DE19515085C2 - Absenksperre für einen vorzugsweise vertikalen Schlitten einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Absenksperre für einen vor­ zugsweise vertikalen Schlitten einer Werkzeugmaschine mit einer Schlitten-Antriebseinrichtung bestehend aus einem Antriebsmotor zur Lageregelung des Schlittens, einer Spindel zur translatorischen Verstellung des Schlittens und einem Riementrieb zur Übertragung des Drehmoments vom Antriebsmotor auf die Spindel über einen Riemen, der auf der Motorseite auf einem ersten Riemenrad und auf der Spindelseite auf einem zweiten Riemenrad abläuft.

Eine solche Absenksperre hat die Aufgabe, bei Störung des Antriebes ein Absacken des Schlittens auf Grund der Schwerkraft zu verhindern. In Verbindung mit anderen Sicherheitseinrichtungen der Antriebseinrichtung für einen Schlitten einer Werkzeugmaschine, die lediglich ein Sperren der Motorachse bewirken, soll dadurch ein Unfall oder eine Kollision des Schlittens mit anderen Teilen der Werkzeugmaschine verhindert werden.

Moderne Schlitten-Antriebseinrichtungen von Werkzeugmaschinen bestehen im Prinzip aus einem Antriebsmotor, einem Zahnrie­ mentrieb und einer Gewindespindel, mittels der über eine ent­ sprechende Lagerung der Schlitten translatorisch bewegt wird.

Die Antriebswelle des Motors und das Spindelende besitzen je­ weils ein Zahnrad, die mit einem Zahnriemen verbunden sind. Durch diese Anordnung wird das Drehmoment des Motors direkt auf die Drehspindel übertragen.

Im Normalbetrieb hält der Motor die Achse des Schlittens fest oder verfährt diese entsprechend dem Bearbeitungsprogramm für die Werkzeugmaschine. Diese "Lageregelung" wird jedoch beim Ausschalten der Maschine oder bei Stromausfall unwirksam. Um für diesen Fall ein Absinken des Schlittens zu verhindern, besitzen die Antriebseinrichtungen der genannten Art eine so­ genannte Sicherheitskupplung, die wie eine Motorbrems wirkt. Bei dem oben erwähnten Stromausfall und im momentenlosen Zu­ stand des Motors fällt die Bremse sofort ein und sperrt die Achse.

Eine solche als mechanisch sperrende Freilaufkupplung ausgebildete Sicherheitskupplung am Motor ist z. B. aus der DE 41 23 681 A1 bekannt.

Die Motorbremse alleine bzw. die am Motor angeordnete Frei­ laufkupplung schafft jedoch nicht die geforderte Sicherheit gegen ein Absacken des Schlittens auf Grund der Schwerkraft in allen Fällen, z. B. nicht bei Verlust des Zahnriemens durch Bruch oder Verlassen der Zahnräder, bei Versagen der Motorbremse durch Verölen, Klemmen oder ähnliches oder bei Stromausfall.

Aus dem Bereich der Fördertechnik sind bei Hebezeugen sogenannte mechanische Gesperre bekannt (siehe Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 14. Aufl., Seite 1110), die als Absenksperre arbeiten. Diese mechanisch arbeiten­ den Sperren besitzen ein auf dem Antriebsteil aufgesetztes Sperr-Rad mit einer Außenverzahnung, in deren Zahnlücke eine Sperrklinke so einfällt, daß eine weitere Drehung des Antriebsteils nur durch Herausschwenken der Sperr­ klinke aus der Einraststellung möglich ist. Diese bekannten Sperrklinken können jedoch im Zusammenhang mit einem Ausfall des Antriebs oder in einem der vorgenannten Fälle nicht die gewünschte automatisch einsetzende Wirkung erbringen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Absenksperre für den Schlitten einer Werkzeugmaschine zu schaffen, die bei Ausfall des Antriebes, des Antriebs­ riemens oder der Versorgungsenergie automatisch wirksam wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ko­ axial zum zweiten Riemenrad ein mit diesem fest verbundenes außenverzahntes Sperr-Rad angeordnet ist, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Riemenrad im Wirkungsbereich des Last- bzw. Leertrums eine federbelastete Sperrklinkenvor­ richtung vorgesehen ist mit einem Sperrhebel, der beim Ausfall des Riemens oder der Lageregelung des Antriebes federkraftunterstützt in die Außenverzahnung des Sperr- Rades einfällt, mit einer Rollenträgeranordnung, die mit dem Sperrhebel eine gemeinsame Lagerstelle aufweist und deren mindestens eine Rolle mit dem Riemen in Wirk­ verbindung steht, und mit einer am Sperrhebel oder der Rollentägeranordnung fest angeordneten Kurzhub- Stellanordnung, deren Kraftwirkung so gerichtet ist, daß bei ihrer Aktivierung einerseits die Rolle des Rollen­ trägers gegen den Riemen gedrückt und andererseits der sich über diese Rolle abstützende Sperrhebel entgegen der Federkraft einer Feder nach außen aus der Arretierungs­ stellung mit dem Sperr-Rad herausgedrückt wird.

Die erfindungsgemäße Absenksperre ist bei allen Schlitten- Anordnungen von Werkzeugmaschinen einsetzbar, bei denen die Gefahr eines Absackens auf Grund der Schwerkraft be­ steht. Sie wirkt bei jeder Störung der Antriebseinrich­ tung, sowohl bei Ausfall des Antriebsmotors als auch ins­ besondere bei Störungen im Bereich des Riementriebes oder der Versorgungsspannung. Sie ist unabhängig von der Bauform und der Bearbeitungsart der Werkzeugmaschine einsetzbar, wobei selbstverständlich vertikal bewegte Schlitten besonders für den Einbau geeignet sind.

Das Prinzip der Erfindung besteht darin, die aus dem Bereich der Hebezeuge bekannten mechanischen Gesperre auf die Antriebseinrichtung von Werkzeugmaschinen-Schlitten zu übertragen, mit den Antriebselementen zu verknüpfen und bei jedem möglichen auftretenden Fehler einen optimalen Schutz gegen ein Absacken des Schlittens zu gewähren.

Das Abtriebsriemenrad des Riementriebes besitzt einen Aufsatz in Form eines von den Hebezeugen bekannten außen­ verzahnten Sperr-Rades, in dem der Sperrhebel einrastet und somit das Abtriebsriemenrad und damit die Spindel blockiert.

Die Sperrklinken-Vorrichtung ist im Bereich des Last- bzw. Leertrums des Riementriebes angeordnet. Sie besteht aus dem bereits erwähnten Sperrhebel, einer Rollenträger­ anordnung mit mindestens einer Rolle, die gegen den Riemen drückt und einer insbesondere am Sperrhebel angeordneten, mit diesem fest verbundenen Kurzhub- Stellanordnung.

Die einzelnen Elemente der federbelasteten Sperrklinken- Vorrichtung wirken wie folgt zusammen:

Sperrhebel und Rollenträger besitzen eine gemeinsame Lagerung und sind um diese Lagerung schwenkbar. Gehalten wird der Sperrhebel im Abstand zum Drehpunkt durch eine senkrecht dazu angebrachte Feder, deren Federkraft so gerichtet ist, daß sie den Sperrhebel in die Einrast­ stellung im Sperr-Rad hineinzudrücken versucht. Zum Bei­ spiel an der Längsseite des Sperrhebels ist eine Kurzhub­ stellanordnung angeordnet, deren Stellglied als Auflage für den Rollenträger dient. Dieser wiederum besitzt an seinem dem Drehpunkt entgegengesetzten Ende eine Rolle, die gegen den Riemen der Schlitten-Antriebsanordnung drückt. Wird die Stellanordnung aktiviert, so drückt sie gegen den daran anliegenden Rollenträger, der dadurch eine Schwenkbewegung ausführt, die durch das Anpressen der Rolle gegen den Riemen begrenzt wird. Dies hat wiederum zur Folge, daß der Sperrhebel entgegen der Federkraft aus der Arretierung mit dem Sperr-Rad herausgedrückt wird.

Bei Aktivierung der Stellanordnung ist also der Sperr­ hebel aus seiner Arretierung mit dem Sperr-Rad heraus­ geschwenkt. Dies ist der Normalfall bei fehlerfreiem Betrieb.

Fällt die Aktivierung der Stellanordnung aus irgend­ welchen Gründen aus, wie beispielsweise bei einer Störung des Antriebes, so fällt die Scherkraftwirkung zwischen Rollenträger-Anordnung und Sperrhebel weg, und der Sperr­ hebel wird durch die Federkraft in Richtung des Sperr- Rades geschwenkt und rastet in dessen Außenverzahnung ein. Die Drehspindel ist somit blockiert.

Bei einem Ausfall des Treibriemens wird ebenfalls die Scherwirkung zwischen Rollenträger und Sperrklinke auf­ gehoben. Auch bei aktiviertem Kurzhubzylinder fehlt in diesem Falle die Abstützung der Rolle gegen den Riemen, wodurch der Sperrhebel durch die Federkraft in die Verzahnung des Sperr-Rades hineingedrückt und damit die Spindel ebenfalls blockiert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Absenksperre möglich.

Die erfindungsgemäße Absenksperre ist vorteilhaft als zusätzliche Sicherheitseinrichtung für eine Antriebsein­ heit mit einer Sicherheitskupplung in Form einer feder­ betätigten Motorbremse einsetzbar. Eine solche Motor­ bremse, die meist Bestandteil des Antriebsmotors ist, wird aktiviert, wenn beim Ausschalten oder beim Stromausfall des Motors die Lageregelung des Schlittens ausfällt. Dessen Achse wird dadurch gesperrt. Überlastkupplungen sind Ein­ richtungen, die bei überschreiten eines bestimmten Dreh­ momentes die Antriebsverbindung zwischen Motor und Schlitten auskuppeln.

Die Umsetzung der Drehbewegung der Spindel in eine trans­ latorische Schlittenbewegung geschieht vorteilhaft durch die Ausführung der Drehspindel als Kugelumlaufspindel.

Als Antriebsmotor für den Schlittenantrieb haben sich AC- Motoren in der Ausführung als Servomotoren bewährt. Solche Antriebsmotoren besitzen üblicherweise einen Motordreh­ geber. Versagt beispielsweise die Motorbremse, so erkennt der Motordrehgeber eine Bewegung, die nicht stattfinden soll.

In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, den Motordreh­ geber mit der Aktivierung der Kurzhub-Stellanordnung zu koppeln. Im Normalbetrieb ist, wie schon oben erwähnt, die Stellanordnung aktiviert. Bei einer unzulässigen Dreh­ bewegung des Motors muß lediglich schaltungstechnisch dafür gesorgt werden, daß die Stellanordnung deaktiviert und damit die Absenksperre aktiviert wird.

Der Stellzylinder kann entweder als pneumatischer Kurz­ hubzylinder oder als elektrisches Stellglied ausgebildet sein. Die pneumatische Aktivierung hat den Vorteil, daß durch die Absenksperre gleichzeitig die bei fast jeder Werkzeugmaschine vorhandene Pneumatik miteinbezogen wird, die Sperre also auch bei Ausfall der Pneumatik aktiviert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht eine Antriebseinrichtung eines Schlittens einer Werkzeugmaschine mit Absenksperre entsprechend der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht der Absenksperre nach Fig. 1 im Normalzustand,

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht, jedoch im Fehlerfalle, bei Störung des Antriebes, und

Fig. 4 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht, jedoch bei Ausfall des Zahnriemens.

In Fig. 1 ist eine übliche Schlitten-Antriebsanordnung einer Werkzeugmaschine schematisch dargestellt, wobei lediglich diejenigen Bauelemente beschrieben werden, die zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung wesentlich sind.

Im vertikal verstellbaren Schlitten 1 ist ein Antriebsmotor 2 angeordnet, dessen Antriebswelle 3 direkt mit einem als Antriebszahnrad ausgebildeten Zahnrad 4 verbunden ist. Das Antriebsmoment des Antriebsmotors 2 wird über einen Zahnriemen 5, in dessen Last- bzw. Leertrum 6 die Absenksperre 7 vorgesehen ist, auf ein als Abtriebszahnrad ausgebildetes Zahnrad 8 übertragen, das direkt mit einer Drehspindel 9 verbunden ist. Diese Drehspindel 9 ist als Kugelrollspindel ausgeführt, das heißt, ein maschinen­ festes Kugellager 10 wirkt mit nicht dargestellten Spindelrillen der Drehspindel 9 zusammen, so daß diese bei einer Drehung nach oben oder nach unten bewegt wird. Der vertikal geführte Schlitten 1 stützt sich dabei über ein Drehlager 23 an einem Absatz der Drehspindel 9 ab. Der Schlitten 1 ist in Fig. 1 als vertikal verfahrbarer Werkzeugträger mit einer nicht dargestellten Werkzeug- Spanneinrichtung ausgeführt.

Fig. 2 bis 4 zeigen in einer Draufsicht aus Richtung A die Wirkungsweise der Absenksperre 7, wobei Fig. 2 den Normal- oder fehlerfreien Zustand der Anordnung im Betrieb dar­ stellt. Fig. 3 zeigt einen Fehlerfall im Antriebssystem mit eingerasteter Absenksperre 7 und Fig. 4 einen Fehler­ fall beim Fehlen des Zahnriemens 5, z. B. infolge eines Bruches oder Abstreifens desselben.

Auf dem Zahnrad 8 auf der Spindelseite 9 ist ko­ axial dazu ein Sperr-Rad 12 an- oder aufgeflanscht mit einer Außenverzahnung 13, die so gestaltet ist, daß ein Sperrhebel 14 in diese Verzahnung eingreifen und somit die gesamte Zahnradanordnung 12, 8 blockieren kann.

Der Sperrhebel 14 ist im wesentlichen parallel im Bereich des Last-/Leertrums 6 des Zahnriemens 5 angeordnet. An einer Längskante 15 des Sperrhebels 14 ist eine Kurz­ hub-Zylinderanordnung 16 an einer vertikal abstehenden Lasche 11 des Sperrhebels fixiert, deren Stellglied 17 aktiviert ist und gegen einen hebelartigen Rollenträger 18 drückt, der ebenso wie der Sperrhebel 14 nahezu parallel zum Last-/Leertrumbereich des Zahnriemens 5 liegt.

Der Sperrhebel 14 ist an seinem der Einraststelle gegenüberliegenden Endbereich zusammen mit dem Rollen­ träger 18 an einem Zapfen 20 schwenkbar gelagert. In einem Abstand vom Zapfen greift eine Feder 21 am Sperrhebel 14 an. Der Rollenträger 18 besitzt an seinem dem Zapfen 20 gegenüberliegenden Ende eine Rolle 22, die mit dem Zahnriemen 5 in Wirkverbindung steht und auf diesem abrollt.

Im Normalfall, das heißt im fehlerfreien Betrieb, ist das Stellglied 17 der Kurzhub-Zylinderanordnung 16 aktiviert und drückt, wie in Fig. 2 dargestellt, gegen den Rollenträger 18 und damit die Rolle 22 des Rollenträgers 18 gegen den Zahnriemen 5. Dadurch wird der Sperrhebel 14 entgegen der Federkraft der Feder 21 nach außen bewegt und damit aus der Arretierung mit dem Sperr-Rad 12 herausgedrückt. Die Spindel 9 ist also entsprechend der Lageregelung des Antriebes frei beweglich.

Fig. 3 zeigt einen Fehlerfall im Antriebssystem des Schlittens, z. B. wenn der Motorgeber des Antriebs­ motors 2 eine unzulässige Bewegung der Antriebswelle 3 re­ gistriert. Die Kurzhub-Zylinderanordnung 16 ist schal­ tungstechnisch mit dem Motor 2 verbunden, und zwar so, daß bei der genannten unzulässigen Bewegung der Antriebswelle 3 die Kurzhub-Zylinderanordnung 16 deaktiviert wird. Eine solche Deaktivierung tritt automatisch auch dann ein, wenn die pneumatische Versorgung ausfällt oder bei Stromaus­ fall, der wiederum die pneumatische Versorgung unter­ bricht oder ausschaltet.

Dies hat zur Folge, daß der Rollenträger 18 der Absenk­ sperre 7 im Uhrzeigersinn um den Zapfen 20 schwenkt, die Rolle 22 keinen Druck mehr gegen den Zahnriemen 5 ausübt und damit der Sperrhebel durch die Federkraft ent­ gegen dem Uhrzeigersinn in eine Einraststelle des Sperr- Rades 12 einrastet. Damit ist die Spindel 9 blockiert.

Fig. 4 zeigt den Wirkmechanismus der Absenksperre 7 bei Fehlen des Zahnriemens 5, das heißt, wenn dieser gerissen, beschädigt oder abgesprungen ist. Durch das Fehlen des Zahnriemens 5 wirkt auf die Rolle 22 des Rollenträgers 18 keine Gegenkraft.

Auch bei aktivierter Kurzhub-Zylinderanordnung 16, das heißt, wenn auf der Antriebsseite keine Fehlermeldung vor­ liegt, entsteht keine Scherwirkung zwischen Sperrhebel 14 und dem Rollenträger 18. Durch die Feder 21 wird der Sperrhebel 14 in die Verzahnung 13 des Sperr-Rades 12 hin­ eingedrückt. Die Drehspindel 9 ist ebenfalls blockiert.

Anstelle eines Zahnriemens 5 kann selbstverständlich auch ein anderer Antriebsriemen oder Antriebsstrang treten, beispielsweise ein Keilriemen, eine Antriebskette, ein Antriebsband od. dgl.

Anstelle einer pneumatischen Kurzhub-Zylinderanordnung 16 kann auch ein anderes Stellglied treten, beispielsweise ein elektrisches oder hydraulisches Stellglied.

Da es für die erfindungsgemäße Wirkung lediglich erforder­ lich ist, den Rollenträger 18 und den Sperrhebel 14 im Normalbetrieb auseinanderzuspreizen, kann prinzipiell das Stellglied auch am Rollenträger 18 angeordnet sein.

Claims (10)

1. Absenksperre für einen vorzugsweise vertikalen Schlitten einer Werkzeugmaschine

• 1. mit einer Schlitten-Antriebseinrichtung bestehend aus einem Antriebsmotor zur Lageregelung des Schlittens, einer Spindel zur translatorischen Verstellung des Schlittens und einem Riementrieb zur Übertragung des Drehmoments vom Antriebsmotor auf die Spindel über einen Riemen, der auf der Motorseite auf einem ersten Riemen­ rad und auf der Spindelseite auf einem zweiten Riemenrad abläuft,

dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum zweiten Riemenrad (8) ein mit diesem fest verbundenes, außenverzahntes Sperr-Rad (12) angeordnet ist, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Riemenrad im Wirkungsbereich des Last- bzw. Leertrums (6) eine federbelastete Sperrklinkenvorrichtung (7) vorgesehen ist mit einem Sperrhebel (14), der beim Ausfall des Riemens oder der Lageregelung des Antriebes federkraftunterstützt in die Außenverzahnung (13) des Sperr-Rades (12) einfällt, mit einer Rollenträgeranordnung (18), die mit dem Sperrhebel (14) eine gemeinsame Lagerstelle (20) aufweist und deren mindestens eine Rolle (22) mit dem Riemen (5) in Wirk­ verbindung steht, und mit einer am Sperrhebel (14) oder der Rollenträgeranordnung (18) fest angeordneten Kurzhub- Stellanordnung (16), deren Kraftwirkung so gerichtet ist, daß bei ihrer Aktivierung einerseits die Rolle (22) des Rollenträgers (18) gegen den Riemen (5) gedrückt und andererseits der sich über diese Rolle (22) abstützende Sperrhebel (14) entgegen der Federkraft einer Feder (21) nach außen aus der Arretierungsstellung (19) mit dem Sperr-Rad (12) herausgedrückt wird.

2. Absenksperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Antriebseinrichtung zusätzliche eine Sicherheitskupplung in Form einer federbetätigten Motorbremse besitzt.

3. Absenksperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spindel (9) als Kugelumlaufspindel ausgebildet ist.

4. Absenksperre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmotor (2) ein AC-Motor, speziell ein Servomotor verwendet wird.

5. Absenksperre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (2) einen Motordrehgeber besitzt, der mit der Kurzhub-Stellanordnung (16) in einem solchen Wirkzusammenhang steht, daß bei einer unzulässigen Drehbewegung des Motors (2) die Kurzhub-Stellanordnung (16) deaktiviert wird.

6. Absenksperre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzhub-Stell­ anordnung (16) als pneumatisch betätigter Kurzhubzylinder ausgebildet ist.

7. Absenksperre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aktivierung und Deaktivierung der Kurzhub-Stellanordnung elektrisch erfolgt.

8. Absenksperre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Deaktivierung der Kurzhub-Stellanordnung (16) der Sperrhebel (14) in die Außenverzahnung (13) des Sperr-Rades (12) einfällt.

9. Absenksperre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrhebel (14) bei Verlust des Riemens (5) durch Bruch oder Verlassen der beiden Riemenräder in die Außenverzahnung (13) des Sperr-Rades (12) einfällt.

10. Absenksperre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemen (5) als Zahnriemen und die Riemenräder (4, 8) als Zahnräder aus­ gebildet sind.