ che von einem Planetenradträger 32' bzw. einem Nebenplaneten- radträger 32a' getragen werden. Während also bei der ersten Ausführungsform zwei Hohlräder, nämlich das Hohlrad 42 und das Nebenhohlrad 50 vorgesehen sind, besitzt die zweite Aus¬ führungsform nach Fig. 8 zwei Planetenradträger 32' und 32a', da bei dieser zweiten Ausführungsform das Planetengetriebe durch Verdrehen des Nebenplanetenradträgers 32a' spielfrei gemacht werden kann, wie im Folgenden noch gezeigt werden wird. In dem in Fig. 8 gezeigten Schaltzustand wird der Pla¬ netenradträger 32' mittels seiner Halteverzahnung 32b' und einer Halteverzahnung 14b' eines Getriebegehäuses 14' am Dre¬ hen gehindert. Der im Planetenradträger 32' drehbar gelagerte Nebenplanetenradträger 32a" besitzt eine Verzahnung 50b1, welche in eine Verzahnung 50a' eines um die Spindelachse 12a' beschränkt drehbaren Stellrings 50' eingreift. Ein Hohl¬ rad 42' ist schließlich fest mit einer Arbeitsspindel 12' verbunden.
In dem in Fig. 8 dargestellten Schaltzustand, dem langsamen Gang, treibt das Sonnenrad 28' die Planetenräder 30' und die Nebenplanetenräder 30a' an, der Planetenradträger 32' wird durch die Halteverzahnung 14b1 festgehalten, der Nebenplane¬ tenradträger 32a' durch den Stellring 50' und einen in diesen eingreifenden Mitnehmerstift 66' bzw. einen den letzteren tragenden Schieber 56', und die Planetenräder 30' sowie die Nebenplanetenräder 30a' treiben unmittelbar das Hohlrad 42 ' und damit die Arbeitsspindel 12' an. Mit Hilfe des Schie¬ bers 56' läßt sich der Stellring 50' und damit der Nebenpla¬ netenradträger 32a' um die Spindelachse 12a' verdrehen und damit das Planetengetriebe spielfrei machen.
Durch Verschieben des Planetenradträgers 32' und des Neben- planetenradträgers 32a' mit Hilfe des Schiebers 56' und eines von diesem getragenen Mitnehmerstifts 64' gemäß Fig. 8 nach links werden die Halteverzahnung 32b' und die Verzahnung 50b' frei, so daß sich der Planetenradträger 32' und der Nebenpla¬ netenradträger 32a' drehen können; gleichzeitig wird eine Verzahnung 32c' des Planetenradträgers 32' in die LaufVerzah¬ nung 42a' des Hohlrads 42' eingeschoben und so der Planeten¬ radträger 32 ' drehfest mit dem Hohlrad 42 ' und damit mit der Arbeitsspindel 12' verbunden.
Zum Verständnis der Fig. 8 sei noch auf folgendes hingewie¬ sen: Bei der Halteverzahnung 14b' des Getriebegehäuses 14' handelt es sich nicht um einen durchgehenden Zahnring, son¬ dern vielmehr um z. B. zwei sich jeweils über einen Umfangs- winkel von z. B. 30° erstreckende Zahnsegmente, die von ent¬ sprechenden Segmenten 90' des Getriebegehäuses 14' getragen werden und in entsprechende Aussparungen des Stellrings 50' eingreifen. Außerdem sind in Fig. 8 die Segmente 90' um 90° versetzt dargestellt.
Während bei den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungs¬ formen das Sonnenrad des Planetengetriebes dessen Eintriebs¬ getriebeelement bildet und das Abtriebsgetriebeelement entwe- der vom Planetenradträger oder vom Hohlrad gebildet wird, er¬ folgt bei der dritten, in Fig. 9 dargestellten Ausführungs- form der Eintrieb über das Hohlrad und der Abtrieb über den Planetenradträger. Während bei den beiden vorstehend be¬ schriebenen Ausführungsformen zum Spielfreimachen des Plane¬ tengetriebes entweder das Hohlrad oder der Planetenradträger verdoppelt wurde, hat die dritte Ausführungsform gemäß Fig. 9 zwei Sonnenräder, um das Planetengetriebe im langsamen Gang spielfrei machen zu können. Auch die dritte Ausführungsform gemäß Fig. 9 wird im Folgenden nur insoweit beschrieben wer¬ den, als sie von der ersten Ausführungsform nach den Figu¬ ren 1 - 7 abweicht, und für Teile dieser dritten Ausführungs- form, welche in ihrer Funktion Teilen der ersten Ausführungs- form entsprechen, wurden dieselben Bezugszeichen, jedoch un¬ ter Hinzufügung zweier Striche verwendet.
Die Fig. 9, welche das Planetengetriebe wiederum in dem dem langsamen Gang entsprechenden Schaltzustand zeigt, läßt ein Hohlrad 42" und einen Planetenradträger 32" erkennen, wobei das Hohlrad 42" mit einer von einem Rotor 20" angetriebenen Hohlwelle 22" und der Planetenradträger 32" mit einer Ar¬ beitsspindel 12" fest verbunden ist. Der Planetenradträ¬ ger 32" trägt zwei Sätze von Planetenrädern, nämlich Plane¬ tenräder 30" und Nebenplanetenräder 30a". Auf der Arbeits¬ spindel 12" sind zwei zu dieser konzentrische Sonnenräder drehbar und in axialer Richtung verschiebbar angeordnet, näm¬ lich ein Sonnenrad 28" und ein dieses lagerndes Nebensonnen¬ rad 28a", wobei in dem in Fig. 9 dargestellten Schaltzustand die Planetenräder 30" mit der LaufVerzahnung 128" des Sonnen¬ rads 28" und die Nebenplanetenräder 30a" mit der Laufverzah¬ nung 128a" des Nebensonnenrads 28a" kämmen und das Sonnen¬ rad 28" durch einen an einem Gehäuse 14" befestigten und in ein Loch des Sonnenrads 28" eingreifenden Haltestift 14b" am Drehen gehindert wird. Ein Schieber 56" trägt einen ersten Mitnehmerstift 64", welcher in eine Umfangsnut 68" des Son¬ nenrads 28" eingreift, sowie einen zweiten Mitnehmer¬ stift 66", welcher in ein Loch 70" des Nebensonnenrads 28a" eingreift.
In dem in Fig. 9 dargestellten Schaltzustand des Planetenge¬ triebes (langsamer Gang) treibt der Rotor 20" demnach über das Hohlrad 42", die Planetenräder 30" und den Planetenrad¬ träger 32" die Arbeitsspindel 12" an, weil das Sonnenrad 28" am Drehen gehindert ist. Dabei läßt sich das Planetengetriebe spielfrei machen, indem das Nebensonnenrad 28a" mit Hilfe des Schiebers 56" gegenüber dem Sonnenrad 28" etwas verdreht wird, was eine Verspannung des Planetengetriebes zur Folge hat, da sowohl die Planetenräder 30" als auch die mit dem Nebensonnenrad 28a" kämmenden Nebenplanetenräder 30a" mit der LaufVerzahnung 42a" des Hohlrads 42" kämmen.
Werden mit Hilfe des Schiebers 56" das Sonnenrad 28" und das Nebensonnenrad 28a" gemäß Fig. 9 so weit nach rechts verscho¬ ben, daß der Haltestift 14b" das Sonnenrad 28" freigibt und dessen Verzahnung 128" in die Laufverzahnung 42a" des Hohl¬ rads 42" eintritt sowie die Nebenplanetenräder 30a" von der LaufVerzahnung 128a" des Nebensonnenrads 28a" freikommen, wird der Planetenradträger 32" mit der Drehzahl des Ro¬ tors 20" angetrieben, da sich das Sonnenrad 28" gegenüber dem Hohlrad 42" nicht mehr verdrehen läßt und infolgedessen der Planetenradträger 32" mit derselben Drehzahl umlaufen muß wie das Hohlrad 42". Ein Blockieren des Planetengetriebes und damit der Arbeits¬ spindel ist bei den Ausführungsformen nach den Figuren 8 und 9 in analoger Weise wie bei der ersten Ausführungsform mög¬ lich.
Wie sich aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung der drei vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spindelantriebseinrichtung ergibt, wird das schaltbare Getriebeelement des Planetengetriebes vorteil¬ hafterweise nicht nur an einer einzigen Stelle betätigt, son¬ dern an mehreren, einander insbesondere diametral gegenüber¬ liegenden Stellen, weshalb bei den dargestellten Ausführungs- formen auch jeweils zwei Schieber 56 bzw. 56' bzw. 56" vorge¬ sehen sind.
Des weiteren weisen alle dargestellten Ausführungsformen er¬ findungsgemäß zwei Planetenradsätze auf, wobei die beiden Planetenradsätze relativ zueinander um die Getriebeachse ge¬ ringfügig verdrehbar und/oder die Planetenräder des einen Satzes (bei einem angenommenen Stillstand der Planetenräder des anderen Satzes) geringfügig um ihre jeweilige Achse dreh¬ bar sind, um das Planetengetriebe dann, wenn es eine Getrie¬ befunktion erfüllt (insbesondere also im langsamen Gang) spielfrei machen zu können. Um dies zu bewerkstelligen, wird erfindungsgemäß wenigstens eines der drei Getriebeelemente Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad verdoppelt, um durch ein geringfügiges Verdrehen des einen Getriebeelements rela¬ tiv zum anderen, äquivalenten Getriebeelement um die Getrie¬ beachse herum das Getriebe etwas zu verspannen und dadurch ein Spiel zu beseitigen. Dabei handelt es sich bei dem ver¬ doppelten Getriebeelement nicht um eines derjenigen Getriebe¬ elemente, die den Getriebeeintrieb und den Getriebeabtrieb bilden bzw. mit diesen drehfest verbunden sind.

Claims

A N S P R U C H E
1. Spindelantriebseinrichtung für Werkzeugmaschinen, mit einer Arbeitsspindel zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks, einem Spindelantriebsmotor und einem zwi¬ schen diesem und der Arbeitsspindel vorgesehenen schalt¬ baren Planetengetriebe für einen Spindelantrieb mit un¬ terschiedlichen Getriebeübersetzungen, wobei das wenig¬ stens drei Getriebeelemente, nämlich ein Sonnenrad, ei¬ nen Planetenradträger mit einem Planetenradsatz und ein Hohlrad, aufweisende Planetengetriebe ein mit dem An¬ triebsmotor drehfest verbundenes Eintriebsgetrie¬ beelement sowie ein mit der Arbeitsspindel in Antriebs¬ verbindung stehendes Abtriebsgetriebeelement besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (16) einen zur Arbeitsspindel (12; 12'; 12") koaxialen, letztere umfassenden, hohlwellenartigen Rotor (20; 20'; 20") auf¬ weist und die Planetenräder (30; 30'; 30") um die Ar¬ beitsspindelachse (12a; 12a'; 12a") herum angeordnet sind und daß der Rotor drehfest mit dem Eintriebsgetrie¬ beelement (28; 28'; 42") des Planetengetriebes und des¬ sen Abtriebsgetriebeelement (32; 42'; 32") drehfest mit der Arbeitsspindel verbunden ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im schnellen Gang des Planetengetriebes dessen Planeten¬ räder (30; 30'; 30") gegenüber dem Planetenradträ¬ ger (32; 32'; 32") unverdrehbar gehalten sind und das Eintriebsgetriebeelement (28; 28'; 42") drehfest mit dem Abtriebsgetriebeelement (32; 42'; 32") verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß zum Schalten des Planetengetriebes dessen zwi¬ schen Eintriebs- und Abtriebsgetriebeelement (28; 28'; 42" bzw. 32; 42'; 32") liegendes mittleres Getriebeele¬ ment (42; 32'; 28") in Richtung der Spindelachse (12a; 12a'; 12a") zwischen einer ersten, dem langsamen Gang und einer zweiten, dem schnellen Gang zugeordneten Schaltstellung verschiebbar sowie in seiner ersten Schaltstellung unverdrehbar gehalten und in seiner zwei¬ ten Schaltstellung frei drehbar ist sowie Eintriebs- und Abtriebsgetriebeelement drehfest miteinander verbindet.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Getriebeelement (42; 32'; 28") in seiner ersten Schaltstellung drehfest mit einem Getriebegehäu¬ se (14; 14'; 14") verbunden ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Getriebeelement (42; 32'; 28") in eine dritte Schaltstellung schiebbar ist, in der es sowohl mit dem Getriebegehäuse (14; 14'; 14"), als auch mit wenigstens einem der beiden anderen Getriebeelemente (28 bzw. 32; 28' bzw. 42'; 42" bzw. 32") drehfest verbunden ist.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß am mittleren Getrie¬ beelement (42) und an einem der anderen Getriebeelemen¬ te (32 bzw. 28) Rastmittel (70a, 70b) zum Halten des mittleren Getriebeelements wenigstens in seiner zweiten Schaltstellung vorgesehen sind.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 - 6, gekennzeichnet durch einen am Getriebegehäu¬ se (14; 14'; 14") in Richtung der Spindelachse (12a; 12a'; 12a") zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltstellung verschiebbar gehaltenen Schieber (56; 56'; 56"), welcher in Richtung der Spindelachse über einen ersten Mitnehmer (64; 64'; 64") mit dem mittleren Getriebeelement (42; 32'; 28") gekoppelt ist.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetenge¬ triebe zu wenigstens einem seiner drei Getriebeelemen¬ te (28, 42, 32; 28', 32', 42'; 42", 28", 32") ein äqui¬ valentes viertes Getriebeelement (50; 32a'; 28a") be¬ sitzt und daß eine Stellvorrichtung (56; 56'; 56") vor¬ gesehen ist, um im langsamen Gang des Planetengetriebes zur Beseitigung eines Spiels des letzteren die beiden einander äquivalenten Getriebeelemente (42, 50; 32', 32a'; 28", 28a") gegeneinander zu verdrehen.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Schieber (56; 56'; 56") in seiner er¬ sten Schaltstellung in Umfangsrichtung verstellbar und über einen zweiten Mitnehmer (66; 66'; 66") mit dem vierten Getriebeelement (50; 32a'; 28a") gekoppelt ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Stellvorrichtung (62a, 62b) zum Verstellen des sich in seiner ersten Schaltstellung befindlichen Schiebers (56) aus einer mittleren Position heraus wahlweise in der einen oder anderen Umfangsrichtung.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 - 10, gekennzeichnet durch eine Stellvorrichtung (60a, 60b) zum gesteuerten Verschieben des Schiebers (56) in Richtung der Spindelachse (12a) .
12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Stellvorrichtung (62a, 62b bzw. 60a, 60b) zwei Stellelemente aufweist, welche an einander gegenüberliegenden Bereichen des Schiebers (56) an¬ greifen.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (42) das mittlere Getriebeelement bildet.
14. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnen¬ rad (28) das Eintriebsgetriebeelement bildet.
15. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Hohlrad (42) in seiner zweiten Schaltstellung keine Berührung mit dem Getriebegehäu¬ se (14) hat.
16. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe einen zweiten Planetenradsatz (30a; 30a'; 30a") aufweist, dessen Planetenräder zur Spielbe¬ seitigung gegenüber den Planetenrädern (30; 30'; 30") des anderen Planetenradsatzes verstellbar sind.
17. Einrichtung nach den Ansprüchen 13, 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, um die Spindelach¬ se (12a) verdrehbares Hohlrad (50) vorgesehen ist, mit dem die zweiten Planetenräder (30a) kämmen.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlräder (42, 50) gemeinsam in Richtung der Spindelachse (12a) verschiebbar sind und daß in der zweiten Schaltstellung die zweiten Planetenräder (30a) und das zweite Hohlrad (50) außer Eingriff sind.
19. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenrä¬ der (30; 30'; 30") in gleichen Winkelabständen vonein¬ ander um die Arbeitsspindelachse (12a; 12a'; 12a") herum angeordnet sind.
20. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenrä¬ der (30a; 30a'; 30a") des zweiten Planetenradsatzes in gleichen Winkelabständen voneinander um die Arbeits- spindelachse (12a; 12a'; 12a") herum angeordnet sind.
21. Verwendung einer Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche bei einer Drehmaschine mit zwei einander gegenüberliegenden, koaxialen Arbeitsspin¬ deln, von denen mindestens eine in Spindelachsrichtung verschiebbar ist, für einen Antrieb der verschiebbaren Arbeitsspindel.
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