DE3218084C3 - Vorrichtung zum erzeugen einer stelldrehbewegung - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Stelldrehbewegung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen; das Reaktionsstelldrehmoment ist dabei entgegengesetzt gleich dem Stelldrehmoment, vermindert um die zur Deckung der Reibungsverluste benötigten Drehmomente.

Eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patent- to anspruchs i genannten Merkmalen wird unter der Bezeichnung »Elektrospanner« von der Firma Paul Forkardt KG, Düsseldorf, gefertigt und vertrieben. Sie ist in der zugehörigen Finnendruckschrift 500.01.7 D 1979 beschrieben.

Dieser Elektrospanner kann in eine Arbeitsspindel einer Drehmaschine integriert sein und läuft dann mit dieser um. Da &ngr;&agr;&tgr;. Antriebsmotor des Elektrospanners aus »gesehen« die Arbeitsspindel mithin »stationär« ist, bleibt die Funktion von einer etwaigen Spindeldrehung unabhängig, ungeachtet der Tatsache, daß dieser Elektrospanner nur für die Ansteuerung im Stillstand vorgesehen ist.

Selbst wenn man diese bekannte Vorrichtung auch für Ansteuerung während des Spindeicrmlaufs auslegen würde, unterläge sie erheblichen Beschränkungen. Bei hohen Drehzahlen nämlich, die für Arbeitsspindel zur Ausnutzung der Qualitäten moderner Werkzeugmaterialien unabdingbar sind, muß beim Anlauf und Auslauf der Spindel das erhebliche Trägheitsmoment des Motors mit beschleunigt bz-.v. verz"gert werden, und die mechanische Festigkeit de- Motorbauteile vermag bei sehr hohen Drehzahlen auch nicb mehr den dann auftretenden Fliehkräften standzuhalten.

Aufgebe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die auch bei sehr hohen Spindeldrehzahlen die Übertragung einer von außen aufgeprägten Verstellbewegung auf das mitumlaufende Eingangsorgan eines Bewegungswandlungssystems ermöglicht.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Lösung ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Demgemäß ist mit dem Abstützorgan und dem Eingangsorgan des Bewegungswandlungssystems ein Überlagerungsgetriebe derart gekuppelt, daß eine vom Abstützorgan abgenommene Drehung solange synchron auf das Eingangsorgan übertragen wird, solange keine Verstellbewegung erforderlich ist. Nur wenn diese vorzunehmen ist, wird dieser Synchrondrehbewegung eine Verstelldrehbewegung überlagert, das heißt, zu ihr addiert b/w. von ihr subtrahiert, wobei der eigentliche Stellantrieb nur die - meist relativ niedrige - Verstelldreh/ahl zu liefern braucht. Für die Eingabe des Verstelldrehmoments kommen praktisch nur die mechanische oder magnetische Aufschaltung infrage. Der entsprechende Wandler braucht nicht mit der Spindel mitum/ulaufen.

Hs ist anzumerken, daß aus der DF-OS 28 46 337 der Vorschlug entnehmbar ibt, die Spannbacken eines Futters während des Spindelumlaufs z. B. in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl hydraulisch oder auch elektrisch zu verstellen, doch sind Mittel zur Überwindung der oben geschilderten, bei hohen Drehzahlen auftretenden Festigkeitsprobleme dieser Druckschrift nicht entnehmbar.

Ausfuhrungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer teilgeschnittener Darstellung,

Fig. 2 zeigt im Axialschnitt eine erste Ausführungsform für ein Überlagerungsgetriebe gemäß der Erfindung,

Fig. 3 stellt analog zu Fig. 2 eine abgewandelte / usführungsform dar,

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform mit einem mechanischen Überlagerungsgetriebe, angewandt bei einer Drehmaschinenspindel,

Fig. 5 stellt die Ausführungsform nach Fig. 4 derart abgewandelt dar, daß sich ein Koaxial-Aufbau ergibt,

Fig. 6 zeigt eine weitere Variante der Ausführungsforrn nach Fig. 2,

Fig. 7 zeigt einen Anwendungsfall der Vorrichtung, und die Darstellung könnte beispielsweise die Bauteile unterhalb der Linie 7-7 in Fig. 1 umfassen, und

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Art und Weise, in der die Ansteuersignale für den Stellwandler gewonnen werden können.

In Fig. 1 ist schematisch die Spinde! 100 gezeigt, mittels Wälzlagern 102 in einem Gehäuse 104 gelagert. Über eine Riemenscheibe 106, einen Keilriemen 108 und eine Motorausgang^c.welle 110 wird die Spindel 100 zum Umlauf angetrieben.

In der Zeichnung rechts vom Gehäuse trägt die Spindel einen Arbeitskopf 112, beispielsweise ein Spannfutter für ein Werkstück oder ein Werkzeug. Am anderen Spindelende ist ein Bewegungswandlungssystem an die Spindel 100 angeflanscht, dessen Aufbau hier nicht detailliert dargestellt ist; man erkennt aber ein mit der Spindel starr verbundenes Abstützorgan 114, ein relativ zu diesem verdrehbares Eingangsorgan 116 - im Abstuizorgän bei 118 kugeigelagert - und Übertragungskörper 120, die die Relativdrehung der beiden Organe auf nicht gezeigte, in der Spinde! 100 untergebrachte Bauteile weiterleiten.

Das Abstützorgan 114 ist über einen Riemen 122 mit dem Synchronisier-F.ingang eines Überlagerungsgetriebes 124 gekuppelt, hier mit einer auf einem Außenrotor 126 sitzenden Riemenscheibe 128. In analoger Weise ist der Summierausgang des Überlagerungsgetriebes 124, in Form einer Riemenscheibe 130, die auf einer; Innenrotor 132 sitzt, über einen Riemen 134 mit dem Eingangsorgan 116 verbunden. Die beiden Rotoren sind ineinander und im Gehäuse 104 reibungsarm drehbar gelagert.

Außerhalb der beiden koaxialen Rotoren befindet sich ein Stator 140 als Teil eines Wandlers.

Dieser Wandler soll wie folgt arbeiten:

Wird ihm von außen keine Energie zugeführt, sollen das Abstützorgan 114 und das Hingangsorgan 116 mit genau gleicher Drehzahl umlauten. Fs sei der Einfachheit halber angenommen, daß die Riemen 122 und 134 Zahnriemen seien und die Hingriffsdurchmesser der durch sie gekoppelten Scheiben ebenfalls genau gleich sind. Dann sollen - immernoch bei fehlender Ansteuerung des Stators 140 - auch die beiden Rotoren 126 und 132 mit genau gleicher Drehzahl umlaufen. Dies wird durch die Pfeile 138 symbolisiert. Wird nun der Stator 140, der den Energiewandler für den Überlagerungscingang des Getriebes 124 darstellt, mit Stellenergie angesteuert, so soll unabhängig von der jeweiligen Spindeldrehzahl ein entsprechendes zusätzliches Drehmoment allein auf den Innenrotor 132 übertragen werden, was dann zu der gewünschten Relalivdrehung des Eingangsorgans 116 bezüglich des Abstützorgans 114 führt. Dies

wird durch die Pfeile 142 symbolisiert.

Es sei bereits an dieser Stelle angemerkt, daß die Zwangssynchronisation durch Zahnriemen oder andere mechanische Mittel nicht zwingend ist. Werden Übertragungselemente verwendet, die Schlupf zulassen, etwa Keilriemen, muß aber dann eine Rückmeldung der jeweiligen IST-Winkelposition des Eingangsorgans 116 relativ zum Abstützorgan erfolgen, damit dem Stator entsprechende, etwaigen Schlupf kompensierende Signale zugeführt werden können.

Im folgenden werden nun konkrete Ausfuhmngsformen des Überlagerungsgetriebes, zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 2, erläutert.

Das hier dargestellte Überlagerungsgetriebe 224 arbeitet elektromagnetisch.

Der Ißiienrotor 232 trägt drei magnetisch leitende Ringe 244 &sgr;, 2446 und 244 c, an deren Axialenden jeweils außen Polzähne 246 a, 2466 bzw. 246f vorgesehen sind. Die Polzähne am einen Ende jedes der drei Ringe stehen axial ausgefluchtet mit den Polzr.hnen am anderen Ende desselben Rings.

Der Außenrotor 226 umfaßt, voneinander durch magnetisch nichtleitende Stütz- und Distanzringe 248 im Abstand gehalten, magnetisch leitende Zwischenringpaare 250 a, 2506 bzw. 2SOc, wobei die Zwischenringe jedes Paares »a«, »b« bzw. >,c« voneinander ebenfalls durch Distanzringe 252a bzw. 2526 bzw. 252c getrennt sind.

Auch die Zwischenringe 250 tragen Polzähne, die den Polzähnen der jeweiligen Ringe 244 gegenüberstehen. ;a

Der Stator besteht aus drei Jochringen 254a, 254 b und 254c, jeweils mit einer eingelegten Wicklung 256a, 256b. 256c, die getrennt von einem (nicht dargestellten) Steuergerät über die Zuleitungen 258a-c mit Spannung beaufschlagt werden können.

Es sei zunächst angenommen, daß nur die Wicklung 256a mit Gleichstrom beaufschlagt wird. Dabei entsteht ein Magnetfeld, das in Fig. 2 mit dem Pfeil 260 angedeutet ist und die Tendenz hat, die Polzähne der Zwischenringe 250a mit den Polzähnen 246a des Rings 244a derart auszufluchten, daß der Luftspalt zwischen einander gegenüberstehenden Zähnen minimal ist. Diese Wirkung tritt unabhängig davon ein, welche Winkellage das aus Innen- und Außep-otor bestehende System relativ zu dem Stator 240 einimmt, da die Ringe <5 244 und die Zwischenringe 250 jeweils in sich geschlossen sind.

Die magnetische Kupplung zwischen innen- und Außenrotor bleibt also auch beim Spindeiumlauf erhalten, der mittels Riemen 27.2 auf den Außenrotor 226 übertragen und mittels Riemen 234 von dem Innenrotor abgenommen und zum Eingangsorgan des Bewegungswandlungssystems übertragen wird. Der Luftspalt 257 bildet dabei den Überlagerungseingang des Getriebes.

Es sei angenommen, daß die Polzähne 2466 und 246r in ihrer Winkellage bezüglich des Innenrotors 232 mit der der Polzähne 246a übereinstimmen, das heißt, daß sämtliche Polzähne des Innenrotors axial ausgefluchtet stehen. Dies trifft aber nicht zu für die Winkellage der Zwischenringe 2506 und 250c: Deren Polzähne sind 60i jeweils gegenüber der Winkellage des Zwischenrings 25Oo um ein Drittel einer Zahnteilung in der einen bzw, der anderen Umfangsrichtung versetzt. Durch Umschalten der Spannung von der Wicklung 256a auf die Wicklung 2566 erfolgt demgemäß eine Drehung des innenrotors um ein Drittel'Polzahnteilung, durch Weiterschalten auf Wicklung 256c um ein weiteres Drittel, durch Weiterschalten zurück zu Wicklung 256a schließlich wird eine Relativdrehung von Innen- und Außenrotor um eine ganze Zahnteilung erreicht Die Vorrichtung arbeitet demgemäß sehr ähnlich einem Schrittschaltmotor. - Es versteht sich, daß die Winkelversetzung der Polzähne auch am Innenrotor anstatt am Außenrotor vorgesehen sein könnte; ebenso könnte man auch anstelle eines Wanderfeldes mit axialer Wanderrichtung ein solches mit radialer Wanderrichtung verwenden, wobei dann einander gegenüberstehende, die Polzähne tragenden Planscheiben vorgesehen werden.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 entsprechen der Aufbau des Innenrotors 332 und des Außenrotors 326 genau dem nach Fig. 2, so daß hier eine erneute Erläuterung überflüssig ist. Die Magnetfelder werden hiei jedoch nicht durch elektrische Umsteuerung zum axialen, zyklischen »Wandern« gebracht, sondern werden durch Permanentmagnete erzeugt und durch mechanische Bewegung umgeschaltet.

Zu diesem Zwecke ist außerhalb des Audenrotors 326 ein weiterer, hier als »Stellroton- bezeichneter und bei 362 kugelgelagerter Hohlzylinder 364 vorgesehen, der mittels einer Stellmotorwelle 366 relativ zu dem Gehaust- 304 verdrehbar ist. Der Stellrotor weist einen Aufbau analog dem des Innenrotors auf mit dem Unterschied, daß die Polzähne auswärts gewandt sind. Den Polzähnen des Stellrotors 364 stehen die Polzähne von Permanentmagnelringen 368 gegenüber, wobei alle Polzähne der letzteren - analog zu den Polzähnen des Innenrotors 332 - gleiche Winkelposition haben, während die Polzähne des Stellrotors, wie oben für die Polzähne des Außenrotors beschrieben, um jeweils ein Drittel Polzahnteilung in Umfangsrichtung versetzt sind. Die Magnetisierungsrichtung der Magnetringe 36S ist durch N. S angedeutet. Wirksam ist jeweils dasjenige Magnetsystem, bei dem die Winkelposition des Stellrotors minimalen Luftspalt zwischen den Poizähnen von Stellrotor und Magnetringen herbeiführt. Durrh Verdrehen des Stellrotors relativ zu dem Gehäuse 304 erfolgt die Umschaltung der Magnetfelder von System zu System, wie man leicht erkennt. Es versteht siel dabei, daß der Stellrotor an der Spindeldrehung nicht teilnimmt; die Magnetfelder sind aber in jeder Winkellage des Systems Innenrotor/Außenrotor wirksam, da sich durch Drehung dieses Systems nichts am Luftspalt 370 zwischen Außenrotor und Stellrotor ändert. - Man kann leicht erkennen, daß abstelle des Stellrotors eine stationäre Hülse gleichen Aufbaus vorgesehen sein könnte, wenn man dafür die Permanentmagnetringe 368 gemeinsam verdrehbar anordnet.

In der Ausführungsforni nach Fig. 4 wird die Spindel 400 di.~k: an dem mit ihr starr verbundenen Abstützorgan 414 von einem Spindelantriebsmotor 410 über einen Riemen 408 ai.getrieben. Das Eingangsorgan 416 erhält seinen Antrieb über Riemen 434 von einer Riemenscheibe 430. 3eim Spindelaufbau ist angedeutet, daß eine Verdrehung des Eingangsorgans relativ zur Spindel zu einer Axialverlagerung eines Zug/Druckrohrs 401 fünrt, welche ihrerseits eine Radialverlagerung von Spannbacken 411 eines Spannfutters 412 zur Folge hat; der prinzipielle Aufbau solcher Kraftspannfutter ist bekannt und braucht daher hier nicht erläutert zu werden.

Das Überlagerungsgetriebe 424 umfaßt eine Sonnenradwelle 426, die von dem Riemen 408 drehrichtungskorrekt - wie zeichnerisch angedeutet - mitgenommen wird. Sie trägt ein Sonnenrad 472, das über Planetenräder 474 mit einem Innenzahnkranz 476 in Eingriffsver-

bindung steht. Die Planetenräder 474 sind auf Zapfen 478 eines Planetenträgers 480 gelagert, der seinerseits auf der Antriebswelle eines Stellmotors 482 sitzt. Der Innenzahnkranz trägt auf einem Axialfortsatz 484, der auf der Sonnenradwelle 426 wälzgeiagert ist, die Riemenscheibe 430. - Die Konstruktion derartiger Planetengetriebe ist an sich bekannt. - Es sei zunächst angenommen, daß die Übersetzungsverhältnisse so gewählt sind, daß bei Stillstand des Planetenträgers 480 die Welle 426 synchron mit dem Innenzahnkranz 476 derart umläuft, daß keine Relativdrehung zwischen Eingangsorgan 416 und Abstützorgan 414 erfolgt. Der Stellmotor 482 kann dann eine Relativdrehung beider durch Ansteuerung in der einen oder anderen Drehrichtung herbeiführen; die Zapfen 478 sind dabei als der Überlagerungseingang des Getriebes anzusehen.

Bevorzug? Ht jetlnc-h die Übersetzung derart zu wählen, daß bei einer mittleren Drehzahl des Stellmotors keine Relativdrehung der Organe 414/416 erfolgt, da eine Steuerung des Stellmotors ausgehend von dieser mittleren Drehzahl leichter beherrschbar ist. In dieser Ausführungsform wird also unmittelbar ein mechanisches Drehmoment in das Überlagerungsgetriebe eingespeist.

Fig. 5 stellt eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 4 dar, bei der das Planetengetriebe koaxial zur Arbeitsspindel 500 angeordnet ist. Auf der Spindel, die selbst bei 502 gelagert ist, sitzt wälzgelagert bei 586 ein Planetenträgerring 580, auf dessen Zapfen 578 Planetenräder 574 drehbar gelagert sind. Sie wälzen sich einerseits auf dem Sonnenzahnkranz 572 der Spindel 500, andererseits auf dem Innenzahnkranz 576 ab, der an einem fest im Gehäuse 504 sitzenden Ring 505 ausgebildet ist. Auf den Zapfen 578 sitzt jeweils noch ein zweites Planetenritzel 588 und wird von dem Zapfen beim Umlauf des Pianetenträgers mitgenommen. Es wälzt sich einerseits auf einer Außenverzahnung 590 des Eingangsorgans 516, andererseits auf einer Innenverzahnung 592 eines Verstellringes 594 ab, der relativ zum Gehäuse drehbar gelagert und über einen Zahnriemen 596 oder in anderer Weise von einem (nicht dargestellten) Stellmotor antreibbar ist.

Bei einer Verdrehbewegung des Ringes 594 verdreht sich das Eingangsorgan 516 relativ zur Spindel, die zugleich das Abstützorgan darstellt. Das Eingangsorgan ist mittels Kugeln 520 auf der Spindel 500 gelagert, weiche die Übertragungskörper eines Wälzgewindetriebs bilden, dessen Außengewindegänge auf der Spindel, dessen Innengewindegände in dem Eingangsorgan in Form von Laufnllen mit sphärischem Profil und vorgegebener Steigung ausgebildet sind, so daß bei einer Relativdrehung des Eingangsorgans 516 dieses zugleich eine relative Axialbewegung längs der Spindel 500 ausführt. Die Verzahnungen 588/590 kommen dabei nicht außer Eingriff, da die letztere eine entsprechend größere Axiallänge hat. Diese Axialverlagerungen des Eingangsorgans werden über einen Druckflansch 598 auf das Zug/Druckrohr 501 übertragen.

Fig. 6 zeigt einen Anwendungsfall der Vorrichtung, die unter Bezugnahme auf Fig. 2 oben erläutert wurde. Hier ist die Vorrichtung am Hinterende einer Drehmaschinenspindel 600, also auf der dem Futter abgewandten Seite des Spindelkastens 604, angeordnet und dient dazu, über ein Zug/Druckrohr 601 die Backen des Futters zu betätigen.

An die Spindel 600 ist das Absrützorgan 614 des Bewegungswandlungssystems in Form einer Spindelverlängerung angeflanschL Das Eingangsorgan 616 hat die Form einer langgestreckten hülsenartigen Wälzgewindemutter, die mittels >Välzgewinderollen 620 auf dem zugehörigen Außengewinde eines Rindes 631 abgestützt, geradegeführt und abwälzbar ist. Der Ring 631 ist starr mit dem Rohr 601 verbunden, und zwar über Mitnehmersektoren 633, die durch Führungsschlitze 635 des Abstützorgans 614 greifen und dafür sorgen, daß das Rohr 601 zwar sine Axialverlagerung relativ zu diesem, nicht jedoch eine Drehung bezüglich der Spindel ausführen kann. Wird jetzt das Eingangsorgan relativ zu dem Abstützorgan in der unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläuterten Weise verdreht, so erfolgt entsprechend der Wälzgewindesteigung eine Axialverlagerung des Zug/Druckrohrs 601.

Sobald die Spannbacken oder das Rohr 601 selbst auf einen seine weitere Axialverlagerung bremsenden Widerstand stößt, wenn also beispielsweise die Spannbacken auf ein zu spannendes Werkstück autlaulen, soll durch weiteres Verdrehen des Eingangsorgans eine Kraftspeicherung erfolgen. Zu diesem Zweck ist das Eingangsorgan 616 an beiden Enden über Stirnkugellager 637 an mit dem Abstützorgan umlaufenden Druckringen 635 abgestützt, hinter denen sich ringförmige Elastomer'edern 659 befinden. Sobald das Rohr 601 »aufläuft«, beginnt das Eingangsorgan 616 in entgegengesetzter Richtung eine Axialverlagerung unter Kompression der entsprechenden Elastomerfeder. Die magnetische Einspeisung des Drehmoments ist gleichwohl möglich, weil die Polzähne 646 entsprechend verbreitert sind, und zwar nach beiden Seiten um den maximal zulässigen Kompressionsfiub »rf«. - Mit dem dem Spindelkasten 604 abgewandten Druckring 639 sind Bolzen 641 verbunden, die einen mitumlaufenden Meßring 643 tragen. Dessen Axiallage »&Lgr;« bezüglich eines Distanzfühlers 645 liefert, bei bekannter Federkennlinie der Elastorr.erfedern 659, ein Maß für die gespeicherte Kraft.

Fig. 7 zeigt, wie beispielsweise die Vorrichtung, die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, in dem Teil unterhalb der Linie 7-7 verwendet werden könnte.

Das relativdrehbar, aber axialfest bei 711 in dem Abstützorgan 714 gelagerte Eingangsorgan 716 bewirkt bei Relativdrehung mittels des Rollenwälzgewindetriebes 720 eine Axialverlagerung der über Mitnehmer 713 axialverschieblich, aber drehfest mit dem Abstützorgan 714 verbundenen Muffe 715, die über die Mitnehmer 713 auch das Zug/Druckrohr 701 entsprechend relativ zur Spindel 700 verschieben, mit der das Abstützorgan starr verbunden ist. Die Riemen 708, 722 und 734 entsprechen in ihrer Funktion den Riemen 108 bzw. 122 bzw. 134 aus Fig. 1. Das Rohr 701 wirkt über Winkelhebel 709 auf einen radialverschieblichen Stahlhalter 707, der z. B. einen Ausdrehstahl 705 für ein Werkstück 703 hält. Derartige Umlenkhebelkonstruktionen sind an sich bekannt. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann jetzt während des Umlaufs eine Verstellung erfolgen.

Die Spindel 700 trägt einen Meßzahnkranz 725, und auch das Eingangsorgan 716 trägt einen Meßzahnkranz 727, denen jeweils ein z. B. induktiver Geber 729 zugeordnet ist. Die Absolutanzahl der vorbeilaufenden Zähne, mittels elektronischen Zählern leicht erfaßbar und vergleichbar, liefert ein Maß für die Winkellage der Spindel 700 und des Eingangsorgans 716 und ermöglicht damit auch die Bestimmung der jeweiligen ReIativwinkellage. Man kann auch die Anzahl der pro Zeiteinheit vorbeilaufender Zähne bestimmen und erhält damit Angaben bezüglich der relativen Drehzahlen.

Die so erfaßten IST-Daten können mittels einer Regeleinrichtung zu Steuersignalen für den Verstellantrieb benutzt werden. Hierfür ist das in den Fig, 5-7 als Bewegungswandlungssystem verwendete Wälzschraubgetriebe besonders geeignet, weil es dank seiner Reibupgsarmut ermöglicht, daß man bei Wahl entsprechend kleiner Wälzgewindesteigungen mit geringen zu installierenden Verstelleistungen auskommt. Es versteht sich aber, daß die Erfindung nicht auf ein derartiges Bewegungswandlungssystem beschränkt ist; es kann sich um irgendwelche anderen mechanischen oder auch hydraulischen Ausführungen handeln. Man kann für die Steuerung oder Regelung die bei modernen Werkzeugmaschinen (auf die aber der Gegenstand der Erfindung hinsichtlich seiner Anwendbarkeit keineswegs beschränkt ist) meist ohnehin vorhandene NC-Steuerung entsprechend ergänzen. Im Falle der Ausführungsform nach Fig. 3 oder 4 kann man sogar dieselben Stellmotortypen verwenden wie sonst für die Vorschübe benutzt; im Falle der Fig. 2 ist noch ein spezieller Umsetzer erforderlich.

Fig. 8 zeigt in Blockform eine Regelung für die Spannkraft etwa bei der Vorrichtung nach Fig. 6. - Für die Bearbeitung eines bestimmten Werkstücks sei ein Drehzahlprogramm &eegr; = f(t) vorgegeben, und die Spannkraft des Futters soll dabei einem Programm F_R = /O) folgen, weil z. B. während eines Schrupparbeitsganges hohe Spannkräfte benötigt werden, die während des Schlichtens zurückgenommen werden, um die elastisciie Deformation des Werkstücks zu verringern. Auf die Spannbacken wirken außerdem noch drehzahlabhängige Fliehkräfte, die ebenfalls durch entsprechende Änderung der Spannkraft zu kompensieren sind. Die bei einer bestimmten Backenposition auftretenden Fliehkräfte kann man vor Beginn der Arbeit messen man kann hierfür die Ausgangssignale des Distanzfühlers 645 verwenden - und tabellarisch oder als Funktion F =f(n) abspeichern, so daß sie während der Arbeit in Abhängigkeit von den zugehörigen Drehzahl-»Adressen« abgerufen werden können. Diese Daten n, F_R und F₄ werden als Führungsgrößen einer Zentraleinheit ZE aufgeschaltet, die daraus eine Führungsgröße w für die Regeleinrichtung R bildet. Die von diesem erzeugte Stellgröße y steuert den Stellmotor M oder - im Falle der Fig. 6 - den Generator für die Frequenz der den Stellwicklungen aufzuschaltenden Polwechsel. Geregelt wird die Spannkraft .v&ldquor;, die mittels des Meßumformers - Elastomerfedern 635 plus Distanzfühler 645 in Fig. 6 ~ MU in die Meßgröße x_al umgesetzt wird.

Es versteht sich, daß der Kraftspeicherauch nichtumlaufend vorgesehen sein könnte und daß die Messung der Sparnkraft auch auf andere Weise, etwa über die Leistungsaufnahme des Stellmotors, erfolgen könnte. Ferner ist nur bei den beschriebenen Ausführungsformen ein Bewegungswandlungssystem vorgesehen, bei dem die Drehbewegung in eine Axialverlagerung umgesetzt wird; es versteht sich, daß auch andere Umsetzungen möglich sind, etwa nur eine Drehmomentwandlung.

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Claims (23)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Erzeugen emerStelldrehbewegung für das Verdrehen eines Eingangsorgans (116, 416, 516, 616, 716) relativ zu einem Abstützorgan (114, 414, 500, 614, 714) eines Bewegungswandlungssystems, dessen Ausgangsorgan die Veränderung der auf ein Werkstück ausgeübten Spannkraft oder die Verstellung einer mitumlaufenden Werkzeugschneide (705) bewirkt, wobei das Bewegungswandlungssystem mit einer von einem Spindelmotor (410) zum Umlauf antreibbaren Arbeitsspindel (100,400,500,600,700) - durch eine drehmomentübertragende Verbindung des Abstützorgans mit 'der Arbeitsspindel - miturnlaufend angeordnet ist und über dessen Abstützorgan das Reaktionsstelldrehmoment abgestützt ist, dadurch gekenzeichnet, daß ein Überlagerungsgetriebe (124, Fig. 2, Fig. 3, 424, 572&mdash;594) mit Synchronisiereingang (128, 226, 326, 426, 572), Überlagerungseingang (140, ISTa.b.c; 364,480,594) und Summierausgang (130, 232,332,430,588) vorgesehen ist, dessen Summierausgang drehmomentübertragend mit dem Eingangsorgan verbunden ist, dessen Synchronisiereingang drehmomentübertragend mit dem Abstützorgan verbunden ist, und dessen Überlagerungseingang für die Erzeugung einer mit einem Drehmoment zwischen Synchronisiereingang und Summierausgang verbundenen Stelldrehbewegung in Wirkverbindung mit einem Stellenenergiewandler (140, 254&sgr;, b, c und 256a. b, r; 482), gebracht ist, der stationär bezüglich mindestens eines der genannten Organe angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellenenergiewandler ein elektromagnetischer Wandler (244&mdash;256) für die Erzeugung magnetischer Wechselfelder ist, und daß die Wirkverbindung mit dem Überlagerungseingang (257) durch magnetische Kopplung erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellenenergiewandler (362&mdash;368) für die Umsetzung mechanischer Energie in Ener-

glV &Igr;1!&agr;£5111*1191.&Igr;1%&Iacgr; TT\,\,uai,llt»lUt*I aU3gt<UllUtl 131, UIC

mit dem Überlagerungseingang (370) magnetisch gekoppelt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellenenergiewandler ein elektromechanischer Wandler, vorzugsweise ein Elektromotor (482) ist, dessen Abtriebsmoment am Überlagerungseingang (478) eingespeist wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellenenergiewandler ein fluiddruck-mechanischer Wandler, vorzugsweise ein Druckluftmotor ist, dessen Abtriebsmoment am Überlagerungseingang eingespeist wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellenenergiewandler zur Erzeugung eines magnetischen Axial-Wandlerfeldes mit mehreren Phasen entsprechend einem magnetischen Drehfeld ausgebildet ist (Fig. 2, 3).

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Phase eine Wicklung (256fl, b, c) zugeordnet ist, die alternierend mit einer Frequenz ansteuerbar sind, welche die Stelldrehgeschwindigkeit bestimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialversetzung der Magnetfelder mittels eines mechanisch-magnetischen Feldkommutators (364/368) erfolgt

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungswandlungssystem (616/620/631) für die Umsetzung der Stelldrehbewegung in eine Axialverlagerung des Ausgangsorgans ausgebildet ist

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungswandlungssystem (714, 720, 716, 701, 709, 707) für die Umsetzung der Stelldrehbewegung in eine Radialbewegung eines Bauteils (7C5) bezüglich der Spindelachse ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungswandlungssystem ein Wälzschraubgetriebe (616/620/631; 716/ 720/715) umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzschraubgetriebe ein Rollenschraubgetriebe ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftspeicher (659) für die durch die Stelldrehbewegung über das Bewegungswandlungssystem erzeugte Kraft vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher mit der Spindel (600) mitumlaufend angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher als Feder (659) ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden

A nsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßorgan (645) für die durch die Slelldrehbewegung über das Bewegungswandlungssystem erzeugte Kraft vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Element (643) des Meßorgans mit der Spindel mitumlaufend angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher ein elastisch deformierbares Element (659) mit bekannter Kraft-Defutmution-Furiktion ist, und da" das Meßorgan (645) für die Erfassung der Deformation ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe koaxial bezüglich der Arbeitsspindel ausgebildet und angeordnet ist (Fig. 2, 3, 6).

20. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellenenergiewandler einen Servomotor umfaßt, der von einerNC-Steue- -rung ansteuerbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung (725/727/729) zum Erfassen der relativen Winkellage von Eingangsorgan und Abstützorgan.

22. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung für die Stellkraft.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung für die relative Winkellage.

Hierzu 8 Seite(n) Zeichnungen

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