DE10251387A1 - Elektrische Preßvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Elektrische Preßvorrichtung mit einem Elektromotor, einem Übersetzungsgetriebe, einem als Gewinderollenschraubtrieb ausgebildeten Spindelantrieb, dessen Gewindespindel mit dem Übersetzungsgetriebe verbunden ist und dessen Gewindemutter drehfest und axial verschieblich in einem zylindrischen Gehäuse geführt und mit einem Preßwerkzeug verbunden ist, zur Umwandlung einer Drehbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung des Preßwerkzeugs, einem Wegsensor zur Ermittlung des zurückgelegten Weges des Preßwerkzeugs und einem Sensor zur Ermittlung der Preßkraft des Preßwerkzeugs, wobei die Gewindespindel mittels eines vorgespannten Schrägkugellagersatzes, dessen erste(s) Schrägkugellager zur Aufnahme von Zugkräften und dessen zweite(s) Schrägkugellager zur Aufnahme von Druckkräften geeignet ist (sind), in dem Gehäuse gelagert ist, wobei die Innenringe der Schrägkugellager mit einer Wellenmutter aneinanderliegend gegen eine Wellenschulter der Gewindespindel gespannt sind und die Außenringe der Schrägkugellager mit einer Gehäusemutter aneinanderliegend gegen einen Gehäuseabsatz gespannt sind, so daß i. w. gleich große Zug- oder Druckkräfte axial spielfrei aufnehmbar sind.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Preßvorrichtung mit einem Elektromotor, einem Übersetzungsgetriebe, einem als Gewinderollenschraubtrieb ausgebildeten Spindelantrieb, dessen Gewindespindel mit dem Übersetzungsgetriebe verbunden ist und dessen Gewindemutter drehfest und axial verschieblich in einem zylindrischen Gehäuse geführt und mit einem Preßwerkzeug verbunden ist, zur Umwandlung einer Drehbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung des Preßwerkzeugs, einem Wegsensor zur Ermittlung des zurückgelegten Weges des Preßwerkzeugs und einem Sensor zur Ermittlung der Preßkraft des Preßwerkzeugs.
- Eine derartige Preßvorrichtung ist aus der
DE 100 11 859 C2 bekannt, bei der die Gewindespindel durch einen Flanschabsatz und ein Kegelrollenlager in Axialrichtung gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist. Das Kegelrollenlager ist auf der Gewindespindel lediglich mittels eines Sicherungsrings gegen axiale Verschiebung gesichert und kann praktisch keine Axialkräfte in Zugrichtung übertragen. Dies ist bei der bekannten Einpreßvorrichtung auch nicht erforderlich, da lediglich Preßkräfte in einer Richtung (Druckrichtung) erzeugt werden sollen. - Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine elektrische Preßvorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend weiterzuentwickeln, daß Preßkräfte (Zug- und Druckkräfte) erzeugbar sind, wobei ein möglichst geringer Durchmesser des zylindrischen Gehäuses angestrebt wird.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische Preßvorrichtung bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Axialposition frei wählbar an einem Maschinengestell o.ä. fixiert werden kann. Dies ist bei der bekannten Preßvorrichtung nicht möglich, da dort das Gehäuse mit einem Befestigungsflansch versehen ist, so daß die Preßvorrichtung nur in einer vorgegebenen Position fixierbar ist.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bezüglich des Gehäuses drehfeste und axial verschiebliche Führung der Gewindemutter des Spindelantriebs konstruktiv einfacher zu gestalten.
- Die erstgenannte Aufgabe der Erfindung wird durch eine elektrische Preßvorrichtung mit einem Elektromotor, einem Übersetzungsgetriebe, einem als Gewinderollenschraubtrieb ausgebildeten Spindelantrieb, dessen Gewindespindel mit dem Übersetzungsgetriebe verbunden ist und dessen Gewindemutter drehfest und axial verschieblich in einem zylindrischen Gehäuse geführt und mit einem Preßwerkzeug verbunden ist, zur Umwandlung einer Drehbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung des Preßwerkzeugs, einem Wegsensor zur Ermittlung des zurückgelegten Weges des Preßwerkzeugs und einem Sensor zur Ermittlung der Preßkraft des Preßwerkzeugs, wobei sich die Preßvorrichtung dadurch auszeichnet, daß die Gewindespindel mittels eines vorgespannten Schrägkugellagersatzes, dessen erstes) Schrägkugellager zur Aufnahne von Zugkräften und dessen zweites) Schrägkugellager zur Aufnahme von Druckkräften geeignet ist (sind), in dem Gehäuse gelagert ist, wobei die Innenringe der Schrägkugellager mit einer Wellenmutter aneinanderliegend gegen eine Wellenschulter der Gewindespindel gespannt sind und die Außenringe der Schrägkugellager mit einer Gehäusemutter aneinanderliegend gegen einen Gehäuseabsatz gespannt sind, so daß im wesentlichen gleich große Zug- oder Druckkräfte axialspielfrei aufnehmbar sind.
- Es kann vorgesehen sein, daß der Schrägkugellagersatz zwei erste und zwei zweite Schrägkugellager aufweist.
- Zweckmäßgerweise ist vorgesehen, daß das Übersetzungsgetriebe als mehrstufiges Getriebe ausgebildet ist, wobei das Übersetzungsgetriebe ein Übersetzungsverhältnis von z.B. i = 5 aufweisen kann.
- Bevorzugt ist vorgesehen, daß der Elektromotor elektrisch gesteuert ist und einen Winkelkodierer auf der Motorwelle aufweist, wobei eine Einrichtung vorhanden ist, um den zurückgelegten Weg des Preßwerkzeugs anhand der Winkelsignale des Winkelkodierers, des Übersetzungsverhältnisses des Übersetzungsgetriebes und der Gewindesteigung des Spindelantriebs zu ermitteln.
- Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß zwischen einer Ausgangswelle des Übersetzungsgetriebes und der Gewindespindel ein Drehmomentsensor angeordnet ist. Der Drehmomentsensor kann einen Sender zur berührungslosen Meßwertübertragung aufweisen. Bevorzugt ist der Drehmomentsensor leicht zugänglich und zur Anpassung an unterschiedliche Preßkräfte austauschbar. Dadurch ist es möglich, auch bei unterschiedlichen Preßkräften unterschiedliche Meßbereiche von Drehmomentsensoren weitgehend auszunutzen, so daß die Meßgenauigkeit steigt.
- Zweckmäßigerweise ist eine verschließbare Gehäuseöffnung zum Zugang zu dem Drehmomentsensor vorgesehen.
- Die Erfindung sieht weiter vor, daß auf der Motorwelle eine in stromlosem Zustand fassende und unter Strom gelöste Motorbremse angeordnet ist. Dadurch wird gewährleistet, daß auch bei einem nicht selbsttätig blockierenden Getriebe bei Stromausfall eine Bewegung der Preßvorrichtung verhindert wird.
- Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß zwischen Gewindemutter und Gehäuse ein gefederter Anschlag zum Ermitteln der Nullstellung der Wegmessung vorgesehen ist.
- Der Anschlag kann als gefederter Ring auf der Gewindemutter ausgebildet sein.
- Bevorzugt weist die Gewindespindel ein mehrgängiges, insb. fünfgängiges Gewinde auf.
- Die Gewindemutter kann in einer axial gestuften Aufnahmehülse fixiert sein, die drehfest und axial verschieblich in dem Gehäuse geführt ist.
- In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Aufnahmehülse mit einer Innenhülse einer Axialkugelumlaufführung verbunden ist oder diese bildet, deren Außenhülse drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist.
- Die Aufnahmehülse kann einen zylindrischen Aufnahmeteil relativ großen Durchmessers und eine damit verschraubte, den Preßstempel bildende Hülse kleineren Durchmessers aufweisen.
- Bevorzugt weist das Gehäuse eine äußere zylindrische Spannfläche zum Fixieren der Preßvorrichtung an einer frei wählbaren axialen Spannposition auf.
- Hierfür kann an der Spannfläche ein Doppelkonus-Spannsatz angeordnet sein.
- Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
-
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Preßvorrichtung zeigt; -
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus1 im Bereich des Schrägkugellagersatzes zeigt; -
3 einen vergrößerten Ausschnitt aus1 im Bereich der Axialkugelumlaufführung zeigt; -
4 eine Querschnittsansicht entlang Linie IV-IV in1 bzw.2 zeigt; und -
5 eine Querschnittsansicht entlang Linie V-V in1 bzw.3 zeigt. - Zunächst sei auf
1 Bezug genommen, die in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine elektrische Preßvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Wesentliche Komponenten der Preßvorrichtung sind ein Elektromotor2 mit einer auf dessen Motorwelle4 einwirkenden Motorbremse6 , ein Übersetzungsgetriebe8 , ein Drehmomentsensor10 , ein Schrägkugellagersatz12 , in dem eine Gewindespindel14 gelagert ist, die zusammen mit einer Gewindemutter16 einen Spindelantrieb66 bildet, und eine die Gewindemutter16 haltende Aufnahmehülse18 , die ihrerseits in einer Axialkugelumlaufführung20 gelagert ist, die wiederum in einem zylindrischen Gehäuse22 abgestützt ist, welches eine zylindrische äußere Spannfläche24 zur Fixierung in einer frei wählbaren Position an einem Maschinenteil26 o.ä., mittels eines Spannsatzes28 , besitzt. - Auf der Motorwelle
4 ist ein Winkelkodierer30 als Absolutmeßwertgeber angeordnet, und es ist ein Resolver32 vorhanden, um die Signale des Winkelkodierers zur Gewinnung eines Wegsignals auszuwerten. Hierfür wird in an sich bekannter Weise das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes8 sowie die Gewindesteigung des Spindelantriebs66 (Gewindespindel14 , Gewindemutter16 ) herangezogen. - Die Motorbremse
6 ist so ausgebildet, daß sie mittels Federn im stromlosen Zustand faßt und eine Drehung der Motorwelle verhindert, bei Bestehen der Stromversorgung hingegen gelöst ist. - Das Übersetzungsgetriebe
8 könnte als Planetengetriebe ausgebildet sein, ist hingegen in der bevorzugten Ausführungsform als mehrstufiges Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von z.B. i = 5 ausgebildet. Eine Eingangswelle34 des Übersetzungsgetriebes8 ist mit der Motorwelle4 verbunden, während eine Ausgangswelle36 des Übersetzungsgetriebes mit der Gewindespindel14 verbunden ist und den Drehmomentsensor10 trägt. Der Drehmomentsensor10 ist mit einem Sender versehen, so daß eine draht- bzw. schleifkontaktlose Meßwertübertragung möglich ist. Der Drehmomentsensor10 ist über eine verschließbare Gehäuseöffnung38 relativ leicht zugänglich und kann leicht ausgetauscht werden, so daß jeweils ein einer in einem bestimmten Fall zu erzielenden Preßkraft angepaßter Drehmomentsensor verwendet werden kann. Dies hat den Vorteil, daß mit einem an ein bestimmtes maximales Drehmoment Preßkraft angepaßten Drehmomentsensor der Meßbereich des Drehmomentsensors weitgehend ausgenutzt wird, so daß die Meßgenauigkeit maximiert wird. Dadurch kann eine Genauigkeit von weniger als 1 % vom Maximal- bzw. Endwert und somit auch eine entsprechende Genauigkeit bei der Einstellung einer gewünschten Preßkraft, die aus dem Drehmoment bestimmt wird, erzielt werden. - Die Gewindespindel
14 , wobei nun auch auf2 und4 Bezug genommen wird, ist mittels eines im ganzen mit 12 bezeichneten Schrägkugellagersatzes in dem Gehäuse22 gelagert, welches im vorliegenden Fall eine Lagerhülse40 und eine damit verschraubte Außenführung42 aufweist. - Der Schrägkugellagersatz
12 besteht bei der hier beschriebenen Ausführungsform aus insgesamt vier Schrägkugellagern, die jeweils gleiche Axial- und Radialkräfte aufnehmen können, was durch unter 45° zur Längsachse50 verlaufende Lastwirkungslinien44 angedeutet ist. - Je zwei erste Schrägkugellager
46 sind zur Aufnahme von Zugkräften (in1 ,2 nach links wirkend) und je zwei zweite Schrägkugellager48 zur Aufnahme von Druckkräften (in1 ,2 nach rechts wirkend) angeordnet. Die Innenringe der Schrägkugellager sind mittels einer Wellenmutter52 unmittelbar aneinanderliegend gegen eine Wellenschulter54 der Gewindespindel gespannt, während die Außenringe der Schrägkugellager in entsprechender Weise mittels einer Gehäusemutter56 aneinanderliegend gegen einen Gehäuseabsatz58 gespannt sind. Die Schrägkugellager sind so gefertigt, daß beim Anziehen der Wellen- und Gehäusemuttern keinerlei Spiel mehr vorhanden ist, sondern im Gegenteil eine Vorspannung der beiden entgegengesetzt ausgerichteten Lagerpaare46 und48 vorhanden ist, so daß i. w. gleich große Zug- oder Druckkräfte aufnehmbar sind, ohne daß ein Axialspiel auftritt. Der Vorteil dieser Konstruktion liegt zudem darin, daß keine besonderen maßlichen Toleranzen im Bereich der Lagerhülse oder der Gewindespindel beachtet werden müssen, was die axialen Abmessungen angeht, da eine Festspannung der Innen- und Außenringe mit den Wellen- bzw. Gehäusemuttern für eine einwandfreie, spielfreie Funktion genügt. - Anschließend an die Wellenschulter
54 ist die Gewindespindel14 mit einem hier fünfgängigen Gewindeabschnitt60 versehen, dessen Länge so bemessen ist, daß die gewünschten Preßaufgaben durchgeführt werden können. - Die Gewindespindel
14 bildet mit ihrem Gewindeabschnitt60 und der Gewindemutter16 und Rollen den als Gewinderollenschraubtrieb (auch als Planetenrollengewindespindelantrieb bezeichnet) ausgebildeten Spindelantrieb66 . Die Gewindemutter16 ist mittels einer Paßfeder68 drehfest mit der Aufnahmehülse18 verbunden, die innerhalb der Außenführung42 in Axialrichtung beweglich ist. Befestigungsschrauben70 fixieren über einen Befestigungsring72 die Gewindemutter16 innerhalb der Aufnahmehülse18 , wobei auf dem Befestigungsring72 bzw. der Aufnahmehülse18 ein mittels Druckfedern74 gefederter Ring76 einen gefederten Anschlag bildet. Bei einer Rückzugsbewegung des Spindelantriebs (nach rechts) läuft die Gewindemutter mit dem Ring76 gegen den Gehäuseabsatz58 der Lagerhülse40 , wodurch der Drehmomentsensor10 einen Drehmomentanstieg feststellt und dadurch eine Nullpunkterfassung möglich ist. - Die Aufnahmehülse
18 ist aus einem die Gewindemutter16 aufnehmenden Aufnahmeteil18a relativ großen Durchmessers und einer damit verschraubten, den Preßstempel bildenden Hülse18b kleineren Durchmessers gebildet. Die Hülse18b ist in einer Innenhülse der Axialkugelumlaufführung20 gelagert oder bildet diese (3 und5 ), wobei deren Außenhülse21 mit Sicherungsringen77 axial unverschieblich in dem Gehäuse bzw. der Außenführung42 festgelegt und mittels einer Paßfeder78 drehfest damit verbunden ist. Ein nicht dargestelltes Preßwerkzeug ist am Ende der Hülse18b gehalten. - Der Spannsatz
28 weist konusförmige Spannelemente auf, mit denen die Preßvorrichtung an ihrer Außenführung42 in einer frei wählbaren axialen Spannposition an dem Maschinenteil26 fixierbar ist. -
- 2
- Elektromotor
- 4
- Motorwelle
- 6
- Motorbremse
- 8
- Übersetzungsgetriebe
- 10
- Drehmomentsensor
- 12
- Schrägkugellagersatz
- 14
- Gewindespindel
- 16
- Gewindemutter
- 18
- Aufnahmehülse
- 18a
- Aufnahmeteil
- 18b
- Hülse
- 20
- Axialkugelumlaufführung
- 21
- Außenhülse
- 22
- Gehäuse
- 24
- Spannfläche
- 26
- Maschinenteil
- 28
- Spannsatz
- 30
- Winkelkodierer
- 32
- Resolver
- 34
- Eingangswelle
- 36
- Ausgangswelle
- 38
- Gehäuseöffnung
- 40
- Lagerhülse
- 42
- Außenführung
- 44
- Lastwirkungslinie
- 46
- erste Schrägkugellager
- 48
- zweite Schrägkugellager
- 50
- Längsachse
- 52
- Wellenmutter
- 54
- Wellenschulter
- 56
- Gehäusemutter
- 58
- Gehäuseabsatz
- 60
- Gewindeabschnitt
- 66
- Spindelantrieb
- 68
- Paßfeder
- 70
- Befestigungsschraube
- 72
- Befestigungsring
- 74
- Druckfeder
- 76
- Ring
- 77
- Sicherungsring
- 78
- Paßfeder
Claims (18)
- Elektrische Preßvorrichtung mit einem Elektromotor (
2 ), einem Übersetzungsgetriebe (8 ), einem als Gewinderollenschraubtrieb ausgebildeten Spindelantrieb (66 ), dessen Gewindespindel (14 ) mit dem Übersetzungsgetriebe (8 ) verbunden ist und dessen Gewindemutter (16 ) drehfest und axial verschieblich in einem zylindrischen Gehäuse (22 ) geführt und mit einem Preßwerkzeug verbunden ist, zur Umwandlung einer Drehbewegung des Elektromotors (2 ) in eine lineare Bewegung des Preßwerkzeugs, einem Wegsensor (30 ) zur Ermittlung des zurückgelegten Weges des Preßwerkzeugs und einem Sensor (10 ) zur Ermittlung der Preßkraft des Preßwerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (14 ) mittels eines vor gespannten Schrägkugellagersatzes (12 ), dessen erstes) Schrägkugellager (46 ) zur Aufnahme von Zugkräften und dessen zweites) Schrägkugellager (48 ) zur Aufnahme von Druckkräften geeignet ist (sind), in dem Gehäuse (22 ) gelagert ist, wobei die Innenringe der Schrägkugellager mit einer Wellenmutter (52 ) aneinanderliegend gegen eine Wellenschulter (54 ) der Gewindespindel (14 ) gespannt sind und die Außenringe der Schrägkugellager (46 ,48 ) mit einer Gehäusemutter (56 ) aneinanderliegend gegen einen Gehäuseabsatz (58 ) gespannt sind, so daß i.w. gleich große Zug- oder Druckkräfte axialspielfrei aufnehmbar sind. - Preßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrägkugellagersatz (
12 ) zwei erste (46) und zwei zweite Schrägkugellager (48 ) aufweist. - Preßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe (
8 ) als mehrstufiges Getriebe ausgebildet ist. - Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe (
8 ) ein Übersetzungsverhältnis von z.B. i = 5 aufweist. - Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (
2 ) elektrisch gesteuert ist und einen Winkelkodierer (30 ) auf der Motorwelle (4 ) aufweist, wobei eine Einrichtung (32 ) vorhanden ist, um den zurückgelegten Weg des Preßwerkzeugs anhand der Winkelsignale des Winkelkodierers (30 ), des Übersetzungsverhältnisses des Übersetzungsgetriebes (8 ) und der Gewindesteigung des Spindelantriebs (66 ) zu ermitteln. - Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Ausgangswelle (
36 ) des Übersetzungsgetriebes (8 ) und der Gewindespindel (14 ) ein Drehmomentsensor (10 ) angeordnet ist. - Preßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentsensor (
10 ) einen Sender zur berührungslosen Meßwertübertragung aufweist. - Preßvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentsensor (
10 ) leicht zugänglich und zur Anpassung an unterschiedliche Preßkräfte austauschbar ist. - Preßvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine verschließbare Gehäuseöffnung (
38 ) zum Zugang zu dem Drehmomentsensor (10 ) vorgesehen ist. - Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Motorwelle (
4 ) eine in stromlosem Zustand fassende und unter Strom gelöste Motorbremse (6 ) angeordnet ist. - Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gewindemutter (
16 ) und Gehäuse (22 ) ein gefederter Anschlag (76 ) zum Ermitteln der Nullstellung der Wegmessung ausgebildet ist. - Preßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag als gefederter Ring (
76 ) auf der Gewindemutter (16 ) ausgebildet ist. - Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (
14 ) ein mehrgängiges, z.B. fünfgängiges Gewinde aufweist. - Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemutter (
16 ) in einer axial gestuften Aufnahmehülse (18 ) fixiert ist, die drehfest und axial verschieblich in dem Gehäuse (22 ) geführt ist. - Preßvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmehülse (
18 ) mit einer Innenhülse einer Axialkugelumlaufführung (20 ) verbunden ist oder diese bildet, deren Außenhülse (21 ) drehfest mit dem Gehäuse (22 ) verbunden ist. - Preßvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmehülse (
18 ) einen zylindrischen Aufnahmeteil (18a ) relativ großen Durchmessers und eine damit verschraubte, den Preßstempel bildende Hülse (18b ) kleineren Durchmessers aufweist. - Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (
22 ) eine äußere zylindrische Spannfläche (24 ) zum Fixieren der Preßvorrichtung an einer frei wählbaren axialen Spannposition aufweist. - Preßvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spannfläche (
24 ) ein Doppelkonus-Spannsatz (28 ) angeordnet ist.
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