DE20022504U1

DE20022504U1 - Weight compensation device

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Publication number: DE20022504U1
Application number: DE20022504U
Authority: DE
Original assignee: Deckel Maho Geretsried GmbH
Current assignee: Deckel Maho Geretsried GmbH
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2010-05-24

Description

Vorrichtung zum GewichtsausgleichWeight balancing device

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich
von vertikal oder schräg bewegbaren Teilen einer
Werkzeugmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a device for weight compensation
of vertically or obliquely movable parts of a
Machine tool of the type specified in the preamble of patent claim 1.

Im Werkzeugmaschinenbereich wird das Gewicht von vertikal bewegten Maschinenteilen zur Verminderung der Antriebsleistung beim Anheben sowie zur Vergrößerung der Beschleunigung vielfach durch Gegengewichte ausgeglichen, die über
Rollenketten, Seile od. dgl. mit den zu bewegenden Maschinenteilen, z.B. den Fräseinheiten, Konsolen oder Querträgern, verbunden sind. Besonders bei komplexen Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren in Kompaktbauweise ist jedoch oftmals der Platz für derartige Gegengewichte und deren Führungsmittel nicht vorhanden. Darüber hinaus sind
insbesondere bei schweren Bearbeitungszentren massive Ge-In the machine tool sector, the weight of vertically moving machine parts is often compensated by counterweights in order to reduce the drive power when lifting and to increase the acceleration.
Roller chains, ropes or similar are connected to the machine parts to be moved, e.g. the milling units, consoles or cross beams. However, particularly in complex machine tools and machining centers with a compact design, there is often no space for such counterweights and their guide means. In addition,
especially in heavy machining centres massive

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gengewichte erforderlich, da die zu kompensierenden Gewichtskräfte bis über 1 to betragen können. Insbesondere bei Bearbeitungszentren in Kompaktbauweise werden auch hydraulische oder hydropneumatische Systemen mit einem oder mehreren Druckmittelzylindern zum Gewichtsausgleich der vertikal beweglichen Maschinenteile eingesetzt. Allerdings sind bei diesem Gewichtsausgleich technisch aufwendige Einrichtungen zur Druckmittelversorgung und Steuerglieder zur Einstellung und Aufrechterhaltung des Druckes in den Zylindern notwendig.Counterweights are required because the weight forces to be compensated can be up to 1 ton. Particularly in compact machining centers, hydraulic or hydropneumatic systems with one or more pressure cylinders are used to balance the weight of the vertically moving machine parts. However, this weight compensation requires technically complex devices for supplying pressure medium and control elements for setting and maintaining the pressure in the cylinders.

Aus der JP-A-61146441 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Gewichtsausgleich von bewegten Bauteilen einer Werkzeugmaschine bekannt, die ein als langgestreckte Schraubenfeder ausgebildetes Federelement enthält, das mit einem Ende am rückwärtigen Teil eines Maschinenständers und mit seinem oberen Ende an einem im Maschinenteil gelagerten Schwenkarm befestigt ist. Ein das vertikal bewegliche Bauteil bildender Spindelkopf ist durch einen über eine Laufrolle geführten Zugstrang am freien Ende des Schwenkarmes befestigt. Durch Verschwenken dieses Schwenkarms wird der Spindelkopf angehoben und abgesenkt, wobei die Schraubenfeder für einen begrenzten Gewichtsausgleich sorgt. Diese bekannte Vorrichtung ist aufgrund des vorgesehenen Schwenkarmes sperrig und für größere Vertikalbewegungen von schweren Maschinenteilen ungeeignet, da die dafür benötigten hochfesten Schraubenfedern sich stark ändernde Federkennlinien und nur geringe maximale Spannweiten haben.JP-A-61146441 discloses a generic device for balancing the weight of moving components of a machine tool, which contains a spring element designed as an elongated helical spring, which is attached at one end to the rear part of a machine stand and at its upper end to a swivel arm mounted in the machine part. A spindle head forming the vertically movable component is attached to the free end of the swivel arm by a tension cord guided over a roller. By pivoting this swivel arm, the spindle head is raised and lowered, with the helical spring ensuring limited weight compensation. This known device is bulky due to the swivel arm provided and is unsuitable for larger vertical movements of heavy machine parts, since the high-strength helical springs required for this have strongly changing spring characteristics and only small maximum spans.

Ferner ist aus dem DE-ü-84 01 943 eine Vorrichtung zur Abdeckung von Führungsbahnen an Werkzeugmaschinen mit einem rollbaren Abdeckband bekannt, die ein Gehäuse, eine darin koaxial befestigte Achse, eine an der Achse mit ihrem inneren Ende befestigte Spiralfeder und eine auf der Achse drehbare Wickeltrommel für das Abdeckband aufweist. DieFurthermore, from DE-ü-84 01 943 a device for covering guideways on machine tools with a rollable cover strip is known, which has a housing, an axle coaxially fixed therein, a spiral spring fixed to the axle with its inner end and a winding drum for the cover strip that can rotate on the axle. The

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Wickeltrommel besteht aus mindestens zwei Scheiben, wobei das äußere Ende der Spiralfeder über die Wickeltrommel mit einem Ende des Abdeckbands verbunden ist. Beim Ausziehen des Abdeckbandes mit Hilfe eines motorisch angetriebenen Schlittens wird die Spiralfeder gespannt und hält damit das Abdeckband unter Spannung. Bei einer Rückwärtsbewegung des Schlittens entspannt sich die Spiralfeder teilweise und bewirkt damit das Aufwickeln des Abdeckbandes und seines Einzuges in das Gehäuse. Zur Vermeidung von Korrosion der Spiralfeder sind die Scheiben der Wickeltrommel über Gleitdichtungen gegenüber dem Umfang der Achse abgedichtet, wodurch der Federraum gegen äußere Einflüsse geschützt wird.The winding drum consists of at least two disks, with the outer end of the spiral spring being connected to one end of the cover strip via the winding drum. When the cover strip is pulled out using a motor-driven carriage, the spiral spring is tensioned and thus keeps the cover strip under tension. When the carriage moves backwards, the spiral spring relaxes partially and thus causes the cover strip to be wound up and pulled into the housing. To prevent corrosion of the spiral spring, the disks of the winding drum are sealed against the circumference of the axle using sliding seals, which protects the spring chamber against external influences.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die einfach und kompakt aufgebaut ist und einen Gewichtsausgleich auch schwerer Bauteile ohne aufwendige Druckmittelversorgungen und Steuereinrichtungen ermöglicht. The object of the invention is to provide a generic device which is simple and compact in design and enables weight compensation even of heavy components without complex pressure medium supplies and control devices.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features specified in patent claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann besonders die Gewichtskraft vertikal oder schräg bewegbarer Maschinenteile mit einfachen Mitteln ganz oder teilweise ausgeglichen werden. Dadurch kann die für ein Anheben der Maschinenteile benötigte Antriebsleistung verringert werden. Der Vorschubantrieb wird beim Anheben auch größerer Massen geringer belastet und es sind größere Beschleunigungen erreichbar.The device according to the invention makes it possible to compensate in whole or in part for the weight of machine parts that can be moved vertically or at an angle using simple means. This means that the drive power required to lift the machine parts can be reduced. The feed drive is subjected to less load when lifting even larger masses and greater accelerations can be achieved.

Zweckmäßige Ausführungsformen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Expedient embodiments and advantageous refinements of the invention are specified in the subclaims.

So enthält die Vorrichtung in einer besonders zweckmäßigen Ausführung mehrere parallelgeschaltete Spiralfedern, dieIn a particularly practical embodiment, the device contains several spiral springs connected in parallel, which

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zwischen dem zu bewegenden Maschinenteil und einem feststehenden Bauteil angeordnet sind. Durch mehrere Spiralfedern kann die Federkennlinie optimal an die bestehenden Anforderungen angepaßt werden. Darüber hinaus ist eine Sicherheit für den Fall vorhanden, daß an einer der Spiralfedern ein Bruch oder dgl. auftritt.between the machine part to be moved and a fixed component. By using several spiral springs, the spring characteristic can be optimally adapted to the existing requirements. In addition, there is a safety feature in the event that one of the spiral springs breaks or something similar occurs.

In einer nach außen weitgehend abgeschlossenen Ausführung ist das innere Ende des Spiralfedern an einer Achse und das äußere Ende an einem zur Achse konzentrischen Gehäuse befestigt. Die Achse kann feststehend angeordnet und das Gehäuse drehbar ausgeführt sein. Es kann aber auch das Gehäuse fixiert und die Achse drehbar ausgeführt sein.In a design that is largely closed on the outside, the inner end of the spiral spring is attached to an axle and the outer end to a housing that is concentric with the axle. The axle can be fixed and the housing can be rotatable. However, the housing can also be fixed and the axle can be rotatable.

Bei einer Ausführung mit feststehender Achse und bewegbarem Gehäuse ist dieses mit dem zu bewegenden Maschinenteil in vorteilhafter Weise über einen Zahnriemen verbunden, der große Belastungen aufnehmen kann und sich bei Anheben des Maschinenteils auf den zweckmäßigerweise trommeiförmigen Mittelteil des Gehäuses aufwickelt. Zur Verbindung des Gehäuses mit dem verschiebbaren Maschinenteil können aber auch andere Zugelemente verwendet werden.In a design with a fixed axle and a movable housing, the latter is advantageously connected to the machine part to be moved via a toothed belt that can bear large loads and winds itself onto the conveniently drum-shaped middle section of the housing when the machine part is lifted. However, other tension elements can also be used to connect the housing to the movable machine part.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die nebeneinander angeordneten Spiralfedern durch Distanzscheiben voneinander getrennt. Dadurch kann eine unerwünschte Reibung zwischen den einzelnen Federn verhindert werden.According to a further practical embodiment, the spiral springs arranged next to one another are separated from one another by spacers. This can prevent undesirable friction between the individual springs.

Zur Vorspannung der Spiralfedern kann an der Achse ein entsprechender Verstellflansch vorgesehen sein, der über Radialbohrungen gedreht und in einer gewünschten Winkelstellung über stirnseitige Befestigungsschrauben oder dgl. an einer Winkelkonsole oder einem anderen feststehenden Maschinenteil befestigt werden kann.To preload the spiral springs, a corresponding adjustment flange can be provided on the axle, which can be rotated via radial bores and fastened in a desired angular position via front-side fastening screws or the like to an angle bracket or another fixed machine part.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of advantageous embodiments with reference to the drawing. They show:

Fig. 1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Gewichtsausgleich;Fig. 1 is a highly simplified schematic representation of a first embodiment of a device for weight compensation;

Fig. 2 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Gewichtsausgleich;Fig. 2 is a longitudinal section of another embodiment of a weight compensation device;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie I-I von Fig. 2;Fig. 3 is a cross-section along the line I-I of Fig. 2;

Fig. 4 die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung mit einem Zahnriemen und seitlichen Winkelstützen in einer Perspektivansicht; undFig. 4 shows the device shown in Figs. 2 and 3 with a toothed belt and lateral angle supports in a perspective view; and

Fig. 5 die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung an einem zum Teil dargestellten Spindelstock eines Vertikal-Bearbeitungszentrums. Fig. 5 shows the device shown in Fig. 4 on a partially shown headstock of a vertical machining center.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zum Gewichtsausgleich eines bewegbaren Maschinenteils einer Werkzeugmaschine enthält eine Spiralfeder 1 aus einem spiralförmig aufgewickelten Federstahlband, deren inneres Ende 2 an einer in zwei Seitenteilen 3 und 4 eines ortsfesten Stützelements 5 drehbar gelagerten Achse 6 und deren äußeres Ende 7 an einem festen Verbindungssteg 8 zwischen den beiden Seitenteilen 3 und 4 des Stützelements 5 befestigt sind. Auf den beiden über die Seitenteile 3 und 4 seitlich vorstehenden Enden der in den beiden Seitenteilen 3 und 4 über entsprechende Lager 9 drehbar gelagerten Achse &bgr; ist jeweils eine Rolle 10 bzw. 11 drehfest montiert. An den Rollen 10 und 11 sind die oberen Endteile zweier an einemThe device for balancing the weight of a movable machine part of a machine tool, shown schematically in Fig. 1, contains a spiral spring 1 made of a spirally wound spring steel strip, the inner end 2 of which is attached to an axis 6 rotatably mounted in two side parts 3 and 4 of a stationary support element 5 and the outer end 7 of which is attached to a fixed connecting web 8 between the two side parts 3 and 4 of the support element 5. A roller 10 or 11 is mounted in a rotationally fixed manner on the two ends of the axis β projecting laterally beyond the side parts 3 and 4 and which is rotatably mounted in the two side parts 3 and 4 via corresponding bearings 9. The upper end parts of two rollers 10 and 11 are attached to the rollers 10 and 11.

Maschinenteil 12 fixierten Seile 13 und 14 befestigt und zum Auf- und Abrollen beim Anheben bzw. Absenken des Maschinenteils 12 geführt. Bei entsprechender Vorspannung der Spiralfeder 1 kann so die Gewichtskraft des zu bewegenden Maschinenteils 12 über die Federkraft ganz oder teilweise ausgeglichen werden. Dadurch kann die für das Anheben des Maschinenteils 12 benötigte Antriebsleistung eines Vorschubantriebs deutlich verringert werden und es reichen kleiner dimensionierte Antriebsmotoren für den Vorschubantrieb aus.The machine part 12 is fixed to ropes 13 and 14 and guided for rolling up and down when the machine part 12 is raised or lowered. With appropriate pre-tension of the spiral spring 1, the weight of the machine part 12 to be moved can be fully or partially compensated by the spring force. This means that the drive power of a feed drive required for lifting the machine part 12 can be significantly reduced and smaller drive motors are sufficient for the feed drive.

In den Fig. 2 bis 5 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gewichtsausgleich an einem vertikal verfahrbaren Spindelstock eines Vertikal-Bearbeitungszentrums gezeigt. Bei dieser Ausführung sind vier aus einem Federstahlband mit Rechteckquerschnitt bestehende Spiralfedern 15 bis 18 um eine Achse 19 innerhalb eines Gehäuses 20 angeordnet. Das Gehäuse 20 enthält gemäß Fig. 2 eine zur Achse 19 konzentrische Trommel 21 und zwei endseitige Lagerdeckel 22 und 23, durch die das Gehäuse über Lager 24 und 25 auf der Achse 19 drehbar gelagert ist. Die einzelnen Spiralfedern 15 bis 18 sind zur Verhinderung einer Reibung oder sonstigen gegenseitigen Beeinflussung über Distanzscheiben 26 voneinander getrennt. Durch einen Absatz 27 an der einen Seite der Achse 19 und eine an der anderen Seite der Achse 19 befestigbare Endscheibe 28 ist das Gehäuse 20 mit den Lagern 24 und 25 in Axialrichtung fixiert. Bei einer anderen Ausführung kann aber auch das Gehäuse fixiert die Achse drehbar ausgeführt sein, wie dies bei der Prinzipdarstellung von Fig. 1 gezeigt ist.2 to 5 show a specific embodiment of a device according to the invention for weight compensation on a vertically movable headstock of a vertical machining center. In this embodiment, four spiral springs 15 to 18 consisting of a spring steel strip with a rectangular cross-section are arranged around an axis 19 within a housing 20. According to FIG. 2, the housing 20 contains a drum 21 concentric with the axis 19 and two end bearing covers 22 and 23, by means of which the housing is rotatably mounted on the axis 19 via bearings 24 and 25. The individual spiral springs 15 to 18 are separated from one another by spacers 26 to prevent friction or other mutual influences. The housing 20 is fixed in the axial direction with the bearings 24 and 25 by a shoulder 27 on one side of the axis 19 and an end plate 28 that can be fastened to the other side of the axis 19. In another embodiment, however, the housing can be fixed and the axis can be rotatable, as shown in the schematic diagram of Fig. 1.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist das innere Ende 29 jeder Feder 15 bis 18 über einen seitlichen Schlitz 30 an der Achse 19 befestigt. Das äußere Ende 31 der Federn 15 bis 18 ist zur Befestigung an der Trommel 21 um einen Stab 32 umgebo-As can be seen from Fig. 3, the inner end 29 of each spring 15 to 18 is attached to the axle 19 via a lateral slot 30. The outer end 31 of the springs 15 to 18 is bent around a rod 32 for attachment to the drum 21.

gen, der sich in einer entsprechenden Ausnehmung in der
Trommel 21 in Axialrichtung der Achse 19 erstreckt. An der Außenseite der Trommel 21 ist außerdem eine Klemmleiste 33 zur Befestigung eines in Fig. 4 dargestellten Zahnriemens
34 angeschraubt, über den die Trommel 21 des drehbaren Gehäuses 20 mit einem in Fig. 5 nur zum Teil dargestellten
und durch einen nicht gezeigten Vorschubantrieb in der Vertikalachse verfahrbaren Spindelstock 35 verbunden ist.which is located in a corresponding recess in the
Drum 21 extends in the axial direction of the axis 19. On the outside of the drum 21 there is also a clamping strip 33 for fastening a toothed belt shown in Fig. 4
34, over which the drum 21 of the rotatable housing 20 is connected to a
and is connected to a headstock 35 which can be moved in the vertical axis by a feed drive (not shown).

Die Achse 19 ist gemäß der Fig. 4 und 5 in nach vorne vorstehenden Stützteilen 36 und 37 zweier Winkelstützen 38 und 39 verdrehgesichert gehaltert. Über die beiden Winkelstützen 38 und 39 ist die Vorrichtung zum Gewichtsausgleich an einem feststehenden Teil der Werkzeugmaschine befestigbar. An eine Ende der Achse 19 ist ein besonders in Fig. 2 erkennbarer
Flansch 40 mit Radialbohrungen 41 zur Einstellung einer Vorspannung der Spiralfedern 15 bis 18 vorgesehen.
Über nicht dargestellte seitliche Befestigungsschrauben ist die Achse 19 zur Beibehaltung einer eingestellten Vorspannung z.B. gegenüber dem Stützteil 37 in einer bestimmten
Winkelstellung fixierbar.According to Fig. 4 and 5, the axis 19 is held in a rotationally secured manner in the forwardly projecting support parts 36 and 37 of two angle supports 38 and 39. The device for weight compensation can be attached to a fixed part of the machine tool via the two angle supports 38 and 39. At one end of the axis 19, a
Flange 40 with radial bores 41 for adjusting the preload of the spiral springs 15 to 18.
By means of lateral fastening screws (not shown), the axis 19 is fixed in a certain position to maintain a pre-set preload, e.g. against the support part 37.
Angle position can be fixed.

Durch die vorstehend beschriebene und der Zeichnung dargestellte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Gewicht z.B. einer in der Vertikalachse verfahrbaren
Bearbeitungseinheit ausgeglichen werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt,
sondern kann auch zum Gewichtsausgleich anderer vertikal
oder schräg verfahrbarer Maschinenteile eingesetzt werden.By means of the above-described and illustrated embodiment of a device according to the invention, the weight of, for example, a vertically movable
processing unit. However, the invention is not limited to this embodiment,
but can also be used to balance the weight of other vertical
or inclined machine parts.

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Claims

1. Device for balancing the weight of vertically or obliquely movable components of a machine tool with

- a spring element ( 1 ; 15 to 18 ) for generating a counterforce counteracting the weight of the movable component ( 12 ), one end of which is attached to a stationary machine part ( 8 , 9 ), and

- a flexible tension cord ( 13 , 14 ; 34 ) which is kinematically connected to the spring element and to the movable component ( 12 ; 35 ),

characterized in that

- the spring element is designed as a spiral spring ( 1 ; 15 to 18 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the spring element contains several spiral springs ( 15 to 18 ) arranged parallel next to one another in a housing drum ( 20 ), the inner ends ( 29 ) of which are fastened to an axis ( 19 ) and the outer ends ( 31 ) of which are fastened to the housing drum ( 20 ) concentric with the axis ( 19 ).

3. Device according to claim 2, characterized in that the axis ( 19 ) is fixed and the housing drum ( 20 ) is rotatably mounted.

4. Device according to claim 2, characterized in that the housing drum ( 20 ) is fixed and the axis ( 19 ) is rotatably mounted.

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing drum ( 20 ) is connected to the movable component ( 35 ) via a toothed belt ( 34 ) forming the flexible traction element.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the plurality of spiral springs ( 15 to 18 ) are arranged next to one another and are axially spaced from one another by spacers ( 26 ).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring(s) ( 1 ; 15 to 18 ) consist of spring steel strip with a rectangular cross-section.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a device ( 40 , 41 ) for prestressing the spiral spring(s) ( 1 ; 15 to 18 ) is provided.

9. Device according to claim 8, characterized in that the device ( 40 , 41 ) for pre-tensioning the spiral springs ( 15 to 18 ) contains an adjusting flange ( 40 ) formed on the axis ( 19 ) which can be fixed in predetermined angular positions.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tension cord ( 34 ) is designed as a band or toothed belt and has a width adapted to the length of the housing drum ( 20 ).