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Title:
DEVICE FOR SUPPORTING A MACHINE PART DURING SUBJECTION TO FORCE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/038026
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for supporting a first machine part during the subjection to force of a second machine part that is mounted on or accommodated in said first machine part, especially a device for supporting a shaft (1) with a tie rod (2) while said tie rod (2) is being subjected to force, e.g., for changing parts of tools that are mounted on the shaft in automatic processing machines. A first adjustable structural element is provided for introducing a counter force into the first machine part, for supporting said first machine part in a stable position, and a second adjustable structural element is provided for subjecting the second machine part to a force.

Inventors:
FELDMEIER FRITZ (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/003954
Publication Date:
May 31, 2001
Filing Date:
November 14, 2000
Export Citation:
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Assignee:
PAUL MUELLER GMBH & CO KG (DE)
FELDMEIER FRITZ (DE)
International Classes:
B23B31/28; B23B31/30; B23B31/117; (IPC1-7): B23B31/30; B23B31/28
Foreign References:
FR2481633A11981-11-06
US4586860A1986-05-06
FR2208319A51974-06-21
Attorney, Agent or Firm:
Lösch, Christoph (Äussere Bayreuther Strasse 230 Nürnberg, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Abstützung eines ersten Maschinenteils bei Kraftbeauf schlagung eines zweiten Maschinenteils, welches am ersten Maschinenteil angebracht oder in diesem aufgenommen ist, insbesondere Vorrichtung zur Abstützung einer Welle (1) mit in Axialrichtung verschiebbarer Zug stange (2) bei Kraftbeaufschlagung der Zugstange (2), z. B. zum Teile wechsel von an der Welle angebrachten Werkzeugen in automatischen Bearbeitungsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes verstellbares Bauelement zur Einleitung einer Gegenkraft in das erste Maschinenteil zur lagestabilen Abstützung des ersten Ma schinenteils und ein zweites verstellbares Bauelement zur Kraftbeaufschlagung des zweiten Maschinenteils vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daserste Bauelementeine Kolbenanordnung aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das erste Maschinenteil als Welle (1) und das zweite Maschinenteil als Zugstange (2) ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadu rch gekennzeich net, daßdieWelle (1) einen Bund (6) als Anlagefläche zur Einleitung der Gegenkraft aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (2) einen Zug stangenkopf (36) zur Kraftbeaufschlagung aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25, dadurch gekennzeichnet, daßdieKolbenanordnungeinen Entlastungskolben (8) zur Einleitung einer Gegenkraft zur lagestabilen Ab stützung aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungskolben (8) über eine Membran (14) oder ein Federelement federnd angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Entiastungskoiben (8) als doppelt wirkender Kolben ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauelement einen Lösekolben (4) zur Kraftbeaufschlagung des zweiten Maschinenteils bzw. der Zugstange (2) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösekoiben (4) über eine Membran (19) oder ein Federelement (22) federnd angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dad u rch geken nzeichnet, daßersteBauelementeinenelek tromagnetischen oder elektromotorischen Verstellmechanismus aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daßdasersteBauelementeinen Stator (39) und einen Rotor (40) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß. der Rotor (40) miteinemver stellbaren Anschlag (38) verbunden ist.
14. Vorrrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß. der Anschiag (38) über ein Gewinde (44) mit einem Gehäuse (42) verschiebbar verbunden ist.
Description:
Vorrichtung zur Abstützung eines Maschinenteils bei Kraftbeaufschlaauna BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abstützung eines ersten Maschinen- teils bei Kraftbeaufschlagung eines zweiten Maschinenteils mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Bei rotierenden Systemen ist es meist erforderlich, daß eine Krafteinleitung im Stillstand erfolgt und während der Rotation jegliche Berührung zwischen rotie- rendem Teil und der krafteinleitender Einheit vermieden werden muß. Dies ist bei Teilewechselmechanismen an rotierenden Teilen, wie z. B. bei Maschinen- spindeln in automatischen Bearbeitungsmaschinen, der Fall. Üblicherweise sind dabei das Gehäuse und die Kolbenstange der Einheit zum Einleiten der Kraft frei verschiebbar angeordnet und am rotierenden Maschinenteil ist ein fester Bund vorhanden, an dem die mit einem Umgriff, z. B. in Form von Klinkenhe- beln, versehenen Teile, die mit dem Zylindergehäuse verbunden sind als erstes zur Anlage kommen und so den Kraftfluß in sich schließen, ehe die krafteinlei- tende Betätigungskraft wirksam wird. Derartige Lösungen benötigen häufig er- heblichen Bauraum.

Eine andere, jedoch recht ungünstige Lösung ist es, ohne internen Kraftschluß die nach außen wirkenden Kräfte in der Lagerung des rotierenden Maschinen- teils abzustützen, was sich auf die Genauigkeit, den Verschleiß und die Laufei- genschaften negativ auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders kompakte Vorrich- tung zur Abstützung eines ersten Maschinenteil bei Kraftbeaufschlagung eines zweiten Maschinenteils anzubieten. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden durch die Unteran- sprüche 2-14 realisiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ein erstes hydraulisch, pneumatisch oder über einen Gewindetrieb elektromotorisch/elektromagnetisch verstellbares Bauelement zur Einleitung einer Gegenkraft in das erste Maschinenteil zur la- gestabilen Abstützung des ersten Maschinenteils und ein zweites hydraulisch, pneumatisch oder über einen Gewindetrieb elektromotorisch/elektromagnetisch verstellbares Bauelement zur Kraftbeaufschlagung des zweiten Maschinenteils.

Das erste und zweite Bauelement werden gleichzeitig aktiviert und gleichen wie zwei gegeneinanderwirkende Zylinder den internen Kraftfluß aus, ähnlich wie dies bei der Betätigung einer Injektionsspritze geschieht.

Dabei können das erste und zweite Bauelement eine Kolbenanordnung, einen Membranzylinder oder einen elektromagnetischen/elektromotorischen Verstell- mechanismus aufweisen.

Bei einer Ausbildung als Kolbenanordnung legt sich der Entlastungskolben des ersten Bauelements zur Einleitung einer Gegenkraft gegen einen mit dem er- sten Maschinenteil fest verbundenem Bund. Gleichzeitig kommt der Entla- stungskolben an einer mit dem Bund maßlich genau abgestimmten Flache am Zylindergehäuse zum Anliegen, der die Gegenkraft des Entlastungskolbens ab- stützt, so daß keine Kraft in das erste Maschinenteil bei dessen Abstützung bei Kraftbeaufschlagung des zweiten Maschinenteils eingeleitet wird.

Gleichzeitig wird im zweiten Bauelement ein Lösekolben, der das zweite Ma- schinenteil im bzw. am ersten Maschinenteil bewegen soll, mit Druck beauf- schlagt. Als erstes kommt der Lösekolben zur Anlage am zweiten Maschinenteil und verschiebt dann das zweite Maschinenteil relativ zum ortsfesten ersten Ma- schinenteil. Die über den Lösekolben eingeleitete Kraft wird über den am Bund des ersten Maschinenteils anliegenden Entlastungskolben gehalten, so daß sich der Kraftfluß in sich schließt.

Vorteilhafterweise weisen das erste und das zweite Bauelement Membranzylin- der auf, wodurch sich eine besonders kurze Baulänge ergibt, die einfach abzu- dichten ist. Die Membranzylinder können selbstfedernd sein oder durch eine Zusatzfederung in die Ausgangslage gebracht werden.

Ein besonders einfach ansteuerbarer Verstellmechanismus wird bei einer elek- tromagnetischen oder elektromotorischen Verstellung erreicht. Hierfür wird Bau- raum für hydraulische oder pneumatische Versorgungskanäle eingespart, so daß eine elektromagnetische/elektromotorische Verstellung z. B. bei Mehrfach- Verstellsystemen verwendet werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren hervor. Es zeigen : Fig. 1 ein Querschnitt der Vorrichtung mit Membranzylindern, Fig. 2 ein Querschnitt der Vorrichtung mit Kolbenanordnung, Fig. 3a eine erste Ausführungsform eines Membranteils nach Fig. 1, Fig. 3b eine zweite Ausführungsform eines Membranteils nach Fig. 1, Fig. 4 eine Darstellung eines Membranzylinders nach Fig. 1 mit einem Membranteil nach Fig. 3b, Fig. 5 ein Querschnitt der Vorrichtung mit elektromagneti- scher/elektromotorischer Verstellung sowie Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform mit elek- tromagnetischer/elektromotorischer Verstellung.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ausführungsform mit Membranzylindern dargestellt. In einer drehbar gelagerten Welle 1 (erstes Ma- schinenteil) ist eine in Achsrichtung verschiebbare Zugstange 2 (zweites Ma- schinenteil) gelagert, die mittels eines Federpaketes 3 unter Spannung gehalten wird und dabei ein am anderen Wellenende angebrachtes Teil, z. B. ein aus- wechselbares Werkzeug (nicht abgebildet), hält oder festspannt.

Zum Auswechseln dieses Werkzeugs muß die Zugstange 2 entgegen der Fe- derkraft des Federpaketes 3 in Richtung 35 verschoben werden. Dazu wird die Drehbewegung der Welle 1 zum Stillstand gebracht. Die Druckkammer 5 des Lösekolbens 4 (zweites Bauelement zur Krafteinleitung) wird mit einem Druck- medium beaufschlagt und bewegt den nicht rotierenden Lösekolben 4 in Rich- tung 35 gegen die Zugstange 2 um den Abstand a, der notwendig ist, bei Rota- tion der Welle 1 jegliche Berührung zwischen rotierender Welle 1 (bzw. Zug- stange 2) und Kolben 4 auszuschließen. Nach dem Hub a baut sich am Löse- kolben 4 die Druckkraft auf die nötig ist, um die Zugstange 2 gegen das Feder- paket 3 soweit axial in Richtung 35 zu verschieben, daß das nicht abgebildete Werkzeug am anderen Ende der Welle 1 gelöst wird. Da sich das Federpaket 3 in der Welle 1 abstützt, wirkt diese eingeleitete Lösekraft auch auf die Welle 1 und damit auf die Lagerung, mit der die Welle 1 im Maschinenkörper gelagert ist. Um diese axiale Zusatzlast auf die Lagerung zu vermeiden wird die Welle 1 abgestützt.

Erfindungsgemäß wird dazu ein mit der Welle 1 festverbundener Bund 6 vorge- sehen, an dessen planer Anlagefläche 7 sich der Entlastungskolben 8 (erstes Bauelement) anlegt und damit jegliche axiale Verschiebung der Welle 1 aus- schließt. Der Entlastungskolben 8 legt sich gleichzeitig an die Anlagefläche 7 und eine Anschlagfläche 9 am Gehäuseteil 10 an. Der Freihub b des Entla- stungskolben 8 zur Anlagefläche 7 und Anschlagfläche 9 ist exakt gleich, so daß die Welle 1 über den Bund 6 spiel-und kraftfrei vom Entlastungskolben 8 in ihrer Position gehalten wird.

Der in der Druckkammer 11 aufgebaute Druck erzeugt eine Kraft auf den Entla- stungskolben 8 die größer als die Lösekraft des Lösekolbens 4 ist und sich an der Anschlagfläche 9 abstützt. Die Lösekraft kann dabei, wie in Fig 1 darge- stellt, in einem in sich geschlossenen (Hydraulik-) System erzeugt werden oder von außen auf die Zugstange 2 wirken.

Der Entlastungskolben 8 ist Teil einer Baugruppe, die aus dem Gehäuse 12 mit der Druckkammer 11 und den Bohrungen 13 für den Zufluß des Druckmediums der Membran 14 besteht. Die Membran 14 ist über den Spannring 15 mit dem Gehäuse 12 sowie entlang einer schmalen Ringfläche 16 dicht mit dem ring- förmigen Entlastungskolben 8 verbunden. Der Entlastungskolben 8 dichtet die Druckkammer 11 mit dem Dichtring 17 gegen das Gehäuse 12 ab. Bei Druck- beaufschlagung vollzieht der Entlastungskolben 8 die kurze Hubbewegung b und wird bei Abschalten des Druckes von der federnden Membrane in seine dargestellte Null-Lage zurückgezogen. Die Membran 14 ist eine ringförmige Scheibe aus dünnen federndem Material, vorzugsweise Federbandstahl, und wirkt zusammen mit dem Entlastungskolben 8 als Kolben, der ausreichend groß bemessen ist, um die erforderliche axiale Gegenkraft aufzubringen und zieht den Entlastungskolben 8 im drucklosen Zustand in die Null-Lage.

Dem Entlastungskolben 8 steht über das Gehäuseteil 10 verbunden der Löse- kolben 4 gegenüber. Die Lösekraft des Lösekolbens 4 wird in der Druckkammer 5 erzeugt. Das Druckmedium, das durch die Bohrungen 18 zugeführt wird, drückt auf die Membran 19, die am äußeren Durchmesser zwischen das Ge- häuseteil 10 und dem Gehäuseteil 20 der Löseeinheit dicht geklemmt ist und am inneren Durchmesser mit dem Lösekolben 4 verbunden ist, und bewegt den Lösekolben 4 in Richtung 35 zur Zugstange 2.

Nach der Leerhubstrecke a, das ist der Sicherheitsabstand der notwendig ist, um jegliche Berührung während des Drehens der Welle 1 zwischen Zugstange 2 und Lösekolben 4 zu verhindern, drückt der Lösekolben 4 auf die Zugstange 2 und verschiebt diese, nach Überwindung der Federkraft des Federpakets 3, re- lativ zur Welle 1, um das Lösen und Wechseln des Werkzeugs zu ermöglichen.

Die Welle 1 wird dabei von dem Entlastungskolben 8, der am Wellenbund 6 an- liegt, abgestützt, so daß die Welle kraftfrei bleibt. Der Kraftfluß ist in sich ge- schlossen vom Lösekolben 4 über den Wellenbund 6, den Entlastungskolben 8 und die verbundenen Gehäuseteile 12,10 und 20.

Da der Hub des Lösekolbens 4 deutlich größer als der des Entlastungskolbens 8 ist, kann eine zweiteilige Membran vorgesehen sein. Die reißfeste, aber sehr flexible Membran 19 besteht aus verstärktem, gummierten Gewebe und wird durch das Membranteil 21 gegen Ausbeulen abgestützt. Dieses Membranteil 21 besteht vorzugsweise aus einem Metallblech oder sehr festem Kunststoff und ist zur Erhöhung der axialen Beweglichkeit vom Innenrand ausgehend radial bis zum Einspanndurchmesser in geeigneter Weise geschlitzt (vgl. Fig. 3a).

Die Rückstellbewegung der Membrane wird durch Federn 22, die auf dem Bund 23 am Lösekolben 4 drücken, erreicht. Die Löseeinheit ist mit dem Dichtring 24 zwischen Gehäuse 20 und Lösekolben 4 abgedichtet. Die Membranfläche der Löseeinheit (zweites Bauelement) ist, um eine gute axiale Bewegbarkeit zu er- zielen, deutlich größer als die Membranfläche der Entlastungseinheit (erstes Bauelement) zur Einleitung der Gegenkraft. Dementsprechend werden die Druckkammern 11 und 5 mit unterschiedlichen Drücken durch die Bohrungen 13 und 18 versorgt.

Da bei der Druckbeaufschlagung der Volumenstrom in der Entlastungseinheit wesentlich geringer als in der Löseeinheit ist ist sichergestellt, daß bei gleich- zeitiger Druckbeaufschlagung (durch ein gemeinsames Hydrauliksystem) der Entlastungskolben 8 bereits am Bund 6 anliegt, ehe die Lösekraft durch den Lösekolben 4 wirksam wird. Zur Überwachung der Lösebewegung der Zugstan- ge 2 ist ein Signalring 25 mit der Zugstange 2 verbunden, der die Hubbewe- gung mitmacht, so daß der im Gehäuseteil 10 fest oder verstellbar befestigte Sensor in der Bohrung 26 aktiviert wird. Es können einer oder mehrere Senso- ren nebeneinander oder am Umfang versetzt angebracht werden. (nicht abge- bildet).

In Fig. 2 weist das erste Bauelement eine Kolbenanordnung auf. Die Welle 1 ist mit dem Bund 6 festverbunden. Dessen Aniagefläche 7 hat genau den gleichen Abstand b zum Entlastungskolben 8 wie dieser zur Anschlagfläche 9 am Ge- häusedeckel 34. Der Entlastungskolben 8 wird durch die Bohrungen 13 in der Druckkammer 11 mit Druckmedium beaufschlagt und gegen die Anlagefläche 7 und Anschlagfläche 9 bewegt, wo er mit einer Kraft anliegt, die größer als die am Zugstangenkopf 36 der Zugstange 2 eingeleitete Kraft F des Lösekolbens 4 (nicht abgebildet) ist. Mittels Federkraft der Feder 37 oder bei entsprechender Ausführung des Entlastungskolbens 8 als doppelt wirkender Kolben mittels Ge- gendruck (nicht abgebildet) wird der Entlastungskolben 8 in die Ausgangsstel- lung zurückgestellt.

Fig. 3a zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Membranteils 21, welches die flexible Membran 19 ganzflächig abstützt. Das Membranteil 21 wird mit sei- ner äußeren Randzone gleichzeitig mit der Membran 19 zwischen die Gehäu- seteile 10 und 20 konzentrisch eingespannt. Die Abstützfläche des Membran- teils 21 für die flexible Membran 19 wird durch dünne, radiale Schlitze 27 in eine Vielzahl von Sektoren 28 getrennt. Die Beweglichkeit der einzelnen Sektoren 28 wird durch die tangentialen Schlitze 29, die nur eine ausreichend kurze Verbin- dung 30 stehen lassen, scharnierartig erleichtert. Da der Innenrand des Mem- branteils 21 frei ist, entsteht somit ein insgesamt gut bewegliches Stützelement, das einerseits durch die Druckkraft der Membran 19 und andererseits die Rück- stellkraft der Feder 22 hin-und herbewegt wird.

Fig 3b zeigt eine weitere Ausführung eines Membranteils 21. Hier besteht die Stützf ! äche des Membranteils 21 für die flexible Membran 19 aus einzelnen, nicht miteinander verbundenen Segmenten 31, die am Außenrand mittels einer zylindrischen Verdickung 32 im Gehäuseteil 10 in eine ringförmige Nut 33 in Achsrichtung kippbar eingehängt sind (vgl. Fig. 4). Diese Segmente 31 liegen an der flexiblen Membran 19 an und werden mittels der Feder 22 und dem Bund 23 am Lösekolben 4 gegen die Membran 19 gedrückt. In Fig 4 sind auch die beiden Segmente 31 und 31 a des Membranteils 21 bei entspannter und betätigter (gestrichelte Abbildung) Schaltposition des Lösekolbens 4 dargestellt.

Fig. 5 stellt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung mit elektromagneti- scher/elektromotorischer Verstellung dar, um eine axiale Bewegung in Kraftrich- tung F auszuschließen. Der axial bewegliche Anschlag 38 wird durch einen Elektromotor bzw. Drehmagnet bewegt, der aus dem Stator 39 und dem Rotor 40 besteht. Der Stator 39 wird von einer dickwandigen Hülse 41 umschlossen, die in das Gehäuse 42 gepreßt ist, das wiederum verdrehsicher von der Spin- delhülse 43 aufgenommen wird. Der Rotor 40 ist verdrehsicher auf dem axialen Teil des Anschlags 38 befestigt. Der Anschlag 38 ist über das Gewinde 44 drehbar mit dem Gehäuse 42 verbunden, wodurch bei Drehung des Anschlags 38 durch den Elektromotor/Drehmagnet die Axialbewegung a'des Anschlags 38 zwischen den Anschlagfläche 45 und der Anschlagfläche 46 des Gehäuse- teils 10 erfolgt.

Bei aktiviertem Anschlag 38 werden über dessen Anschlagfiäche 45 die An- schlagfläche 46 und der Bund 6 der Welle 1 kontaktiert und der Bund 6 abge- stützt. Der deaktivierte Anschlag 38 liegt an der Hülsenanschlagfläche 47 der Hülse 41 an. Das Gewinde 44 ist selbsthemmend, so daß die Anschlagfläche 45 sich unter Last F nicht relativ zur Anschlagfläche 46 verschieben kann. Der Elektromotor/Drehmagnet wird über nicht abgebildete Drähte mit Strom ver- sorgt.

Fig. 6 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer elektromagneti- schen/elektromotorischen Verstellung. Im Luftspalt zwischen Stator 39 und Rotor 40 ist ein Gewinde angebracht. Der Stator 39 weist ein Innenteil (z. B. aus Kunststoff) mit einem Innengewinde 48 auf, welches mit einem Außenteil des Rotors 40 mit Außengewinde 49 verschraubt ist. Hierdurch ist der Rotor 40 ra- dial gelagert und führt bei Drehung im Stator 39 die Zustellbewegung a'gemäß Fig. 5 aus.

Die in den Fig. 5 und 6 abgebildeten elektromagnetischen/elektromotorischen Verstellmechanismen können mit sämtlichen in den Fig. 1-4 abgebildeten oder beschriebenen Anordnungen zur Aktivierung des Lösekolbens 4 kombi- niert werden.