DE3629453C2 - - Google Patents
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- DE3629453C2 DE3629453C2 DE3629453A DE3629453A DE3629453C2 DE 3629453 C2 DE3629453 C2 DE 3629453C2 DE 3629453 A DE3629453 A DE 3629453A DE 3629453 A DE3629453 A DE 3629453A DE 3629453 C2 DE3629453 C2 DE 3629453C2
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- B23B31/02—Chucks
- B23B31/24—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Vorrichtung
zum Erzeugen einer Axialkraft für die Betätigung von Spannzeugen,
vorzugsweise von mit der Spindel einer Werkzeugmaschine
umlaufenden Spannfuttern, mit einem einen Stator und
einen Rotor aufweisenden Elektromotor, dessen Relativbewegung
zwischen Rotor und Stator über ein Stirnradgetriebe und einen
Spindeltrieb als Axialbewegung auf eine hohl ausgebildete
Zugstange übertragbar ist.
Vorrichtungen der voranstehend beschriebenen Art, insbesondere
zur Betätigung von mit der Spindel einer Werkzeugmaschine
umlaufenden Spannfuttern sind bekannt. Bei einer aus
der DE-OS 31 01 301 bekannten Vorrichtung, von der im Oberbegriff des Anspruches 1 ausgegangen ist, wird eine zentrale,
mit dem Zugrohr verbundene Spindel verwendet, die im Hinblick
auf die hohl ausgebildete Zugstange einen großen Durchmesser
und damit große Gewindeabmessungen erfordert, so daß sich
nicht nur schwere Konstruktionen ergeben, sondern wegen der
hieraus resultierenden hohen Reibkräfte auch ein besonders
großer Elektromotor verwendet werden muß. Außerdem ergibt
sich ein komplizierter Vorgang für die Bewegungserzeugung, da
die mit dem Rotor des Elektromotors planetenartig verbundenen
Zahnräder unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen, weil sie
einerseits in einem feststehenden Zahnkranz und andererseits
in einem drehbar gelagerten Doppelrad abrollen, das seinerseits
mit der als Spindelmutter wirkenden Verzahnung versehen
ist.
Ausgehend von einer derartigen Vorrichtung liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, sowohl den Raumbedarf als auch
das Gewicht zu verringern und gleichzeitig zwecks Herabsetzung
der Reibungsverluste die Konstruktion zu vereinfachen,
so daß die elektromechanische Vorrichtung auch bei
Drehmaschinen mit den heute üblichen hohen Drehzahlen und
Spannkräften eingesetzt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor mit einem zentralen
Ritzel verbunden ist, in das mindestens ein Zahnrad eingreift,
das auf einer exzentrisch zur Zugstange angeordneten,
axial unverschiebbar in einem Gehäuse gelagerten Spindel befestigt
ist, auf der eine Spindelmutter angeordnet ist, die
ihrerseits mit der axial beweglich im Gehäuse gelagerten Zugstange
verbunden ist.
Durch die Verwendung einer oder mehrerer, "planetenartig" die
Zugstange umgebender Gewindespindeln, die somit exzentrisch
zur Zugstange angeordnet sind, ergeben sich für jede Spindel
und zugehörige Spindelmutter erheblich kleinere Gewindedurchmesser,
so daß die in diesem Gewindetrieb auftretende
Reibung entscheidend herabgesetzt und ein leichterer Elektromotor
verwendet werden kann. Um dennoch Axialkräfte erzeugen
zu können, ist es lediglich erforderlich, die Anzahl
der verwendeten Spindeltriebe zu erhöhen. Wegen der exzentrischen
Lage der Spindel sowie der zugehörigen Spindelmutter
kann eine hohle Zugstange beibehalten werden, die vorzugsweise
für die Zufuhr von Werkstücken zum anzutreibenden
Spannzeug verwendet wird.
Aus der DE-OS 24 49 560 ist zwar ein Schubzylinder mit Einphasenmotor
bekannt gewesen, bei dem der Rotor des Elektromotors
ebenfalls mit einem zentralen Ritzel verbunden ist, in
das mindestens ein Zahnrad eingreift; dieses Zahnrad ist
jedoch nicht auf einer exzentrisch zur Zugstange angeordneten,
axial unverschiebbar in einem Gehäuse gelagerten
Spindel befestigt. Außerdem wird keine hohle Zugstange
verwendet und die Spindel ist nicht exzentrisch zur Zugstange
angeordnet. Die bekannte Konstruktion stellt somit ein
zentrales Getriebe dar, das demgemäß zur Übertragung großer
Drehmomente auch große Abmessungen erfordert, die, wie bei der
Konstruktion nach der DE-OS 31 01 301, eine hohe Reibung zur
Folge haben. Schließlich ist es bei der bekannten Konstruktion
ausgeschlossen, eine hohle Zugstange für die Werkstückzufuhr
zum Spannzeug vorzusehen.
Auch die DE-OS 28 19 021 zeigt ein einstufiges Zahnradvorgelege
mit einem Räderpaar, hat aber weder eine hohle
Zugstange, noch eine in axialer Richtung festgelegte Spindel.
Bei dieser vorbekannten Konstruktion wird eine axial feststehende
Spindelmutter verwendet, durch die die Spindel in
axialer Richtung verschoben wird. Dies ist bei der bekannten
Konstruktion nur deshalb möglich, weil diese nicht der Betätigung
eines Spannzeuges, d. h. zur Übertragung hoher
Drehmomente dient, sondern zur Erzeugung von Bewegungsvorgängen
mit geringen Kräften, beispielsweise zur Drosselklappenbetätigung
an Kraftfahrzeugmotoren. Die aus der DE-OS
28 19 021 bekannte Konstruktion betrifft somit eine andere
Gattung einer elektromechanischen Vorrichtung zum Erzeugen
einer Axialkraft, die weder zur Lösung der der Erfindung
zugrundeliegenden Aufgabenstellung herangezogen werden kann,
noch den erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag zeigt.
Das aus der DE-OS 34 16 938 bekannte elektromechanische
Stellglied verwendet wiederum keine hohle Zugstange, sondern
eine zentrale Spindel, die axial bewegt wird, und zwar mit
Hilfe eines Planetengetriebes. Von dieser bekannten Konstruktion
unterscheidet sich der erfindungsgemäße Vorschlag
wiederum dadurch, daß eine oder mehrere Spindeln exzentrisch
zur Zugstange angeordnet und axial unverschiebbar in einem
Gehäuse gelagert sind, wobei die auf der Spindel angeordnete
Spindelmutter ihrerseits mit der axial beweglich im Gehäuse
gelagerten Zugstange verbunden ist.
Schließlich zeigt die DE-OS 32 18 083 einen zentrischen
Spindeltrieb, bei dem sich wiederum die Spindel axial bewegt.
Auch bei dieser Spindel und der Spindelmutter und hieraus
resultierend eine hohe Reibung.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können zur Verringerung
der Reibungskräfte zwischen den Gewindeflanken von
Spindel und Spindelmutter Wälzkörper und zwischen der Motorwelle
und dem Lagergehäuse eine schaltbare Sperre angeordnet
werden, die die durch die Verwendung der Wälzkörper entfallende
Selbsthemmung im Bedarfsfall ersetzt. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform ist die Sperre entgegen der Kraft
mindestens einer Feder durch einen Elektromagneten ausrückbar.
Um eine Nachspannwirkung bei Erreichen der vorgegebenen
Spannstellung zu erzielen, kann die Spindel erfindungsgemäß
mit dem Zahnrad gegenüber dem Lagergehäuse bzw. dem Ritzel um
einen vorgegebenen Federweg eines zwischen Spindel und Lagergehäuse
angeordneten Federspeichers verschiebbar sein. Dieser
Federspeicher wird entsprechend der aufgebrachten Spannkraft
und Spannrichtung belastet und hat eine entsprechende
geringfügige Verschiebung der Spindel zur Folge.
In Weiterbildung des Hauptgedankens wird mit der Erfindung
weiterhin vorgeschlagen, die Axialverlagerung der Spindel zur
Ermittlung der gespeicherten Kraft durch einen Sensor zu erfassen,
so daß die jeweils erzeugte Axialkraft nicht nur
überwacht, sondern im Rahmen des Programms der Werkzeugmaschine
auch gezielt angesteuert werden kann.
Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Betätigung von mit der Spindel einer Werkzeugmaschine umlaufenden
Spannfuttern kann der Stator des Elektromotors entweder
stillstehen oder mit dem Gehäuse umlaufen. Im letztgenannten
Fall wird mit der Erfindung schließlich vorgeschlagen,
den Stator des Elektromotors in einem mit dem
Lagergehäuse der Spindel verbundenen, mit diesem umlaufenden
Gehäuse anzuordnen, dem die elektrische Energie für den
Stator über eine Schleifringanordnung zugeführt wird.
Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,
Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II
in Fig. 1 und
Fig. 3 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt durch
eine zweite Ausführungsform.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten beiden Ausführungs
beispiele dienen zur Erzeugung einer Axialkraft für die Be
tätigung eines mit der Spindel einer Werkzeugmaschine um
laufenden Spannfutters, das mit einer zentralen Bohrung für
die zuzuführenden Werkstücke versehen ist. Das Antriebsglied
dieses auf der Zeichnung nicht dargestellten Spannfutters
wird mit einer hohl ausgebildeten Zugstange 1 verbunden, die
axial beweglich in einem Gehäuse 2 gelagert ist. Dieses Ge
häuse 2 ist durch einen Gehäusedeckel 2 a verschlossen, der
mittels mehrerer Schrauben 3 befestigt wird und somit zum Ge
häuse 2 gehört.
Die Axialbewegung der Zugstange 1 gegenüber dem Gehäuse 2
wird durch einen Elektromotor 4 erzeugt, dessen in einem
Motorgehäuse 4 a angeordneter Stator 4 b auch bei umlaufender
Spindel und damit Zugstange 1 feststeht. Zu diesem Zweck ist
das Motorgehäuse 4 a ebenso wie ein zugehöriger Motordeckel 4 c
über Kugellager 5 auf der Motorwelle 4 d gelagert, die den
Rotor 4 e des Elektromotors 4 trägt. Die Anschlußleitungen 6
für den Stator 4 b sind aus dem feststehenden Motorgehäuse 4 a
herausgeführt, wie dies die Fig. 1 zeigt.
Die den Rotor 4 e des Elektromotors 4 tragende Motorwelle 4 d
ist an ihrem abtriebsseitigen Ende zu einem Ritzel 7 ausge
bildet, in das bei den beiden Ausführungsbeispielen ein Zahn
rad 8 eingreift. Für den Fall, daß höhere Spannkräfte über
tragen werden sollen, können mehrere derartige Zahnräder 8
möglichst gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet
werden.
Das Zahnrad 8 ist auf einer im wesentlichen axial unver
schiebbar im Gehäuse 2 bzw. Gehäusedeckel 2 a gelagerten
Spindel 9 befestigt. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist
diese Spindel 9 an ihren Enden jeweils über ein radiales
Nadellager und ein axiales Kugellager in einem Lagergehäuse
10 gelagert. Jedes Lagergehäuse 10 ist entsprechend dem
Federweg eines Federspeichers 11 geringfügig gegenüber dem
Gehäuse 2 bzw. Gehäusedeckel 2 a verschiebbar. Die ent
sprechend begrenzte Relativbewegung zwischen dem Zahnrad 8
und dem Ritzel 7 wird durch eine geeignete Ausbildung der
Verzahnungen möglich. Bei beiden Ausführungsbeispielen be
stehen die Federspeicher 11 jeweils aus drei Tellerfedern.
Auf der Spindel 9 ist eine Spindelmutter 12 angeordnet, wobei
zwischen den Gewindeflanken von Spindel 9 und Spindelmutter
12 beim ersten Ausführungsbeispiel Wälzkörper 13 angeordnet
sind. Diese beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als Kugeln
ausgebildeten Wälzkörper 13 machen das Spindelgewinde zu
einem nicht selbsthemmenden Wälzgewinde, so daß bei dieser
Ausführungsform eine schaltbare Sperre vorgesehen werden muß.
Die Spindelmutter 12 ist - beim Ausführungsbeispiel durch
einstückige Ausbildung - mit der Zugstange 1 verbunden, so
daß die vom Elektromotor 4 erzeugte Axialbewegung der
Spindelmutter 12 zugleich eine Axialbewegung der Zugstange 1
zur Folge hat.
Die schaltbare Sperre besteht beim dargestellten Ausführungs
beispiel aus einer Druckplatte 14, die unverdrehbar, jedoch
begrenzt in axialer Richtung verschiebbar auf einer Lager
platte 15 angeordnet ist, die ihrerseits unverdrehbar mit dem
Gehäuse 2 verbunden ist. Die Druckplatte 14 ist mit einer
Stirnverzahnung 14 a versehen, die in eine entsprechende
Stirnverzahnung 4 f an der Motorwelle 4 d des Elektromotors 4
eingreift. Dieser Zahneingriff wird im Normalfall durch
Druckfedern 16 erzeugt, die zwischen der Lagerplatte 15 und
der Druckplatte 14, über den Umfang verteilt, angeordnet
sind. Durch den Zahneingriff zwischen den Stirnverzahnungen
4 f der Motorwelle 4 d und der Stirnverzahnung 14 a der auf der
Lagerplatte 15 unverdrehbar gehaltenen Druckplatte 14 wird
sichergestellt, daß keine unbeabsichtigte Verdrehung der
Motorwelle 4 d gegenüber dem Gehäuse 2 erfolgt, auch wenn
durch die Wälzkörper 13 der Spindelantrieb keine Selbsthem
mung hat.
Sobald eine gezielte Verstellung erfolgen soll, wird die
Druckplatte 14 entgegen der Kraft der Druckfedern 16 durch
eine Magnetspule 17 in Fig. 1 so weit nach links verschoben,
daß die Stirnverzahnungen 4 f und 14 a außer Eingriff gelangen.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies durch eine
abstoßende Wirkung der Magnetspule 17 erreicht, die im Motor
deckel 4 c angeordnet ist.
Nach dem Betätigen der voranstehend beschriebenen schaltbaren
Sperre wird zur Axialverstellung der Zugstange 1 der Elektro
motor 4 eingeschaltet. Hierdurch führt der Rotor 4 e gegenüber
dem Stator 4 b eine Drehbewegung aus, die ein Verdrehen des
Zahnrades 8 gegenüber dem Gehäuse 2 zur Folge hat. Sollte
hierbei die auf der Zeichnung nicht dargestellte Spindel mit
der Zugstange 1 und mit dieser das Gehäuse 2 umlaufen, muß
die zur Verstellung der Zugstange 1 herangezogene relative
Drehbewegung des Rotors 4 e gegenüber dem Stator 4 b zu der
Drehbewegung hinzukommen, die der Rotor 4 e aufgrund der
Spindeldrehung bereits gegenüber dem stillstehenden Stator 4 b
ausführt.
Die Differenzdrehzahl, die ein Drehen der Spindel 9 bewirkt,
verursacht über die Wälzkörper 13 eine Axialverlagerung der
Spindelmutter 12 gegenüber der Spindel 9. Die in einem mit
der Zugstange 1 verbundenen Lagerflansch 1 a angeordnete
Spindelmutter 12 bewirkt auf diese Weise ein axiales Ver
schieben der Zugstange 1.
Aufgrund der von der Zugstange 1 auf ein nicht dargestelltes
Spannfutter ausgeübten Spannkraft wird je nach Spannrichtung
einer der beiden Federspeicher 11 belastet. Entsprechend
dessen Federkennlinie erfolgt eine geringfügige Axialver
schiebung des Lagergehäuses 10 gegenüber dem Gehäuse 2 bzw.
dem Gehäusedeckel 2 a, wobei die im Federspeicher 11 ge
speicherte Kraft eine entsprechende Nachspannwirkung für das
Spannfutter erzeugt. Die Axialverlagerung der Spindel 9
gegenüber dem Gehäuse 2 kann zur Ermittlung der in einem der
Federspeicher 11 gespeicherten Kraft mittels eines geeigneten
Sensors erfaßt werden.
Das zweite, in Fig. 3 anhand eines Längsschnittes dargestellte
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dadurch von der voran
stehend beschriebenen Ausführung, daß auch der Stator 4 b des
Elektromotors 4 bei umlaufender Spindel, d.h. umlaufender
Zugstange 1 mit umläuft. Aus diesem Grunde ist der Stator 4 b
nicht in einem separaten Motorgehäuse 4 a, sondern in einer
entsprechenden Gehäuseverlängerung 2 b des Gehäuses 2 ange
ordnet, die durch den Motordeckel 4 c stirnseitig verschlossen
wird. Um die durch die Anschlußleitung 6 dem Elektromotor 4
zuzuführende Energie dem umlaufenden Stator 4 b zuführen zu
können, ist ein mit Schleifringen 18 a versehener Schleifring
träger 18 vorgesehen, der mittels eines Kugellagers 19 auf
der Motorwelle 4 d gelagert ist und bei einem Umlauf der Vor
richtung feststeht. Über federbelastete Schleifringschuhe 20,
die im Motordeckel 4 c angeordnet sind, wird die Energie von
den Schleifringen 18 a abgenommen und dem Stator 4 b zugeführt.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist das Gewinde zwischen
Spindel 9 und Spindelmutter 12 als selbsthemmendes Gleitge
winde ausgeführt, so daß in diesem Fall auf die Anordnung
einer schaltbaren Sperre verzichtet werden kann.
Bezugsziffernliste:
1 Zugstange
1 a Lagerflansch
2 Gehäuse
2 a Gehäusedeckel
2 b Gehäuseverlängerung
3 Schraube
4 Elektromotor
4 a Motorgehäuse
4 b Stator
4 c Motordeckel
4 d Motorwelle
4 e Rotor
4 f Stirnverzahnung
5 Kugellager
6 Anschlußleitung
7 Ritzel
8 Zahnrad
9 Spindel
10 Lagergehäuse
11 Federspeicher
12 Spindelmutter
13 Wälzkörper
14 Druckplatte
14 a Stirnverzahnung
15 Lagerplatte
16 Druckfeder
17 Magnetspule
18 Schleifringträger
18 a Schleifring
19 Kugellager
20 Schleifringschuh
1 a Lagerflansch
2 Gehäuse
2 a Gehäusedeckel
2 b Gehäuseverlängerung
3 Schraube
4 Elektromotor
4 a Motorgehäuse
4 b Stator
4 c Motordeckel
4 d Motorwelle
4 e Rotor
4 f Stirnverzahnung
5 Kugellager
6 Anschlußleitung
7 Ritzel
8 Zahnrad
9 Spindel
10 Lagergehäuse
11 Federspeicher
12 Spindelmutter
13 Wälzkörper
14 Druckplatte
14 a Stirnverzahnung
15 Lagerplatte
16 Druckfeder
17 Magnetspule
18 Schleifringträger
18 a Schleifring
19 Kugellager
20 Schleifringschuh
Claims (6)
1. Elektromechanische Vorrichtung zum Erzeugen einer Axialkraft
für die Betätigung von Spannzeugen, vorzugsweise von
mit der Spindel einer Werkzeugmaschine umlaufenden
Spannfuttern, mit einem einen Stator (4 b) und einen Rotor
(4 e) aufweisenden Elektromotor (4), dessen Relativbewegung
zwischen Rotor (4 e) und Stator (4 b) über ein
Stirnradgetriebe und einen Spindeltrieb als Axialbewegung
auf eine hohl ausgebildete Zugstange (1) übertragbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor (4 e) mit einem zentralen Ritzel (7) verbunden
ist, in das mindestens ein Zahnrad (8) eingreift,
das auf einer exzentrisch zur Zugstange (1) angeordneten,
axial unverschiebbar in einem Gehäuse (2) gelagerten
Spindel (9) befestigt ist, auf der eine Spindelmutter (12)
angeordnet ist, die ihrerseits mit der axial beweglich im
Gehäuse (2) gelagerten Zugstange (1) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den Gewindeflanken von Spindel (9) und Spindelmutter
(12) Wälzkörper (13) angeordnet sind und daß zwischen
der Motorwelle (4 d) und dem Lagergehäuse (2) eine
schaltbare Sperre (14, 14 a, 4 f) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sperre (14, 14 a, 4 f) entgegen der Kraft mindestens einer Feder (16)
durch einen Elektromagneten (17) ausrückbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spindel (9) mit dem Zahnrad (8)
gegenüber dem Lagergehäuse (2) bzw. dem Ritzel (7) um
einen vorgegebenen Federweg eines zwischen Spindel (9) und
Lagergehäuse (2) angeordneten Federspeichers (11) verschiebbar
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Axialverlagerung der Spindel (9) zur Ermittlung der
gespeicherten Kraft durch einen Sensor erfaßt wird.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (4 b) des Elektromotors
(4) in einem mit dem Lagergehäuse (2) der Spindel
(9) verbundenen, mit diesem umlaufenden Gehäuse (2 b) angeordnet
ist, dem die elektrische Energie für den Stator
(4 b) über eine Schleifringanordnung zugeführt wird.
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863629453 DE3629453A1 (de) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | Elektromechanische vorrichtung zum erzeugen einer axialkraft fuer die betaetigung von spannzeugen |
Publications (2)
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DE3629453A1 DE3629453A1 (de) | 1988-03-10 |
DE3629453C2 true DE3629453C2 (de) | 1990-01-25 |
Family
ID=6308488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863629453 Granted DE3629453A1 (de) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | Elektromechanische vorrichtung zum erzeugen einer axialkraft fuer die betaetigung von spannzeugen |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4748357A (de) |
JP (1) | JPS6362603A (de) |
DE (1) | DE3629453A1 (de) |
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