DE102008031817A1

DE102008031817A1 - Vorrichtung zur Einstellung zumindest der Lage eines Körpers gegenüber einem Referenzkörper

Info

Publication number: DE102008031817A1
Application number: DE102008031817A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Wurst
Original assignee: Wurst Karl-Heinz Dr Ing
Current assignee: Wurst Karl-Heinz Dr Ing
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2009-12-31
Also published as: CN101612705A

Abstract

Hauptspindeln in Werkzeugmaschinen müssen bei Instandsetzungen oder Reparaturen häufig ausgetauscht werden. Hierbei treten Genauigkeitsprobleme auf, da die Maßtoleranzen zwischen der neuen und der auszutauschenden Spindel nicht gleich sind, so dass zumindest die Lage der Spindelachse nach dem Austausch neu eingestellt werden muss. Hierfür werden Unterlegleisten, Distanzleisten, Hülsen und dergleichen eingesetzt, mit denen die Einstellung jedoch sehr zeitaufwändig ist. Damit eine einfache Einstellung möglich ist, ist zwischen dem Referenzkörper und dem einzustellenden Körper wenigstens ein Doppelexzenter angeordnet, der aus zwei ineinander sitzenden Exzenterhülsen besteht, die relativ zueinander drehbar sind. Mit dem Doppelexzenter ist eine genaue und zeitsparende Einstellung möglich. Die Vorrichtung wird vorzugsweise zur Lage- und Orientierungseinstellung von Maschinenspindeln eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung zumindest der Lage eines Körpers gegenüber einem Referenzkörper nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Solche Körper sind beispielsweise Hauptspindeln in Dreh- und/oder Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren und dergleichen oder Gegenspindeln in Drehmaschinen von Spindelantriebssystemen in Werkzeugmaschinen. Bei Instandsetzungen oder Reparaturen müssen diese Spindeln häufig ausgetauscht werden. Hierbei treten häufig Genauigkeitsprobleme auf, da die Maßtoleranzen zwischen der neuen und der auszutauschenden Spindel nicht gleich sind, so dass die Lage und die Orientierung der Spindelachse nach dem Austausch neu eingestellt werden müssen. Hierzu werden die Lage und der Orientierung der Spindeln in der Werkzeugmaschine so abgestimmt, dass das zu montierende Spindelaggregat zu seinen Bezugskörpern oder -flächen mittels Unterlegleisten, Distanzleisten, Hülsen und dergleichen eingestellt wird. Hierzu werden die Distanzleisten und dergleichen auf die zuvor ermittelten Maße geschliffen. Diese bekannte Lage- und Orientierungseinstellung von Spindelachsen ist sehr zeitaufwändig. Die Einstellzeit beträgt wenigstens einen Tag. Insbesondere ist nachteilig, dass die zusätzlichen Einstellelemente (Leisten, Hülsen, Distanzbolzen und dergleichen) als zusätzliche Komponenten in die Maschinenstruktur eingebracht werden müssen und diese dann möglicherweise das dynamische Verhalten der Werkzeugmaschine beeinflussen.
Es ist bekannt ( DE 299 24 562 U1 ), eine Arbeitsspindel durch piezoelektrische Stellelemente zu kippen und zu verschieben, um eine Abweichung von der Solllage und der Sollorientierung zu korrigieren. Diese Anordnung ist sehr aufwändig, teuer und benötigt einen hohen Platzbedarf.
Es ist weiter bekannt ( DE 699 02 214 T2 ), die Korrektur eines Winkelfehlers einer Elektrospindel in einer Hülse durch Verdrehen von zwei Scheibensegmenten zu korrigieren. Dadurch können aber nur Winkelfehler, jedoch keine Positionierfehler der Achse der Spindel korrigiert werden.
Mit den bekannten Vorgehensweisen verschlechtert sich die mechanische Schnittstelle zwischen den zu verbindenden und in ihrer Lage einzustellenden Komponenten. Es muss hierfür in der Maschine Bauraum vorgesehen werden. Insbesondere muss die Zugänglichkeit zu dieser mechanischen Schnittstelle gewährleistet sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass eine Korrektur des Körpers gegenüber dem Referenzkörper in einfacher Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Körper mittels des Doppelexzenters um die Größenordnung der Exzentrizität der beiden Exzenterhülsen verschoben werden. Das neue Zentrum des Körpers kann einen Kreis mit dem Radius r = e (Exzentrizität) um die ideal zentrische Lage der Achse des Körpers beschreiben. Die Exzentrizität der einen Exzenterhülse kann mit der zweiten Exzenterhülse wieder ausgeglichen werden, so dass der in den beiden Exzenterhülsen untergebrachte Körper so verstellt werden kann, dass sich seine Achse in jedem Falle im ursprünglichen Zentrum befindet. Ist der Körper beispielsweise die Spindel eines Spindelaggregats, dann kann die Spindel mit Hilfe des Doppelexzenters exakt in ihre Solllage ver stellt werden, wenn sich die Achse der Spindel infolge von Fertigungstoleranzen nicht in der Solllage befindet. Dadurch ist der Austausch von Spindelaggregaten problemlos möglich. Sollte sich aufgrund von Fertigungstoleranzen die Achse der ausgetauschten Spindel nicht in der Solllage befinden, dann kann mittels der beiden ineinandersitzenden Exzenterhülsen die Spindelachse problemlos in die Solllage eingestellt werden.
Wird der Körper mit zwei mit Abstand voneinander liegenden Doppelexzentern gelagert, dann kann nicht nur die Lage, sondern auch die Orientierung des Körpers einfach eingestellt werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
1 in einem Radialschnitt zwei eine Welle umgebende Exzenterhülsen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 in einer Darstellung entsprechend 1 die beiden Exzenterhülsen in einer anderen Stellung,
3 zwei mit axialem Abstand einander gegenüberliegende Doppelexzenter mit jeweils zwei eine Welle umgebenden Exzenterhülsen,
4 im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die Vorrichtung dient dazu, die Lage und Orientierung von Maschinenspindeln möglichst einfach einstellen zu können. Anhand der 1 bis 3 wird das Funktionsprinzip erläutert. 1 zeigt als einzustellenden Körper eine Welle 1, die von einer Exzenterhülse 2 aufgenommen ist. Sie hat die Exzentrizität e. Die Exzenterhülse 2 ihrerseits ist von einer Exzenterhülse 3 aufgenommen, deren Exzentrizität vorteilhaft ebenfalls e beträgt. Die beiden Exzenterhülsen 2, 3 weisen vorteilhaft die gleiche Exzentrizität e auf, können aber auch unterschiedliche Exzentrizitäten haben. Die Welle 1 hat die Achse 4, die um das Exzentrizitätsmaß e aus der Solllage 5 in Z-Richtung verschoben ist. Diese Verschiebung der Wellenachse 4 wird dadurch erreicht, dass die Exzenterhülse 2 gegenüber der Exzenterhülse 3 so weit gedreht wird, dass das Exzentrizitätsmaß e erreicht wird. Aus dieser exzentrischen Lage kann die Wellenachse 4 wieder in ihre Solllage 5 zurückgestellt werden, indem die äußere Exzenterhülse 3 gegenüber der Exzenterhülse 2 verdreht wird. Auf diese Weise kann durch Relativverdrehung der Exzenterhülsen 2, 3 zueinander die Wellenachse 4 genau in die Solllage 5 eingestellt werden.
2 zeigt die Maximalverschiebung der Wellenachse 4, die dann erreicht wird, wenn die beiden Exzenterhülsen 2, 3 die gleiche maximale Exzentrizität in derselben Richtung haben. Da im Ausführungsbeispiel die beiden Exzenterhülsen 2, 3 die gleiche Exzentrizität e haben, beträgt die Maximalverschiebung der Wellenachse 4 2e.
Die Verschiebung der Wellenachse 4 erfolgt im Ausführungsbeispiel in Z-Richtung. Selbstverständlich ist jede Richtung der Auslenkung mit Hilfe der beiden Exzenterhülsen 2, 3 korrigierbar.
Die Exzenterhülse 2 liegt mit ihrem Außenmantel 6 am Innenmantel 7 der Exzenterhülse 3 an. In der jeweils eingestellten Lage werden die beiden Exzenterhülsen 2, 3 in noch zu beschreibender Weise miteinander verklemmt, so dass die Relativlage der beiden Exzenterhülsen 2, 3 einwandfrei gesichert ist.
Anhand der 1 und 2 ist die Korrektur der Lage der Wellenachse 4 beschrieben worden. Durch Anwendung von zwei Doppelexzentern, die jeweils die beiden Exzenterhülsen 2, 3 aufweisen, lässt sich auch die Orientierung der Welle 1 korrigieren bzw. einstellen. Die Welle 1 ist in 3 symbolisch durch die Verbindungslinie A gekennzeichnet. Der in 3 linke Doppelexzenter 2, 3 ist so eingestellt, dass die Wellenachse 4 die Solllage 5 einnimmt. Erreicht wird dies beispielhaft dadurch, dass die beiden Exzenterhülsen 2, 3 so gegeneinander verdreht sind, dass ihre beiden Exzentrizitäten e genau entgegengesetzt wirken.
Das in 3 rechte Ende der Welle 1 befindet sich in einer Lage, in der sich die Wellenachse 4 nicht in der Solllage 5 befindet, sondern von ihr Abstand e hat. Es ist daher notwendig, die Wellenachse 4 durch Betätigen des in 3 rechten Doppelexzenters 2, 3 in die Solllage 5 zu verstellen. Dies wird durch Drehen der beiden Exzenterhülsen 2, 3 erreicht. Dadurch lässt sich die Orientierung der Welle 1 so einstellen, dass das in 3 rechte Ende der Welle 1 mit seiner Achse 4 die Solllage 5 einnimmt.
Die Exzenterhülsen 2, 3 sind so ausgebildet, dass ihr Verstellmaß ausreicht, um Lage- und Orientierungsfehler der Welle 1 auszugleichen.
4 zeigt beispielhaft ein Spindelaggregat 8, in welches die beiden Doppelexzenter 2, 3 eingebaut sind. Das Spindelaggregat 8 hat ein Spindelgehäuse 9, in dem eine Spindel 10 als einzustellender Körper drehbar gelagert ist. Ihre beiden Enden stehen geringfügig axial über das Spindelgehäuse 9 vor. An beiden Enden ist die Spindel 10 durch Wälzlager 11, 12 drehbar in einer Zwischenhülse 13 abgestützt. Die Wälzlager 11, 12 befinden sich zwischen der Spindel 10 und der diese mit radialem Abstand umgebenden Zwischenhülse 13.
Im Bereich zwischen den Wälzlagern 11, 12 befindet sich ein Antrieb 14 zum Drehantrieb der Spindel 10. Der Antrieb hat einen drehfest auf der Außenseite der Spindel 10 sitzenden Rotor 15, der unter Bildung eines Luftspaltes 16 von einem Stator 17 umgeben ist, der an der Innenwand der Zwischenhülse 13 befestigt ist.
Auf der Außenseite der Zwischenhülse 13 sitzt nahe ihren beiden Enden jeweils eine Exzenterhülse 2. Jede Exzenterhülse 2 ist von der Exzenterhülse 3 aufgenommen. Die Exzenterhülsen 2, 3 an beiden Enden der Zwischenhülse 13 bilden die beiden Doppelexzenter, mit denen die Lage und die Orientierung der Spindel 10, wie anhand der 1 bis 3 beispielhaft erläutert, eingestellt werden kann. Die Exzenterhülsen 2, 3 sind in Höhe der Wälzlager 11, 12 angeordnet.
Die äußere Exzenterhülse 3 besteht aus zwei mit geringem axialen Abstand nebeneinander liegenden Hülsenteilen 3a, 3b, die durch Schrauben 18 zusammengehalten werden. Sie sind über den Umfang der Exzenterhülse 3 verteilt angeordnet. Die Schrauben 18 liegen versenkt in der äußeren Exzenterhülse 3.
Die innere Exzenterhülse 2 sitzt mit ihrer zylindrischen Innenseite 19 auf der Zwischenhülse 13. Der Außenmantel 6 der Exzenterhülse 2 ist ballig ausgebildet und hat im Axialschnitt konvexe Form. Die beiden Hülsenteile 3a, 3b sind an ihrer Innenseite 7 entsprechend ballig und konkav ausgebildet. Dadurch liegen die Hülsenteile 3a, 3b flächig mit ihrer Innenseite 7 auf der Außenseite 6 der Exzenterhülse 2 auf. Die ballige Gestaltung der aneinanderliegenden Flächen der beiden Exzenterhülsen 2, 3 ist erforderlich, um bei Orientierungsänderungen der Spindel 10 keine Verspannung in den Wälzlagern 11, 12 der Spindel 10 zu erhalten.
Die äußere Exzenterhülse 3 ist geringfügig breiter als die innere Exzenterhülse 2, so dass die beiden Exzenterhülsen zuverlässig miteinander zusammenwirken können. Die Exzenterhülsen 2 sind zwischen einer radialen Schulter 20, 21 am Außenmantel der Zwischenhülse 13 und einem Sicherungsring 22, 23 axial gesichert, der auf der Zwischenhülse 13 befestigt ist. Aufgrund der konkaven Gestaltung der Innenseite 7 der Hülsenteile 3a, 3b ist für sie eine zusätzliche axiale Sicherung nicht erforderlich.
Auf das in 4 linke Ende des Spindelgehäuses 9 ist eine Deckscheibe 24 aufgesetzt, die mit einem abgewinkelten Rand 25 auf der Außenseite des Spindelgehäuses 9 aufliegt und sich radial bis in Höhe der äußeren Exzenterhülse 3 so weit erstreckt, dass die Schrauben 18 von außen noch betätigt werden können.
Um die Lage und/oder die Orientierung der Spindel 10 einzustellen, werden zunächst die Schrauben 18 gelockert. Anschließend können die beiden Exzenterhülsen 2, 3 gegeneinander verdreht werden. Sobald die gewünschte Lage bzw. Orientierung erreicht ist, werden die Schrauben 18 angezogen und auf diese Weise die beiden Exzenterhülsen 2, 3 gegeneinander geklemmt. Dadurch können sich die Exzenterhülsen 2, 3 nach dem Einstellvorgang nicht mehr gegenseitig verdrehen.
Die Spindel 10 wird bei dieser Ausführungsform in Bezug auf das Spindelgehäuse 9 eingestellt. Die Ausrichtung der Spindel 10 erfolgt somit innerhalb des Spindelaggregates 8 und nicht gegenüber außerhalb des Spindelaggregates liegende Maschinenteile. Ist das Aggregat 8 jedoch in ein Trägergehäuse eingebaut, dann wird die Spindel 10 auf ihre Solllage in diesem Trägergehäuse eingestellt.
Die Ausrichtung der Spindel 10 in Bezug auf Lage und Orientierung kann über einen (nicht dargestellten) Bezugskörper erfasst werden, der mit Abstandssensoren versehen ist. Solche Bezugskörper mit Abstandssensoren sind bekannt und werden darum auch nicht näher erläutert. Die Bezugskörper werden in die Spindel 10 eingeführt, wobei die Abstandssensoren den Abstand zu einer Referenzfläche erfassen und aus den Maßpunkten Kreise ermitteln, deren Mittelpunkte berechnet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an beiden Enden der Spindel 10 Referenzflächen 26, 27 vorgesehen. Sie werden durch genau bearbeitete Zylinderflächen an der Innenwand der Spindel 10 nahe ihrer beiden Enden gebildet. Die Abstandssensoren des in die Spindel 10 eingeführten Bezugskörpers messen den Abstand zur Referenzfläche 26, 27, so dass die Lage und die Orientierung der Spindel 10 einfach ermittelt werden kann. Bei Lage- bzw. Orientierungsabweichungen werden die Exzenterhülsen 2, 3 relativ zueinander verdreht, bis die Abweichungen beseitigt sind. Bei der Bestimmung der Lage bzw. der Orientierung der Spindel 10 kann auch die Lage der Referenzflächen 26, 27 zu einer beliebigen Bezugsfläche an der Maschine ermittelt werden.
Mit der beschriebenen Ausbildung können Spindelaggregate 8 problemlos ausgewechselt und exakt eingestellt werden. Mit Hilfe der beiden ineinander gesetzten Exzenterhülsen 2, 3 kann die Achse der Spindel 10 innerhalb kürzester Zeit problemlos exakt eingestellt werden. Sollte die Spindelachse des ausgetauschten Spindelaggregates 8 aufgrund von Fertigungstoleranzen bezüglich der Soll- bzw. Referenzlage verstellt sein, dann lässt sich diese Lage mit Hilfe der beiden Exzenterhülsen 2, 3 exakt wieder einstellen. Der Stellbereich der Exzenterhülsen 2, 3 ist so groß, dass die Abweichung der Achse der Spindel 10 von der Solllage innerhalb dieses Stellbereiches (Exzentrizität) liegt.
Beim dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch die Verwendung von zwei Doppelexzentern die Möglichkeit geschaffen, die Spindel 10 nicht nur hinsichtlich ihrer Lage, sondern auch hinsichtlich ihrer Orientierung einzustellen. Bei einer einfacheren Ausführungsform ist nur ein Doppelexzenter 2, 3 vorgesehen, mit dem die Lage der Spindel 10 korrigiert werden kann.
Die Doppelexzenter 2, 3 können auch zwischen der Spindel 10 und Innenringen 28 der Wälzlager 11, 12 angeordnet sein. Das Wälzlager 11, 12 und der Doppelexzenter 2, 3 können auch eine Einheit bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29924562 U1 [0003]
- DE 69902214 T2 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Einstellung zumindest der Lage eines Körpers gegenüber einem Referenzkörper, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Referenzkörper (9) und dem Körper (1, 10) wenigstens ein Doppelexzenter (2, 3) angeordnet ist, der aus zwei ineinander sitzenden Exzenterhülsen (2, 3) besteht, die relativ zueinander drehbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterhülsen (2, 3) mit balligen Außen- bzw. Innenflächen (6, 7) aneinanderliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (6) der inneren Exzenterhülse (2) im Axialschnitt konvex gekrümmt und die Innenfläche (7) der äußeren Exzenterhülse (3) konkav gekrümmt verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Exzenterhülse (3) aus zwei nebeneinander liegenden Hülsenteilen (3a, 3b) besteht, die durch Schrauben (18) axial gegeneinander verstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hülsenteile (3a, 3b) der äußeren Exzenterhülse (3) durch die Schrauben (18) auf der inneren Exzenterhülse (2) verklemmbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) um eine Achse drehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) eine Spindel eines Spindelaggregates (8) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzkörper (9) ein Spindelgehäuse eines Spindelaggregates ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Exzenterhülsen (2, 3) zwischen dem Referenzkörper (9) und einer Zwischenhülse (13) angeordnet sind, in welcher der Körper (1, 10) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1, 10) durch Wälzlager (11, 12) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Exzenterhülsen (2, 3) zwischen dem Körper (1, 10) und einem Innenring (28) des Wälzlagers (11, 12) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (11, 12) und der Doppelexzenter (2, 3) eine Einheit bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelexzenter (2, 3) in Höhe des Wälzlagers (11, 12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung des Körpers (1, 10) durch zwei mit Abstand voneinander liegende Doppelexzenter (2, 3) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Exzenterhülsen (2, 3) gleiche Exzentrizität (e) haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Körper (1, 10) wenigstens eine Referenzfläche (26, 27) vorgesehen ist.