Bohler, Erwin (Hauptstrasse 75, Bettwiesen, CH-9553, CH)
| 1. | Betätigungsvorrichtung für mindestens einen, in einem rotierenden Maschinenteil befindlichen und durch Fluiddruck betätigbaren Mechanismus, mit einem auf dem Maschinenteil gelagerten, nichtrotierenden Steu erring, welcher mindestens eine GeberLeitung für die Zu fuhr von Betätigungsfluid zu mindestens einer zugeordne ten, zum Mechanismus führenden NehmerLeitung im rotie renden Maschinenteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aussenliegende Lagerfläche des Steu erringes mittels eines Trägerfluids auf mindestens einer innenliegenden Lagerfläche des Maschinenteils fluidgela gert ist, und dass der zwischen Geberund NehmerLeitung fliessende Strom von Betätigungsfluid einen durch das Trägerfluid aufrechterhaltenen Ringspalt zwischen Maschi nenteil und Steuerring durchquert. |
| 2. | Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerring mindestens eine Speiseleitung für die Zufuhr von Trägerfluid zum Fluidlager aufweist, die in mindestens zwei Reihen von peripher auf der aussenliegenden Lagerfläche angeordneten Mündungen endet. |
| 3. | Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitung in minde stens zwei peripheren Reihen von Mündungen endet, wobei die Richtungsvektore der Mündungen beider Reihen in ach sialer Richtung des Fluidlagers unterschiedliche Kompo nenten aufweisen. |
| 4. | Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitung in einem Paar von Reihen mit einwärts gerichteten Mündungen und in in einem Paar von Reihen mit in achsial entgegengesetzten Richtungen orientierten Mündungen endet. |
| 5. | Betätigungsvorrichtung nach einem der vor angehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass minde stens eine GeberLeitung mehrere, um die Achse des Fluid lagers um einen bestimmten Winkel gegeneinander versetzte GeberÖffnungen aufweist. |
| 6. | Betätigungsvorrichtung nach einem der vor angehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerring mehrere GeberLeitungen für das Betätigungs fluid aufweist, wobei die GeberÖffnungen der verschiede nen Leitungen in achsialer Richtung des Fluidlagers ge geneinander versetzt sind. |
| 7. | Betätigungsvorrichtung nach einem der vor angehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerring mindestens zwei GeberLeitungen aufweist, von denen die erste zwei um 180° versetzte Paare von in ach sialer Richtung des Fluidlagers gegenseitig verschobenen GeberÖffnungen besitzt, während die zweite zwei eben falls um 180° versetzte GeberÖffnungen aufweist, die in achsialer Richtung des Fluidlagers zwischen den gegensei tig verschobenen GeberÖffnungen der ersten GeberLeitung liegen und gegenüber diesen um einen bestimmten Winkel versetzt sind. |
| 8. | Betätigungsvorrichtung nach einem der An sprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine GeberLeitung in mindestens einer GeberÖffnung en det, die in achsialer Richtung des Fluidlagers zwischen zwei peripher angeordneten Mündungsreihen liegt. |
| 9. | Betätigungsvorrichtung nach einem der vor angehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Maschinenteil mindestens eine NehmerLeitung aufweist, um den Druck des Betätigungsfluides auf einen zu betätigenden Mechanismus zu übertragen, wobei die Neh merLeitung eine Reihe von peripher angeordneten Nehmer öffnungen aufweist, von denen in jeder Stellung des ro tierenden Maschinenteils mindestens eine mit einer Geber öffnung einer zugeordneten GeberLeitung fluchtet. |
| 10. | Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die NehmerÖffnungen einer NehmerLeitung in eine gleichmässige Kreisteilung ange ordnet sind, und dass mindestens eine GeberÖffnung der zugeordneten GeberLeitung einen länglichen Schlitz bil det, dessen Länge mindestens gleich dem Abstand zweier aufeinanderfolgender NehmerÖffnungen plus dem kleinsten Quermass einer NehmerÖffnung ist. |
| 11. | Betätigungsvorrichtung nach einem der An sprüche 810, dadurch gekennzeichnet, dass in achsialer Richtung des Fluidlagers gesehen, zwischen einer periphe ren Mündungsreihe und einer GeberÖffnung mindestens eine umlaufende Nut in der innenliegenden Lagerfläche ausge spart ist, die mit mindestens einer Mündung mindestens eines im Steuerring liegenden, nach aussen führenden Ent lüftungskanals fluchtet. |
| 12. | Betätigungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Maschinenteil mindestens zwei NehmerLeitungen mit eingangsseitig angeordneten Rückschlagventilen auf weist, wobei das Rückschlagventil jeder NehmerLeitung durch einen bestimmten Druck in einer anderen Nehmer Leitung zwangsweise geöffnet wird. |
| 13. | Betätigungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenteil ein Vorderendfutter, und der Mechanismus eine pneumatisch betätigte Vorrichtung zum Öffnen respek tive Schliessen des Futters ist. |
| 14. | Verfahren zur Betätigung eines in einem rotierenden Maschinenteil befindlichen und durch Fluid druck betätigbaren Mechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strom von Betätigungsfluid zwischen zwei Fluidlager, die einen nichtrotierenden Steuerteil vom rotierenden Maschinenteil trennen, vom einen Teil zum anderen übergeht. |
| 15. | Verfahren nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, dass der Übergang des Betätigungsfluids zwischen einer Anzahl radial am Steuerteil angebrachten Öffnungen von Zufuhrleitungen und einer Reihe von radial am Maschinenteil angebrachten Öffnungen von Empfangskanä len geschieht, die so angeordnet sind, dass bei jeder Re lativstellung beider Teile mindestens eine Öffnung jeder Zufuhrleitung mindestens teilweise mit mindestens einer Öffnung eines zugehörigen Empfangskanales fluchtet. |
| 16. | Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Über druck in den Fluidlagern bewirkte Ausströmen von Träger fluid aus den Lagern verwendet wird, um einer von aussen stammenden Verschmutzung der Lager sowie des Betätigungs fluids entgegenzuwirken. |
| 17. | Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 16, zum Schalten einer Werkstückhalte rung auf einer Werkzeugmaschine. |
Hintergrund Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Betätigung eines rotierenden, durch Fluid betätigbares Maschinenteils, beispielsweise eines soge- nannten Vorderendfutters einer Werkzeugmaschine. Es ist bekannt, das Öffnen und/oder Schliessen, im Folgenden ge- nerell als"Schalten"des Futters bezeichnet, pneumatisch oder hydraulisch zu bewirken, was insbesondere für die serienmässige Bearbeitung von Werkstücken vorteilhaft ist. Wegen der verlangten, immer höheren Verarbeitungsge- schwindigkeit ist es erstrebenswert, den Schaltvorgang nicht nur im Stillstand des Futters, sondern auch noch nach Anlaufen desselben, respektive vor dessen vollstän- digem Stillstand beeinflussen zu können.
Stand der Technik Die bekannten druckluftbetätigten Futter kön- nen jedoch nur im Stillstand geschaltet werden, weil die beim Übergang von der unbeweglichen Druckluft-Zuführlei- tungen zu den Leitungen im rotierenden Futter verwendeten Membrandichtungen nur im Stillstand einen Druckaufbau im futterseitigen Teil der Leitungen ohne grossem Druckver- lust gestatten. Denn, falls die Leitungen bei drehendem Futter unter Druck gesetzt werden, unterliegen die Dich- tungen unter der Druckbeaufschlagung einer unzulässigen
Reibung und einem entsprechenden Verschleiss. Zudem sind unerwünschte Verschmutzungen der Dichtpartie, und damit verbundene Dichtigkeitsverluste unvermeidlich. Es sind auch Anordnungen bekannt, bei denen ein um den Futterme- chanismus herum angeordneter Luftzuführring mittels Ku- gellager auf dem Futtermechanismus gelagert ist, wobei die Druckluftübertragung über einen zwischen Ring und Futtermechanismus befindlichen zylindrischen Luftspalt erfolgt. Diese Anordnung ist jedoch nur bei kleinen Durchmessern des Luftspaltes möglich, da sonst zu grosse Druckverluste auftreten, und demzufolge Kraftspannfutter nicht mehr geschaltet werden können. Auch ist die bei sperrigen Futtern notwendige Verwendung von Kugellagern mit grossen Durchmessern problematisch, unter anderem we- gen ihrer starken Erwärmung bei hohen Rotationsgeschwin- digkeiten. Ausserdem besteht bei den bekannten Lösungen auch im Normalbetrieb bei rotierendem Futter die Gefahr eines Druckverlustes wegen unvollständiger Dichtung zwi- schen dem stationären Ring und dem drehenden Futter. Da- her verlangt die Erhaltung des nötigen Druckes-etwa für das Schliessen der Zange-im futterseitigen Teil der Leitungen die Verwendung eines diese Leitungen abschlies- senden Rückschlagventiles. Die Sicherheit der Anlage, beispielsweise gegen ein ungewolltes Öffnen der Zange während der Verarbeitung eines Werkstückes, beruht dem- nach ausschliesslich auf dem einwandfreien Funktionieren des Rückschlagventiles, was Gefahren birgt. Schliesslich sind die verwendeten Membran-oder Manschetten-Dichtungen zwischen rotierendem und ortsfestem Teil der Leitungen anfällig gegen Verschmutzungen, was auf einer Werkzeugma- schine besonders nachteilig ist.
Darstellung der Erfindung Die Erfindung ist wie im Hauptanspruch be- schrieben definiert. Dies vermeidet die genannten Nach- teile und bringt ausserdem nennenswerte zusätzliche Vor-
teile, wie die Vermeidung von Reibung zwischen Futter und Ring. Somit entsteht an dieser Stelle weder Erwärmung noch Abnützung. Des weiteren kann der Luftspalt sehr eng und der Druckverlust entsprechend klein gehalten werden.
Durch die Enge des Luftspaltes und die darin herrschenden Strömungsverhältnisse ist das Eindringen von Verschmut- zungen praktisch ausgeschlossen, was die Verschleissfrei- heit noch erhöht, und sowohl für die Zuverlässigkeit wie für die Präzision der Maschine von Bedeutung ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert werden, deren sämtliche Figuren zur besseren Anschaulichkeit stark schematisiert sind. Sie sind insbe- sondere nicht massstabgetreu, da unter anderem die Lager- spalte der Klarheit wegen vergrössert dargestellt wurden.
Es zeigt : Fig. 1 einen nur der Übersicht dienenden, stark vereinfachten Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung ; Fig. 2 eine schematische Ansicht der Lei- tungsanordnung im Steuerring und Rotor in der Nähe des Fluidlagers. Der Einfachheit halber wurden mehrere achsi- ale Ebenen in eine einzige zusammengeklappt ; Fig. 3 eine teilweise schematische Ansicht eines Schnittes längs III-III Fig. 2 ; Fig. 4A eine schematisierte in Richtung des Pfeiles A radial nach innen gerichtete Ansicht am Ort des Schnittes IV-IV der Fig. 2 ; Fig. 4B und C schematisierte, in Richtung der Pfeile B und C radial nach aussen gerichtete Ansichten am Ort des Schnittes IV-IV der Figuren 2 und 5, an zwei um einen gewissen Winkel versetzten Stellen ; Fig. 5 ein Prinzipschema der Leitungen in Richtung des Pfeiles D der Fig. 2 gesehen.
Ausführungsbeispiel der Erfindung Die Fig. 1 veranschaulicht das Prinzip der Erfindung, indem sie einen stark schematisierten Schnitt durch eine mögliche Ausführungsform zeigt. Dabei sind die Schnitte beidseitig der Achse um einen gewissen Winkel versetzt. Es bezeichnet 1 das druckluftbetätigte Spann- futter einer (nicht dargestellten) Werkzeugmaschine. Auf dem Körper des Futters, und von diesem durch zwei Luftla- ger 3 getrennt, sitzt ein Steuerring 2, der mittels einer elastischen Halterung 4 so an einem festen Teil 5 der Werkzeugmaschine befestigt ist, dass er eine gewisse Be- wegungsfreiheit besitzt, ohne sich jedoch mit dem Futter 1 mitdrehen zu können. Für diese Befestigung kann auch eine metallische Aufhängung verwendet werden, welche das zur Vermeidung einer eventuellen mechanischen Überbe- stimmtheit notwendige Spiel zulässt. Die für den Betrieb des Luftlagers 3 notwendige Druckluft, im Folgenden als Tragluft bezeichnet, tritt in T in die Leitungen 6 ein, welche sie über den ganzen Umfang des Steuerringes 2 ver- teilen (wie durch die punktierten Linien in Fig. 5 veran- schaulicht). Diese Leitungen münden in einem ersten Satz von radial einwärts gerichteten Mündungen 8, welche in gleichmässiger Winkelteilung längs der Ränder der inneren Lagerfläche des Steuerringes 2 verteilt sind (siehe auch Fig. 4B und 4C), und in einem zweiten Satz von achsial in entgegengesetzten Richtungen gerichteten Mündungen 9, die in gleichmässiger Winkelteilung über die seitlichen La- gerflächen des Steuerringes 2 verteilt sind (siehe auch Fig. 3). Die durch den ersten Satz von Mündungen 8 strö- mende Luft erzeugt das als Lager wirkende, den Ring tra- gende Luftkissen, während die durch den zweiten, seitli- chen Satz 9 von Mündungen strömende Luft den achsialen Druck aufnehmende Luftkissen erzeugt.
Des weiteren sind im Steuerring 2 Steuerlei- tungen 11 und 12 für die Zufuhr von Steuerluft, welche
das Öffnen respektive das Schliessen des Futters 1 be- wirkt, vorgesehen. Die Pfeile R und S bezeichnen den Ein- tritt von Druckluft zum Öffnen, respektive zum Schliessen des Futters. Die Leitung 11 mündet in zwei um 180° ver- setzte, schlitzförmige Mündungen 13 in der Mitte der La- gerfläche des Steuerringes 2 (Fig. 4B und 5). In der Fig. 5 ist die Lage dieser Schlitze durch verdickte Stri- che angedeutet. Um die durch die Schlitze 13 strömende Steuerluft weiterzuleiten, weist die äussere Lagerfläche des Futterkörpers 1, wie in Fig. 4A dargestellt, in der Mitte einem Satz von gleichmässig über ihren Umfang ver- teilte Eingänge 15 zu Steuerkanälen 17 im Futterkörper 1.
Diese Kanäle führen zu einem (nicht gezeigten) allen ge- meinsamen pneumatischen Mechanismus zum Öffnen des Fut- ters. Der gegenseitige Abstand der Eingänge 15 ist ge- ringfügig kleiner, als die Länge des Schlitzes 13, so dass dieser unabhängig von der gegenseitigen Winkelstel- lung von Steuerring und Futter stets mindestens einem Eingang 15 gegenübersteht. Dadurch ist eine strömungsmäs- sige Verbindung zwischen der zum Öffnen des Futters vor- gesehenen Steuerleitung 11 und dem im Futterkörper 1 be- findlichen Mechanismus zum Öffnen des Futters bei jeder Stellung des Futters gesichert. Die Dicke der aerostati- schen Lagerung kann klein genug gewählt werden, um nur einen geringen Druckverlust beim Übergang zwischen dem Schlitz 13 und einem oder mehreren Eingängen 15 zu verur- sachen.
Die für das Schliessen des Futters vorgesehe- ne Steuerleitung 12 im Steuerring 2 mündet in zwei um 180° versetzte Paare von schlitzförmigen Mündungen 14, die symmetrisch zur Mitte der Lagerfläche des Steuerrin- ges 2 angeordnet sind (Fig. 4C und 5). Fig. 5 veranschau- licht den Verlauf der Leitungen 11 und 12 und zeigt die Lage ihrer schlitzförmigen Mündungen 13 und 14 durch ver- dickte Striche an. Um die aus den Schlitzen 14 strömende Steuerluft weiterzuleiten, weist die äussere Lagerfläche
des Futterkörpers 2 zwei parallele Reihen von gleichmäs- sig über den Umfang des Lagers verteilten Eingängen 16 zu Steuerkanälen 18 im Futterkörper 2 (Fig. 4A). Diese Kanä- le führen zu einem (nicht gezeigten) allen gemeinsamen pneumatischen Mechanismus zum Schliessen des Futters. Wie in Fig. 1 angedeutet, kann im gemeinsamen Teil der Kanäle 18 ein Rückschlagventil 19 vorgesehen sein, um das Futter auch bei einem ungewollten Druckabfall in der Leitung 12 geschlossen zu halten. Das Ventil wird durch eine Vor- richtung gesteuert, die es bei genügendem Druck im Kanal 17 zwangsweise öffnet, so dass das Futter geöffnet werden kann. In symmetrischer Weise ist im Kanal 17 ein Rück- schlagventil 21 angeordnet, welches durch einen hinrei- chenden Druck im Kanal 18 entriegelt werden kann. Der ge- genseitige Abstand aufeinanderfolgender Eingänge 16 ist geringfügig kleiner, als die Länge der Schlitze 14, so dass die strömungsmässige Verbindung der Steuerleitungen 12 des Ringes mit den Steuerkanälen 18 des Futterkörpers unabhängig von der Winkelstellung des Futterkörpers be- züglich des Steuerringes aufrechterhalten bleibt. Auf diese Weise kann das Futter unabhängig davon geschaltet werden ob es sich dreht oder nicht.
Um die Trennung zwischen der längs der Ränder des Lagers bestehenden aerostatischen Lagerung und den das Lager in seinem mittleren Teil durchquerenden Strömen von Steuerluft zu verbessern, ist auf der Aussenseite je- der der beiden Reihen von Eingängen 16 eine umlaufende Nut 20 in der Lagerfläche des Futterkörpers ausgespart.
Ihr gegenüber sind im Steuerring radial gerichtete Ent- lüftungsöffnungen 22 vorgesehen, die in Entlüftungslei- tungen 24 führen. Letztere dienen hauptsächlich dazu, überschüssige Tragluft abzuführen und können an ihrem an- deren Ende ins Freie münden.
Obwohl im hier beschriebenen Ausführungsbei- spiel das Futter pneumatisch geschaltet wird, und der Steuerring auf einem Luftlager gelagert ist, funktioniert die Erfindung auf analoge Weise für hydraulisch betätigte
Maschinenteile, mit einem auf Ölspaltlager gelagerten Steuerring. Es sei zudem ausdrücklich bemerkt, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungs- formen beschränkt, sondern durch die nun folgenden An- sprüche definiert ist.
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