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Patent Searching and Data


Title:
PRECISION FINISHING MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/057579
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to precision finishing machine, with a tool which has a rotating effective surface (36, 44) for machining a workpiece, wherein for rotationally driving the tool a drive which drives the tool about an axis of rotation (58) perpendicular to the effective surface is provided, wherein the drive takes the form of a torque motor which has a stator and a rotor, wherein the rotor is connected to the tool without any further gear elements in between and drives the tool about the axis of rotation (58).

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Inventors:
MUELLER MARKUS (DE)
KOENIG RAPHAEL (DE)
SONNTAG DANIEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/074584
Publication Date:
March 28, 2019
Filing Date:
September 12, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SUPFINA GRIESHABER GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
B24B47/12; B24B37/08
Foreign References:
US6250997B12001-06-26
DE112014003930T52016-05-19
US20170234365A12017-08-17
CN104400621A2015-03-11
CN104400622A2015-03-11
US20110064971A12011-03-17
EP2689891A22014-01-29
Attorney, Agent or Firm:
DREISS PATENTANWÄLTE PARTG MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Feinbearbeitungsmaschine (10), mit einem Werkzeug, das eine rotierende Wirkfläche (36, 44) zur Bearbeitung eines Werkstücks aufweist, wobei für den

Rotationsantrieb des Werkzeugs ein Antrieb vorgesehen ist, der das Werkzeug um eine zu der Wirkfläche (36, 44) senkrechte Rotationsachse (58, 130) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb in Form eines Torque-Motors (96, 116) ausgebildet ist, der einen Stator (74, 112) und einen Rotor (90, 114) aufweist, wobei der Rotor (90, 114) ohne Zwischenschaltung weiterer Getriebeelemente mit dem Werkzeug verbunden ist und das Werkzeug um die Rotationsachse (58, 130) antreibt .

Feinbearbeitungsmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (90, 114) bezogen auf den Stator (74, 112) innenliegend angeordnet ist.

Feinbearbeitungsmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (90, 114) und/oder ein Rotorgehäuseteil (72) einen zur

Rotationsachse (58, 130) konzentrischen Hohlraum (70, 128) umgrenzt.

Feinbearbeitungsmaschine (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (70, 128) ein Antriebselement (66) für einen Drehantrieb (60) einer Läuferscheibe (48) angeordnet ist.

5. Feinbearbeitungsmaschine (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (70, 128) ein Sensorelement (134) zur Erfassung eines

Feinbearbeitungsparameters angeordnet ist.

6. Feinbearbeitungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (70, 128) ein Lager (84, 108) angeordnet ist, mittels welchem das Werkzeug und der Rotor um die

Rotationsachse (58, 130) drehbar an einem

Statorgehäuseteil (92, 124) gelagert sind.

7. Feinbearbeitungsmaschine (10) nach einem der

voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Werkzeug der Feinbearbeitungsmaschine (10) mittels eines Axial-Radial-Lagers (84) an einem Statorgehäuseteil (92) gelagert ist.

8. Feinbearbeitungsmaschine (10) nach einem der

voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Werkzeug der Feinbearbeitungsmaschine (10) mittels eines Kegelrollenlagers (108) an einem Statorgehäuseteil (124) gelagert ist.

9. Feinbearbeitungsmaschine (10) nach einem der

voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkfläche (36, 44) eben ist.

10. Feinbearbeitungsmaschine (10) nach einem der

voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein Schleifwerkzeug (32, 40),

Läppwerkzeug oder Polierwerkzeug ist.

11. Feinbearbeitungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die

Feinbearbeitungsmaschine (10) in Form einer

Doppelseiten-Planschleifmaschine ausgebildet ist.

Description:
Titel: Feinbearbeitungsmaschine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Feinbearbeitungsmaschine, mit einem Werkzeug, das eine rotierende Wirkfläche zur

Bearbeitung eines Werkstücks aufweist, wobei für den

Rotationsantrieb des Werkzeugs ein Antrieb vorgesehen ist, der das Werkzeug um eine zu der Wirkfläche senkrechte

Rotationsachse antreibt. Aus der EP 2 689 891 A2 ist eine Zweischeibenmaschine zur Oberflächenbearbeitung bekannt, bei welcher eine

monolithische Einheit aus einem Hartgestein vorgesehen ist, welches zur Anordnung verschiedener Antriebe und Getriebe dient . Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feinbearbeitungsmaschine mit einem möglichst einfachen Aufbau anzugeben. Diese Aufgabe wird bei einer Feinbearbeitungsmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Antrieb in Form eines Torque-Motors ausgebildet ist, der einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor ohne Zwischenschaltung weiterer Getriebeelemente mit dem Werkzeug verbunden ist und das Werkzeug um die

Rotationsachse antreibt.

Erfindungsgemäß wird ein kompakter Antrieb bereitgestellt, der es ermöglicht, teils raumgreifende weitere Bauteile einer Feinbearbeitungsmaschine so anzuordnen, dass

insgesamt eine kompakt und einfach aufgebaute

Feinbearbeitungsmaschine bereitgestellt werden kann. Der erfindungsgemäße Torque-Motor ist wartungsarm und eignet sich daher insbesondere für Feinbearbeitungsmaschinen, die dauerhaft im Einsatz sind.

Ferner ist der erfindungsgemäße Antrieb schwingungsarm, wodurch sich der Aufbau der Feinbearbeitungsmaschine weiter vereinfacht; es kann ein relativ einfaches Gestell

verwendet werden, da es nicht dazu geeignet sein muss, vom Antrieb erzeugte Schwingungen zu dämpfen oder zu

kompensieren .

Ein besonders vorteilhafter Aufbau ergibt sich, wenn der Rotor bezogen auf den Stator innenliegend angeordnet ist (sogenannte "Innenläufer"-Konfiguration) . Dies hat den Vorteil, dass der bezogen auf den Rotor radial

außenliegende Stator in einfacher Weise über ein

statorseitiges Gehäuse mit einem Gestell der

Feinbearbeitungsmaschine verbunden werden kann. Außerdem vereinfacht sich die Zuführung der für den Torque-Motor erforderlichen elektrischen Energie. Ferner ist es möglich, von radial außen her ein Kühlmedium, das zur Kühlung des Torque-Motors dient, zu- und abzuführen. Ferner ist es möglich, ein statorseitiges Gehäuse für die Zuführung eines Bearbeitungsfluids zu nutzen (insbesondere eine Emulsion zur Kühlung und/oder Schmierung in einem Arbeitsbereich, in welchem die Wirkfläche des Werkzeugs in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück steht) .

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung ist vorgesehen, dass der Rotor und/oder ein

Rotorgehäuseteil einen zur Rotationsachse konzentrischen Hohlraum umgrenzt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Rotor bezogen auf den Stator innenliegend

angeordnet ist. Der Hohlraum des Rotors oder des

Rotorgehäuseteils kann zur Anordnung weiterer Komponenten der Feinbearbeitungsmaschine genutzt werden. Hierbei kann es sich im einfachsten Fall um elektrische, pneumatische oder hydraulische Leitungen handeln.

Besonders bevorzugt ist es, wenn in dem Hohlraum ein

Antriebselement für einen Drehantrieb einer Läuferscheibe angeordnet ist. Eine solche Läuferscheibe wird zur

Positionierung von Werkstücken in einem Arbeitsbereich der Feinbearbeitungsmaschine verwendet. Der Drehantrieb der Läuferscheibe ermöglicht eine von einer Bewegung des

Werkzeugs unabhängige Möglichkeit zur Steuerung einer

Bewegung eines oder mehrerer Werkstücke.

Eine weitere Möglichkeit, den Hohlraum des Rotors zu nutzen, besteht darin, ein Sensorelement, das zur Erfassung eines Bearbeitungsparameters dient, in dem Hohlraum

anzuordnen. Dabei kann es sich beispielsweise um ein

Sensorelement handeln, mittels welchem ein Materialabtrag, der durch die Bearbeitung des Werkstücks entsteht, erfasst. Insbesondere kann die abgetragene Schichtstärke erfasst werden, woraus die dann verbleibende (Rest-) Dicke des

Werkstücks resultiert. Es ist auch denkbar, dass das

Sensorelement andere Bearbeitungsparameter (beispielsweise Temperatur und/oder Druck) erfasst.

Eine weitere Möglichkeit, den Hohlraum des Rotors zu nutzen, besteht darin, eine Baugruppe in dem Hohlraum anzuordnen, das mindestens ein Lager umfasst, mittels welchem das Werkzeug und der Rotor um die Rotationsachse drehbar an einem Statorgehäuseteil gelagert sind. Hierdurch kann ein Hohlraum des Rotors optimal genutzt und eine besonders kompakte Antriebseinheit bereitgestellt werden; in der radial äußeren Umgebung des Stators entsteht freier Bauraum .

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Werkzeug der Feinbearbeitungsmaschine mittels eines Axial-Radial-Lagers an einem Statorgehäuseteil gelagert ist. Dies ermöglicht die Bereitstellung eines Werkzeugs, das sowohl hinsichtlich seiner axialen Position als auch hinsichtlich seiner radialen Position, jeweils bezogen auf die Rotationsachse, besonders genau ausgerichtet ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Feinbearbeitungsmaschine mehrere Werkzeuge aufweist.

Insbesondere für den Fall, dass die

Feinbearbeitungsmaschine mehrere Werkzeuge aufweist, ist es bevorzugt, wenn zumindest ein Werkzeug der

Feinbearbeitungsmaschine mittels eines Kegelrollenlagers an einem Statorgehäuseteil gelagert ist. Auf diese Weise wird eine besonders stabile und preisgünstige Lagerung eines Werkzeugs ermöglicht. Für einen Toleranzausgleich ist in vorteilhafterweise vorgesehen, dass zwischen dem

Statorgehäuseteil und dem Werkzeug ein Ausgleichselement vorgesehen ist, wodurch eine Neigung des Werkzeugs und dessen Wirkfläche zumindest in einem geringfügigen Maß (beispielsweise maximal ein oder zwei Winkelgrad)

veränderbar ist. Ein solches Ausgleichselement bildet im Rahmen der vorliegenden Erfindung kein Getriebeelement;

unter einem Getriebeelement wird vielmehr ein Element verstanden, mittels welchem eine Über- oder Untersetzung oder eine Umlenkung einer Antriebsbewegung realisiert wird.

Besondere Vorteile ergeben sich ferner, wenn die Wirkfläche des Werkzeugs oder die Wirkflächen der Werkzeuge der

Feinbearbeitungsmaschine eben ist oder sind. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass das Werkzeug ein Schleifwerkzeug, Läppwerkzeug oder Polierwerkzeug ist.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die

Feinbearbeitungsmaschine in Form einer Doppelseiten- Planschleifmaschine ausgebildet ist. Eine solche

Schleifmaschine weist zwei Schleifwerkzeuge mit zwei einander zugewandten ebenen Wirkflächen auf, die einen Arbeitsbereich begrenzen. Vorzugsweise ist für jedes dieser Schleifwerkzeuge ein eigener Antrieb, insbesondere jeweils in Form eines Torque-Motors , vorgesehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen

Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer

Ausführungsform einer Feinbearbeitungsmaschine;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer ersten

Baugruppe der Feinbearbeitungsmaschine gemäß Fig. 1 ; und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten

Baugruppe der Feinbearbeitungsmaschine gemäß Fig. 1. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Feinbearbeitungsmaschine dargestellt, welche insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Bei der

Feinbearbeitungsmaschine 10 handelt es sich um eine

Doppelseitenplanschleifmaschine . Diese weist ein

Maschinengestell 12 auf, welches ein ortsfestes Gestellteil 14 in Form einer zylindrischen Wand aufweist, das zur

Aufnahme von Schrauben 16 dient, mittels welchen eine in Figur 2 dargestellte, erste Baugruppe 18 an dem Gestell 12 befestigt ist.

Das Gestell 12 weist ferner eine bezogen auf die

Schwerkraftrichtung vertikale Führungsschiene 20 auf, längs welcher ein Schlitten 22 bewegbar ist. Der Schlitten 22 weist ein Schlittenteil 24, beispielsweise in Form eines

Flansches auf, der gemeinsam mit dem Schlitten 22 längs der Führung 20 bewegbar ist und an welchem mittels Schrauben 26 eine in Figur 3 dargestellte zweite Baugruppe 28 befestigt ist .

Die erste Baugruppe 18 weist eine Aufnahmescheibe 30 zur Aufnahme und Kühlung für ein erstes, unteres

Schleifwerkzeug 32 auf, das mit einer Schleifmittelschicht 34 belegt ist, die eine ebene Wirkfläche 36 des

Schleifwerkzeugs 32 bildet.

Die zweite Baugruppe 28 weist in entsprechender Weise eine Aufnahmescheibe 38 zur Aufnahme und Kühlung eines zweiten, oberen Schleifwerkzeugs 40 auf. Diese ist mit einer Schleifmittelschicht 42 versehen, die eine ebene Wirkfläche 44 bildet.

Ein zwischen den zueinander parallelen Wirkflächen 36 und 44 begrenzter Arbeitsraum 46 dient zur Anordnung von aufeinander abgewandten Seiten zu schleifenden Werkstücken.

Zur Handhabung der Werkstücke ist eine Läuferscheibe 48 vorgesehen, mit einer Werkstückscheibe 50, in welcher

Nester 52 zur Anordnung von zu schleifenden Werkstücken vorgesehen sind. Die Werkstückscheibe 50 stützt sich zwischen einem Innenkranz 54 und einem ortsfesten

Außenkranz 56 ab. Der Innenkranz 54 ist um eine

Rotationsachse 58 herum drehbar antreibbar. Eine

Drehbewegung des Innenkranzes 54 wird auf die

Werkstückscheibe 50 übertragen, welche an dem Außenkranz 56 abwälzt. Dadurch, dass die Nester 52 bezogen auf eine zentrale Achse der Werkstückscheibe 50 exzentrisch

angeordnet sind, bewegen sich die in den Nestern 52

aufgenommenen Werkstücke bei Drehung der Werkstückscheibe 50 entlang einer Zykloidbahn.

Ein Drehantrieb der Läuferscheibe 48 ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet. Der Antrieb 60 umfasst einen Antriebsmotor 62, ein nur schematisch dargestelltes 90°- Winkelgetriebe 64 und eine Antriebswelle 66, welche

konzentrisch zu der Rotationsachse 58 verläuft und an ihrem Ende mit einer Antriebsscheibe 68 zum Antrieb des

Innenkranzes 54 versehen ist. Die Antriebswelle 66 verläuft durch einen zu der Rotationsachse 58 konzentrischen Hohlraum 70, der von einem Rotorgehäuseteil 72 (vgl. Figur 2) umgrenzt ist, welches mit einem elektrischen Rotor 74 verbunden ist. Das

Rotorgehäuseteil 72 ist mittels radial innen angeordneten Schrauben 76 und mittels radial außen angeordneten

Schrauben 78 mit einem Kragenteil 80 verbunden, das ebenfalls zu der Rotationsachse 58 konzentrisch ist und gemeinsam mit dem Rotor 74 und dem Rotorgehäuseteil 72 um die Rotationsachse 58 rotiert.

Der Kragen 80 ist ferner mit einem Lagerring 82 verbunden, der einen Außenring eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 84 bezeichneten Axial-Radial-Lagers bildet.

Die erste Baugruppe 18 weist ferner eine statorseitige Grundplatte 86 auf, welches mit einem hohlzylindrischen Statorgehäuseteil 88 verbunden ist, der einen elektrischen Stator 90 nach radial außen begrenzt.

Der elektrische Stator 90 und das Statorgehäuseteil 88 sind über ein weiteres Statorgehäuseteil 92 miteinander

verbunden. An dem weiteren Statorgehäuseteil 92 ist ein Innenring 94 des Lagers 84 angeordnet.

Der elektrische Rotor 74 und der elektrische Stator 90 bilden gemeinsam einen Torque-Motor 96.

Bei Beaufschlagung des Torque-Motors 96 mit elektrischer Energie dreht sich der elektrische Rotor 74 gemeinsam mit dem Rotorgehäuseteil 72 und dem Kragenteil 80, das wiederum mit einer Trägerscheibe 98 verbunden ist, die mit der

Aufnahmescheibe 30 verbunden ist. An dieser ist das in Figur 1 sichtbare, untere Schleifwerkzeug 32 befestigt, das somit mittels des Torque-Motors 96 in Rotation um die Achse 58 herum versetzt wird, ohne dass hierfür weitere

Getriebeelemente vorgesehen sind.

Zur Erfassung einer Geschwindigkeit der Drehung des

Schleifwerkzeugs 32 trägt das Rotorgehäuseteil 72 ein insgesamt ringförmiges Indexelement 100, das mit einem (nicht dargestellten) Messsensor zusammenwirkt. Der

Messsensor ist vorzugweise Teil der Steuerung des Torque- Motors 96, so dass eine Überwachung und Regelung zur

Einhaltung einer Sollgeschwindigkeit des Schleifwerkzeugs bereitgestellt ist.

Nachfolgend wird zur Beschreibung der zweiten Baugruppe 28 auf Figur 3 Bezug genommen. Die Baugruppe 28 umfasst eine Trägerscheibe 102 zur Befestigung der Aufnahmescheibe 38, die wiederum mit dem zweiten Schleifwerkzeug 40 (vgl. Figur 1) verbunden ist. Die Trägerscheibe 102 ist mit einer

Rotorwelle 104 verbunden, an welcher Innenringe 106 von Kegelrollenlagern 108 angeordnet sind.

Die Rotorwelle 104 ist über eine Kragenscheibe 110 mit einem elektrischen Rotor 112 verbunden. Der elektrische Rotor 112 wirkt mit einem elektrischen Stator 114 zusammen. Der Rotor 112 und der Stator 114 bilden gemeinsam einen Torque-Motor 116. Der elektrische Stator 114 ist umgrenzt von einem

hohlzylindrischen Statorgehäuseteil 118, das an seinem oberen Ende mit einer Abdeckung 120 und an seinem unteren Ende mit einer Trägerplatte 122 verbunden ist.

Die Trägerplatte 122 wird radial außen über die

Verschraubung 26 mit dem Schlitten 22 verbunden. Radial innen ist die Trägerscheibe 122 mit einem weiteren

Statorgehäuseteil 124 verbunden, das Lagerringe 126 trägt, welche die Außenringe der Kegelrollenlager 108 bilden.

Der elektrische Stator 112 umgrenzt einen Hohlraum 128, welcher zur Anordnung der vorstehend beschriebenen, bezogen auf den Rotor 112 radial innenliegenden Bauteile dient, insbesondere der Lager 108 und der Rotorwelle 104.

Die mit dem Rotor 112 gemeinsam rotierenden Bauteile rotieren um eine Rotationsachse 130. Diese Rotationsachse fluchtet mit der Rotationsachse 58 des ersten Torque-Motors 96 der ersten Baugruppe 18.

Die Rotorwelle 104 ist hohl ausgebildet. Dies ermöglicht die Durchführung einer Versorgungsleitung 132 eines

insgesamt mit dem Bezugszeichen 134 bezeichneten

Sensorelements, das dem Arbeitsraum 46 zugewandt ist und zur Erfassung eines Materialabtrags dient.

Die Verbindung zwischen der Rotorwelle 104 und der

Trägerscheibe 102 umfasst ein Ausgleichselement 135 in Form einer Kugelkalotte, welche einen Winkelausgleich des an der Aufnahmescheibe 38 befestigten zweiten Schleifwerkzeugs 40 ermöglicht . Die vorstehend beschriebenen Baugruppen 18 beziehungsweise 28 bilden kompakte Antriebseinheiten für die

Schleifwerkzeuge 32 beziehungsweise 40. Sie können als separate Baugruppen vorgehalten werden und als

Austauschbaugruppe montiert werden, wenn ein Torque-Motor 96 beziehungsweise 116 gewartet werden soll.

Die Baugruppe 18 und 28 umfassen jeweils Kühleinrichtungen 134, 136 zur Kühlung der Torque-Motoren 96 beziehungsweise 116. Die Kühleinrichtung 134 des Torque-Motors 96 umfasst einen von radial außen zugänglichen Einlass 138 und einen Auslass 140. Zwischen dem Einlass 138 und dem Auslass 140 ist ein Kühlmantel 142 angeordnet. Die Kühleinrichtung 136 des Torque-Motors 116 weist einen identischen Aufbau auf. Nachfolgend wird ein optionales Kühl-

/Schmiermittelversorgungssystem beschrieben, das den

Arbeitsraum 46 mit Schmierstoff versorgt und die

Schleifwerkzeuge 32 und 40 kühlt. Ein Einlass dieses optionalen Systems ist beispielsweise durch einen Kühlmitteleingang 144 (vgl. Figur 3) gebildet, der in der Trägerscheibe 122 angeordnet ist.

Von der Trägerscheibe 122 gelangt das Kühlfluid zu

Kühlraumen 146 und 148. Der Kühlraum 146 speist eine Leitung 150, durch welche Kühlfluid in den Arbeitsraum 46 gelangt und dann von oben auf die Antriebsscheibe 68 des Drehantriebs 60 trifft. Von dort gelangt das Kühlfluid über Radialbohrungen 152 in die Aufnahmescheibe 30, so dass deren Kühlkanäle 154 versorgt werden. Die Kühlkanäle 154 sind radial außen durch Drosselelement 156 verschließbar, so dass ein Fluidstrom des Kühlfluids steuerbar ist.

Der zweite Kühlraum 148 (vgl. Figur 3) speist entsprechende Kühlkanäle 158 der Aufnahmescheibe 38. Zur Steuerung eines Fluidstroms sind auch dort Drosselelemente 160 vorgesehen.