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WO2018210932A1 - Vorrichtung zum klemmen eines drehbar gelagerten wellenelements, insbesondere zum einsatz an einer werkzeugmaschine, und achsaufbau einer werkzeugmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum klemmen eines drehbar gelagerten wellenelements, insbesondere zum einsatz an einer werkzeugmaschine, und achsaufbau einer werkzeugmaschine Download PDF

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WO2018210932A1
WO2018210932A1 PCT/EP2018/062740 EP2018062740W WO2018210932A1 WO 2018210932 A1 WO2018210932 A1 WO 2018210932A1 EP 2018062740 W EP2018062740 W EP 2018062740W WO 2018210932 A1 WO2018210932 A1 WO 2018210932A1
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WO
WIPO (PCT)
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clamping ring
clamping
profile
pressure chamber
housing
Prior art date
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PCT/EP2018/062740
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English (en)
French (fr)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deckel Maho Pfronten GmbH
Original Assignee
Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2019563402A priority patent/JP7030848B2/ja
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Priority to EP18726105.2A priority patent/EP3475029B1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q16/00—Equipment for precise positioning of tool or work into particular locations not otherwise provided for
    • B23Q16/02—Indexing equipment
    • B23Q16/08—Indexing equipment having means for clamping the relatively movable parts together in the indexed position
    • B23Q16/10—Rotary indexing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0078—Safety devices protecting the operator, e.g. against accident or noise
    • B23Q11/0092—Safety devices protecting the operator, e.g. against accident or noise actuating braking or stopping means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q16/00—Equipment for precise positioning of tool or work into particular locations not otherwise provided for
    • B23Q16/02—Indexing equipment
    • B23Q16/08—Indexing equipment having means for clamping the relatively movable parts together in the indexed position
    • B23Q16/10—Rotary indexing
    • B23Q16/102—Rotary indexing with a continuous drive

Definitions

  • the present invention relates to a device for clamping a rotatably mounted shaft element, in particular for use on a machine tool.
  • the present invention relates to a device (clamping device or safety clamping device) for clamping or safety clamping of a rotatably mounted shaft element, in particular a shaft element of a pivoting or rotary axis of a machine tool.
  • the present invention relates to an axle assembly of a
  • Machine tool with such a device for clamping a rotatably mounted shaft member.
  • a machine tool axis is a structural unit of a machine tool which controls a relative movement of a tool relative to a workpiece to be machined with the tool.
  • machine tools may, on the one hand, comprise one or more linear axes for controlling a relative movement of a tool relative to a workpiece to be machined with the tool in a respective linear direction.
  • such machine tools may have so-called pivot or rotary axes for controlling a relative rotational or pivotal movement of the tool relative to the workpiece to be machined with the tool about a rotation or pivot axis.
  • pivoting or rotary axes are known here, by means of which a, the tool-carrying work spindle relative to the workpiece a pivot or rotation axis is pivotable or rotatable.
  • turntables, rotary tables or rotating tool tables are known, for example, on milling machines, universal machine tools or machining centers on which a workpiece can be clamped and by means of which the workpiece clamped on the tool table is pivotable or rotatable about a pivot or rotation axis
  • working spindles are known on machine tools which carry a workpiece or a tool and are set up to drive the clamped tool or the clamped workpiece about the spindle axis by means of a spindle shaft which is driven by a spindle motor.
  • rotating spindle or tool turrets are known to hold a plurality of spindles or tools and can be rotated about a turret axis.
  • the rotatably mounted shaft member is fixed in the non-driven, stationary state, especially for security reasons. It is provided in particular that such a fixation, clamping or safety clamping of a rotatably mounted shaft member on the one hand precisely clamped or solvable, preferably without delay of activation or clamping.
  • a device for clamping a rotatably mounted shaft member which may comprise features described below.
  • the device comprises a housing element, which preferably has an annular
  • the device comprises an elastically deformable, annular
  • Clamping ring element which is arranged in the housing element or the annular housing portion of the housing element.
  • the clamping ring element has a cross-sectional profile, with a first profile section, which extends radially inwardly, and which in particular radially projects through a circumferential, in particular annular, opening of the housing or annular housing portion to the rotatably mounted shaft member, and at least a second Profile section which extends transversely to the first profile section, in particular axially or in the axial direction.
  • the device comprises a pressure chamber which is formed in the housing element or the annular housing section of the housing element and preferably has at least one pressure chamber section, which is preferably arranged radially inwardly adjacent to the at least one second profile section of the clamping ring element.
  • the rotatably mounted shaft member is clamped in a rest state of the clamping ring member by frictional connection with the shaft member towards protruding first profile portion of the clamping ring member, and the non-positive connection between the shaft member and the first profile section is releasable to solve the clamping of the shaft member, preferably by the clamping ring member is deformed or deformed radially outwardly by pneumatic and / or hydraulic pressurization of the pressure chamber.
  • the apparatus can be easily, cost-reduced and provided compact in both the radial and axial directions, and easy and efficient maintenance can be enabled.
  • an inner diameter at the first profile section is smaller than an outer diameter of a circumferential contact section of the shaft element or a ring element fastened non-rotatably to the shaft element, which may be particularly preferably designed as a solid ring element or as a plurality of ring segment elements.
  • the first profile portion of the clamping ring element for non-positive connection to the rotating contact portion of the shaft member or on the shaft member rotatably mounted ring member, or on the ring element segments, pressed or pressed against this / these.
  • the device comprises a connection which can be connected to a pneumatic and / or hydraulic system and which is preferably connected to the pressure chamber via one or more fluid lines formed in the annular housing section of the housing element for pressurization.
  • the device includes a seal configured to seal an area between the first profile section and the pressure chamber.
  • the seal comprises two sealing ring elements, which are preferably arranged on respectively axially opposite sides of the first profile section of the clamping ring element.
  • the at least one second profile section and the first profile section of the clamping ring element together form substantially an L-shape. This does not exclude that other, additional and differing from the L-shape profile sections may be present.
  • an end portion of the at least one second profile section remote from the first profile section extends in the radial direction or at least transversely to the axial direction.
  • the cross-sectional profile of the clamping ring element has two second profile sections, which are preferably arranged on respectively axially opposite sides of the first profile section of the clamping ring element and / or extend transversely to the first profile section, in particular axially.
  • the two second form is preferably arranged on respectively axially opposite sides of the first profile section of the clamping ring element and / or extend transversely to the first profile section, in particular axially.
  • the pressure chamber comprises two pressure chamber sections, which are preferably each arranged on axially opposite sides of the first Profi labitess of the clamping ring element, and preferably each one of the two second profile sections of the clamping ring element are assigned.
  • each of the two pressure chamber sections is arranged radially inward with respect to the respective associated second profile section of the clamping ring element.
  • a first pressure chamber section is arranged radially inward with respect to the respective associated second profile section of the clamping ring element.
  • the at least one pressure chamber portion of the pressure chamber is annularly formed in the annular housing portion of the housing member.
  • an axle assembly of a machine tool comprising a housing, a rotatably mounted in the housing shaft member of a pivot, rotary or turret axis or a spindle of the machine tool, and a device for clamping the rotatably mounted shaft member according to a the above aspects, wherein the housing member of the device is preferably rotatably attached to the housing of the axle assembly.
  • FIG. 1 is an exemplary perspective view of a rotary axis apparatus of a machine tool according to an exemplary embodiment of the present invention
  • Fig. 2 shows an exemplary sectional view through an upper part of the rotary axis device of Fig. 1; 3 shows a detailed representation of a clamping device of the rotary axis device according to an exemplary embodiment of the present invention according to FIG. 2;
  • Fig. 4 shows a sectional view of an exemplary ring-shaped device designed for clamping a rotatably mounted shaft member according to an embodiment of the recordable present invention, which particularly at the Rundachsvorn 'rect according to Figs. 1 to 3 is installed; and
  • FIG. 5 shows an exemplary detailed illustration from FIG. 4.
  • Fig. 1 shows an exemplary perspective view of a rotary axis device
  • a rotary axis device 100 of a rotary axis of a machine tool is shown.
  • Such a rotary axis device 100 is, for example Can be used for a rotary axis of a rotatable tool table of a numerical machine tool.
  • the present invention is not limited to use on rotary axes of a machine tool. Furthermore, it is possible in other embodiments to provide a clamping device according to the invention on swivel, round or turret axes of a machine tool or on a work spindle of a machine tool.
  • the rotary axle device 100 comprises an outer housing 110, which is designed, for example, in the shape of a ring or substantially hollow cylinder. Inside the housing 110, a hollow shaft element 120 (hollow shaft element) is rotatably mounted as an example.
  • the present invention is not limited to the clamping of hollow
  • Shaft elements limited, but can be used for the clamping of any rotatable shaft elements, for example for hollow elements or solid profile elements.
  • the rotary axle device 100 can have a drive device (not shown) which is set up to rotatably drive the rotatably mounted shaft element 120 about an axis of rotation, for example by additionally provided transmissions or also by direct drive, for example by a torque motor.
  • a drive device not shown
  • the rotary axis apparatus 100 according to FIG. 1 comprises a
  • Clamping device 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the clamping device 200 comprises an annular housing element 220 and a connection 210 (pneumatic or hydraulic connection) arranged on the annular housing element 220.
  • connection 210 can be connected to a pneumatic and / or hydraulic system.
  • the port 210 is connectable to pressurize a hydraulic system since Hydraulic systems by the use of non-compressible fluids (eg oil or water) not only high pressures but also rapid pressure transfer or pressure propagation in the system allow and thus activation or deactivation of the clamping mechanism for clamping or releasing the clamp connection with fast response times and very low Delays is possible.
  • non-compressible fluids eg oil or water
  • FIG. 2 shows an exemplary sectional illustration through an upper part of the rotary axle device 100 from FIG. 1 with the clamping device 200.
  • FIG. 3 shows a detailed illustration of the clamping device 200 according to the exemplary embodiment of the present invention according to FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a sectional view of the device configured as an annular embodiment (clamping device 200) for clamping the rotatably mounted shaft element 120 according to an exemplary embodiment of the present invention, which in particular is provided on the rotary axis device 100 according to FIGS. 1 to 3 attached or installed.
  • FIG. 5 shows an exemplary detailed representation of the clamping device 200 according to FIG. 4.
  • the clamping device 200 comprises by way of example the housing element 220 already mentioned above, on which at least one connection 210 is arranged on the outside.
  • This connection 210 can be connected to a pneumatic and / or hydraulic system.
  • inner fluid lines 240 are arranged, which are connected to the terminal 210.
  • a pressure in the fluid lines 240 are acted upon, for example by means of a pressurized gas in the case of a connection of a pneumatic system or preferably by means of a non or substantially incompressible fluid (For example, water and / or oil) in the case of a connection of a hydraulic system.
  • a non or substantially incompressible fluid For example, water and / or oil
  • the housing element 220 or the fluid lines 240 in the housing element 220 are designed to allow high pressures or withstand high pressures, in particular for example a hydraulic pressure greater than or equal to 100 bar, preferably greater than or equal to 120 bar.
  • the fluid conduits 240 may be formed, for example, by bores in the housing member 220 which are sealed to the outside and sealed with screws.
  • the housing element 220 preferably comprises annular circumferential
  • an annular encircling clamping ring element 250 is arranged in the housing element 220 by way of example.
  • the clamping ring element 250 is preferably formed from an elastically deformable material, in particular an elastically deformable plastic or a hard rubber mixture.
  • the clamping ring element 250 is exemplarily radially outside with respect to the
  • Pressure chambers 270 arranged and borders in particular, for example, directly to the pressure chambers 270 at.
  • the clamping ring element 250 has by way of example a substantially T-shaped cross-sectional section in profile, wherein a central profile section 250c (radial section 250c) of the clamping ring element 250 is arranged extending radially inwards in the direction of the rotatably mounted shaft element 120 and extends away from the central profile section 250c (FIG. Radial portion 250c) of the clamping ring member 250 extend axially profile portions 250a and 250b (axial portions 250a and 250b) away from the central portion 250c of the clamping ring member 250 in the axial direction.
  • a transversely (radially) extending end portion and at the bottom Axialabperforming 250b of the clamping ring member 250 at the axial end a transversely (radially) extending end portion arranged to further stabilize the overall profile of the clamping ring member 250.
  • a second (lower) pressure chamber portion 270b of the pressure chamber 270 is disposed radially inward of the profile portion 250b (axial portion 250b) of the clamping ring member 250.
  • the central profile portion 250c (radial portion 250c) of the clamping ring member 250 extends, for example, radially inward toward the rotatably supported shaft member 120 and extends through an annular slot of the housing member 220 of the clamping device 200 into the hollow inner portion of the annular housing member 220, for example the middle profile section 250c (radial section 250c) of the clamping ring element 250 is, for example, in contact with a ring element 230 which is fastened rotationally fixed on the rotatably mounted shaft element 120, for example by means of screws.
  • the middle portion 250c (radial portion 250c) of the clamping ring member 250 also extends exemplarily to the hollow-shaped inner portion of the housing member 220 in the radial direction between two annular seal members 260a and 260b of a seal 260.
  • the seal members 260a and 260b of the seal 260 are adjacent to the pressure chamber portions 270a by way of example and 270b of the pressure chamber 270 and seal them to the slot of the housing 220 through which the central profile portion 250c (radial portion 250c) of the clamping ring member 250 extends radially inward to the rotatably mounted shaft member 120 and the ring member 230, respectively.
  • the clamping ring or the clamping ring element 250 is preferably adapted to a manufacturing-related undersize with respect to the ring member 230 and the outer diameter of the ring member 230 so that an inner diameter of the clamping ring member 250, in particular at an innermost point of the middle Profile portion 250c (radial portion 250c) of the clamping ring member 250 at rest is smaller than the outer diameter of the ring member 230th
  • the clamping ring element 250 clamps the ring element 230 non-positively in the idle state (in particular without pressurized pressure in the pressure chamber sections 270a and 270b) with the middle profile section 250c pressed onto the ring element 230.
  • the ring element 230 can be clamped in a rotationally fixed manner over the pressed-on middle profile section 250c (radial section 250c) of the clamping ring element 250, and thus also the shaft element 120 fixed in a rotationally fixed manner to the ring element 230.
  • the clamping device 200 according to the embodiment of Figs. 2 to 5 in such a way that the housing element 220 has an upper annular housing portion 220a and a lower annular housing portion 220b, which are fastened to each other in a simple manner, for example by means of screws.
  • the clamping device 220 By loosening the connection of the two housing sections 220a and 220b of the housing element 220, the clamping device 220 can be easily maintained or individual parts are replaced when worn.
  • the fluid lines 240 or the pressure chambers 270 can be cleaned in a simple manner and also the clamping ring element 250 and / or the sealing elements 260a and 260b can be exchanged in a simple and efficient manner by corresponding replacement elements.
  • the arrangement of the clamping ring member 250 and the pressure chamber portions 270a and 270b is symmetrical, such that the clamping ring member 250 on both sides in the axial direction of the central profile portion 250c (radial portion 250c) extending radially inward extending, respective upper and lower clamping ring portions 250a and 250b (axial portions 250a and 250b) are located, each associated with a radially inwardly disposed pressure chamber 270a and 270b.
  • the present invention is not limited to such embodiments in which the clamping ring member 250 has a particularly substantially T-shaped portion (with the profile sections 250a, 250b and 250c), but further embodiments are possible in which the axial sections with different dimensions are provided.
  • embodiments are possible in which only one axial section which extends in a direction axially away from it from an inwardly radially extending profile section (radial section) of the clamping ring element 250 is provided (eg by the Clamping ring element has a substantially L-shaped profile cross-section) and only a radially inwardly disposed pressure chamber is provided with respect to the one axial section.
  • the separately arranged ring element 230 is optional and further exemplary embodiments are possible in which a radially inwardly extending profile section (radial portion) of the clamping ring member 250 directly to the rotatably mounted shaft member 120 and at the Outer surface is applied and the rotatably mounted shaft member 120 can be clamped directly.
  • the ring member 230 may be provided either as a solid solid ring member or as a hollow member, e.g. with a substantially rectangular or substantially square cross-section.
  • the ring member may also be provided in a plurality of ring element segments, with or without spaces between the ring element segments.
  • Figs. 1 and 2 exemplarily shown rotary axis device 100 by way of example only on one axial side (by way of example at the top) a single clamping device 200, wherein the present invention is not limited to such embodiments and rather further exemplary embodiments are possible in which two or more clamping devices 200 at different axial positions of the rotatably mounted shaft member are arranged.
  • the present invention proposes a simply constructed and advantageous clamping concept for clamping devices, for example for use on round or swivel axes of machine tools, in which a rotatable shaft can be provided by pneumatically and / or hydraulically activatable clamping or release from the clamping
  • a rotatable shaft can be provided by pneumatically and / or hydraulically activatable clamping or release from the clamping
  • the clamping device can be made compact and simple, cost-reduced and easy to maintain, and in addition not only a quick switching between clamping and solution from the clamping can be brought about, but also given a high level of security is because at high clamping moments a solid, non-positive clamping state can be provided, even with pressure drop or system pressure loss in the connected pneumatic and / or hydraulic system.
  • connection pneumatic or hydraulic connection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Positioning Apparatuses (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Klemmen eines drehbar gelagerten Wellenelements, umfassend ein einen ringförmigen Gehäuseabschnitt aufweisendes Gehäuseelement (220), durch welches sich das drehbar gelagerte Wellenelement (120) in axialer Richtung erstreckt; ein elastisch verformbares, ringförmiges Klemmringelement (250), das in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt des Gehäuseelements (220) angeordnet ist, wobei das Klemmringelement (250) ein Querschnittsprofil aufweist, mit einem ersten Profilabschnitt (250c), der sich radial nach innen erstreckt und durch eine ringförmig umlaufende Öffnung des ringförmigen Gehäuseabschnitts zu dem drehbar gelagerten Wellenelement (120) radial hin ragt, und zumindest einem zweiten Profilabschnitt (250a bzw. 250b), der sich quer zu dem ersten Profilabschnitt (250c) erstreckt; und einer Druckkammer (270), die in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt des Gehäuseelements (220) ausgebildet ist und zumindest einen Druckkammerabschnitt (270a bzw. 270b) aufweist, der radial innenseitig benachbart zu dem zumindest einen zweiten Profilabschnitt (250a bzw. 250b) des Klemmringelements (250) angeordnet ist; wobei das drehbar gelagerte Wellenelement (120) in einem Ruhezustand des Klemmringelements (250) durch kraftschlüssige Verbindung mit dem zu dem Wellenelement (120) hin ragenden ersten Profilabschnitt (250c) des Klemmringelements (250) klemmbar ist, und wobei die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Wellenelement (120) und dem ersten Profilabschnitt (250c) zur Lösung der Klemmung des Wellenelements (120) lösbar ist, indem das Klemmringelement (250) durch pneumatische oder hydraulische Druckbeaufschlagung der Druckkammer (270) radial nach außen elastisch verformbar ist.

Description

VORRICHTUNG ZUM KLEMMEN EINES DREHBAR GELAGERTEN WELLENELEMENTS, INSBESONDERE ZUM EINSATZ AN EINER WERKZEUGMASCHINE, UND ACHSAUFBAU EINER WERKZEUGMASCHINE
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Klemmen eines drehbar gelagerten Wellenelements, insbesondere zum Einsatz an einer Werkzeugmaschine. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung (Klemmvorrichtung bzw. Sicherheitsklemmvorrichtung) zur Klemmung bzw. Sicherheitsklemmung eines drehbar gelagerten Wellenelements, insbesondere eines Wellenelements einer Schwenk- bzw. Rundachse einer Werkzeugmaschine. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Achsaufbau einer
Werkzeugmaschine mit einer derartigen Vorrichtung zum Klemmen eines drehbar gelagerten Wellenelements.
Hintergrund der Erfindung
Im Stand der Technik sind Werkzeugmaschinen, insbesondere numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen, mit mehreren steuerbaren Achsen bekannt. Eine Werkzeugmaschinenachse ist eine Baueinheit einer Werkzeugmaschine, die eine Relativbewegung eines Werkzeugs relativ zu einem mit dem Werkzeug zu bearbeitenden Werkstück steuert. Hierbei können Werkzeugmaschinen einerseits ein oder mehrere Linearachsen umfassen, zur Steuerung einer Relativbewegung eines Werkzeugs relativ zu einem mit dem Werkzeug zu bearbeitenden Werkstück in einer jeweiligen linearen Richtung. Zudem können derartige Werkzeugmaschinen sogenannte Schwenk- oder Rundachsen aufweisen zur Steuerung einer relativen Rotations- oder Schwenkbewegung des Werkzeugs relativ zu dem mit dem Werkzeug zu bearbeitenden Werkstück um eine Rotations- bzw. Schwenkachse.
Einerseits sind hier zum Beispiel an Fräsmaschinen, Universalwerkzeugmaschinen bzw. Bearbeitungszentren Schwenk- bzw. Rundachsen bekannt, mittels denen eine, das Werkzeug tragende Arbeitsspindel relativ zu dem Werkstück um eine Schwenk- oder Rotationsachse verschwenkbar bzw. rotierbar ist. Des Weiteren sind zum Beispiel an Fräsmaschinen, Universal-Werkzeugmaschinen bzw. Bearbeitungszentren Drehtische, Rundtische bzw. rotierende Werkzeugtische bekannt, auf denen ein Werkstück einspannbar ist und mittels denen das auf dem Werkzeugtisch aufgespannte Werkstück um eine Schwenk- bzw. Rotationsachse verschwenkbar bzw. rotierbar ist. Des Weiteren sind an Werkzeugmaschinen Arbeitsspindeln bekannt, die ein Werkstück oder ein Werkzeug tragen und dazu eingerichtet sind, mittels einer Spindelwelle, die von einem Spindelmotor angetrieben wird, das eingespannte Werkzeug bzw. das eingespannte Werkstück um die Spindelachse rotierend anzutreiben. An Drehmaschinen bzw. Drehzentren sind zudem rotierende Spindel- bzw. Werkzeugrevolver bekannt, die eine Mehrzahl von Spindeln bzw. Werkzeugen halten und um eine Revolverachse rotiert werden können.
Allen vorstehend genannten Revolver-, Rund- bzw. Schwenkachsen bzw. Spindeln ist es gemein, dass zumindest ein drehbar gelagertes Wellenelement vorhanden ist, das mittels eines Antriebs bzw. Achsantriebs um die Rotations- bzw. Wellenachse rotatorisch antreibbar ist.
Insbesondere bei größeren und massiveren Schwenk- bzw. Rundachsaufbauten ist es an Werkzeugmaschinen vorgesehen, dass das drehbar gelagerte Wellenelement im nichtangetriebenen, stillstehenden Zustand fixierbar ist, insbesondere auch aus Sicherheitsgründen. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, dass eine derartige Fixierung, Klemmung bzw. Sicherheitsklemmung eines drehbar gelagerten Wellenelements einerseits präzise klemmbar bzw. lösbar ist, bevorzugt ohne zeitliche Verzögerung der Aktivierung bzw. Klemmung. Andererseits ist es vorgesehen, dass die Sicherheitsklemmung in geklemmtem Zustand bei einfachem und bevorzugt kostenreduziertem Aufbau dennoch eine hohe Sicherheit bzw. eine feste Klemmung erlaubt, die insbesondere bis zu sehr hohen Drehmomenten von bevorzugt über 1000 Nm noch eine sichere und drehfeste Klemmung gewährleistet.
Aus den vorstehend genannten Gründen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, insbesondere zum Einsatz an einer Werkzeugmaschine eine Vorrichtung zum Klemmen einer drehbar gelagerten Welle bzw. eines drehbar gelagerten Wellenelements, insbesondere zum Einsatz an einer Rund- bzw. Schwenkachse einer Werkzeugmaschine, bereitzustellen, die bei einfachem, platzsparendem und kostenreduziertem Aufbau dennoch eine präzise ansteuerbare Klemmung bei gleichzeitig hohen Klemmleistungen ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Klemmen eines drehbar gelagerten Wellenelements gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 vorgeschlagen. Abhängige Ansprüche betreffen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Klemmen eines drehbar gelagerten Wellenelements vorgeschlagen, die folgend beschriebenen Merkmale umfassen kann. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuseelement, das bevorzugt einen ringförmigen
Gehäuseabschnitt aufweist oder bevorzugt ringförmig ausgestaltet ist, wobei das drehbar gelagerte Wellenelement sich in axialer Richtung durch einen Innenbereich des ringförmigen Gehäuses bzw. Gehäuseabschnitts erstreckend anordenbar ist. Die Vorrichtung umfasst ein elastisch verformbares, ringförmiges
Klemmringelement, das in dem Gehäuseelement bzw. dem ringförmigen Gehäuseabschnitt des Gehäuseelements angeordnet ist.
Das Klemmringelement weist ein Querschnittsprofil auf, mit einem ersten Profilabschnitt, der sich radial nach innen erstreckt, und welcher insbesondere durch eine umlaufende, insbesondere ringförmig umlaufende, Öffnung des Gehäuses bzw. ringförmigen Gehäuseabschnitts zu dem drehbar gelagerten Wellenelement radial hin ragt, und zumindest einem zweiten Profilabschnitt, der sich quer zu dem ersten Profilabschnitt, insbesondere axial bzw. in axialer Richtung, erstreckt.
Die Vorrichtung umfasst ein eine Druckkammer, die in dem Gehäuseelement bzw. dem ringförmigen Gehäuseabschnitt des Gehäuseelements ausgebildet ist und bevorzugt zumindest einen Druckkammerabschnitt aufweist, der vorzugsweise radial innenseitig benachbart zu dem zumindest einen zweiten Profilabschnitt des Klemmringelements angeordnet ist. Das drehbar gelagerte Wellenelement ist in einem Ruhezustand des Klemmringelements durch kraftschlüssige Verbindung mit dem zu dem Wellenelement hin ragenden ersten Profilabschnitt des Klemmringelements klemmbar, und die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Wellenelement und dem ersten Profilabschnitt ist zur Lösung der Klemmung des Wellenelements lösbar, bevorzugt indem das Klemmringelement durch pneumatische und/oder hydraulische Druckbeaufschlagung der Druckkammer radial nach außen elastisch verformbar ist bzw. verformt wird. Es ergibt sich ein Vorteil, dass im Ruhezustand ohne beaufschlagtem Druck in der
Druckkammer die Welle bzw. das drehbar gelagerte Wellenelement über das Klemmringelement geklemmt ist. Weiterhin ergibt sich ein Vorteil einer sehr effizienten Sicherheitsfunktion, da bei Ausfall des Pneumatik- oder Hydrauliksystems bzw. bei auftretenden Undichtigkeiten bzw. einem unerwünschten Abfall des Systemdrucks, zum Beispiel bis auf den Umgebungsdruck (z.B. äußerer Luftdruck), eine automatische Sicherheitsklemmung des Wellenelements ohne Verzögerung gewährleistbar ist.
Zusätzlich ergibt sich ein Vorteil, dass durch Druckbeaufschlagung in der Druckkammer ohne Verzögerungen durch elastische Verformung des Klemmringelements in Richtung radial nach außen die Klemmung des drehbar gelagerten Wellenelements schnell, einfach und effizient ohne Verzögerung möglich ist.
Weiterhin kann die Vorrichtung einfach, kostenreduziert und sowohl in radialer als auch axialer Richtung kompakt aufgebaut bereitgestellt werden, und eine einfache und effiziente Wartung kann ermöglicht werden.
In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen ist im Ruhezustand des Klemmringelements ein Innendurchmesser an dem ersten Profilabschnitt kleiner ist, als ein Außendurchmesser eines umlaufenden Kontaktabschnitts des Wellenelements oder eines an dem Wellenelement drehfest befestigten Ringelements, das insbesondere bevorzugt als Vollringelement oder als eine Mehrzahl von Ringsegmentelementen ausgebildet sein kann. Bevorzugt wird der erste Profilabschnitt des Klemmringelements zur kraftschlüssigen Verbindung an dem umlaufenden Kontaktabschnitt des Wellenelements oder am an dem Wellenelement drehfest befestigten Ringelement, oder an dessen Ringelementsegmenten, angepresst bzw. presst an diesen/diese an. In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung einen an ein Pneumatik- und/oder Hydrauliksystem anschließbaren Anschluss, der bevorzugt zur Druckbeaufschlagung über eine oder mehrere in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt des Gehäuseelements ausgebildete Fluidleitungen mit der Druckkammer verbunden ist.
In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine Dichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Bereich zwischen dem ersten Profilabschnitt und der Druckkammer abzudichten.
In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen umfasst die Dichtung zwei Dichtungsringelemente, die bevorzugt auf jeweils axial gegenüberliegenden Seiten des ersten Profilabschnitts des Klemmringelements angeordnet sind. In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen bilden der zumindest eine zweite Profilabschnitt und der erste Profilabschnitt des Klemmringelements zusammen im Wesentlichen eine L-Form aus. Dies schließt nicht aus, dass andere, zusätzliche und von der L-Form abweichende Profilabschnitte vorhanden sein können. In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen erstreckt sich ein von dem ersten Profilabschnitt entfernter Endabschnitt des zumindest einen zweiten Profi labschnitts in radialer Richtung oder zumindest quer zur axialen Richtung.
In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen weist das Querschnittsprofil des Klemmringelements zwei zweite Profilabschnitte auf, die bevorzugt auf jeweils axial gegenüberliegenden Seiten des ersten Profilabschnitts des Klemmringelements angeordnet sind und/oder sich jeweils quer zu dem ersten Profilabschnitt, insbesondere axial, erstrecken. In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen bilden die zwei zweiten
Profilabschnitte und der erste Profilabschnitt des Klemmringelements zusammen im Wesentlichen eine (bevorzugt liegende) T-Form aus. Dies schließt nicht aus, dass andere, zusätzliche und von der T-Form abweichende Profilabschnitte vorhanden sein können. In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen umfasst die Druckkammer zwei Druckkammerabschnitte, die bevorzugt jeweils auf axial gegenüberliegenden Seiten des ersten Profi labschnitts des Klemmringelements angeordnet sind, und bevorzugt jeweils einem der zwei zweiten Profilabschnitte des Klemmringelements zugeordnet sind.
In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen ist jeder der zwei Druckkammerabschnitte radial innenseitig in Bezug auf den jeweiligen zugeordneten zweiten Profilabschnitt des Klemmringelements angeordnet. In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen drückt eine
Druckbeaufschlagung in der Druckkammer bzw. dem Druckkammerabschnitt den zumindest einen zweiten Profilabschnitt des Klemmringelements radial nach außen, und bevorzugt drückt eine Druckbeaufschlagung in den Druckkammerabschnitten jeweils den zugeordneten zweiten Profilabschnitt des Klemmringelements radial nach außen.
In bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen ist der zumindest eine Druckkammerabschnitt der Druckkammer ringförmig umlaufend in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt des Gehäuseelements ausgebildet. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Achsaufbau einer Werkzeugmaschine vorgeschlagen, umfassend ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse drehbar gelagertes Wellenelement einer Schwenk-, Rund- oder Revolverachse oder einer Spindel der Werkzeugmaschine, und eine Vorrichtung zum Klemmen des drehbar gelagerten Wellenelements gemäß einem der vorstehenden Aspekte, wobei das Gehäuseelement der Vorrichtung bevorzugt drehfest an dem Gehäuse des Achsaufbaus befestigt ist.
Kurzbeschreibung der Figuren Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Perspektivdarstellung einer Rundachsvorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung durch einen oberen Teil der Rundachsvorrichtung aus Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung einer Klemmvorrichtung der Rundachsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 2;
Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung einer beispielhaft ringförmig ausgestalteten Vorrichtung zum Klemmen eines drehbar gelagerten Wellenelements gemäß einem Ausführungsbespiel der vorliegenden Erfindung, welches insbesondere an der Rundachsvorn'chtung gemäß den Figs. 1 bis 3 eingebaut ist; und
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Detaildarstellung aus Fig. 4.
Detaillierte Beschreibung der Figuren und bevorzugter
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
Im Folgenden werden Beispiele bzw. Ausführungsbespiele der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren können hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein.
Es sei hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt bzw. eingeschränkt ist, sondern weiterhin jegliche Modifikationen der Ausführungsbeispiel umfasst, insbesondere diejenigen die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfangs der unabhängigen Ansprüche umfasst sind. Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Perspektivdarstellung einer Rundachsvorrichtung
100 einer Werkzeugmaschine gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist beispielhaft eine Rundachsvorrichtung 100 einer Rundachse einer Werkzeugmaschine gezeigt. Eine derartige Rundachsvorrichtung 100 ist zum Beispiel einsetzbar für eine Rundachse eines rotierbaren Werkzeugtischs einer numerischen Werkzeugmaschine.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz an Rundachsen einer Werkzeugmaschine beschränkt. Weiterhin ist es in anderen Ausführungsbeispielen möglich, eine erfindungsgemäße Klemmvorrichtung an Schwenk-, Rund- bzw. Revolverachsen einer Werkzeugmaschine oder auch an einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine vorzusehen. Die Rundachsvorrichtung 100 umfasst beispielhaft ein äußeres Gehäuse 110, welches beispielhaft ringförmig bzw. im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Im Inneren des Gehäuses 110 ist bespielhaft ein hohles Wellenelement 120 (Hohlwellenelement) drehbar gelagert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Klemmung von hohlen
Wellenelementen beschränkt, sondern ist für die Klemmung jeglicher drehbarer Wellenelemente einsetzbar, zum Bespiel für Hohlelemente oder Vollprofilelemente.
Zudem kann die Rundachsvorrichtung 100 eine Antriebsvorrichtung (nicht gezeigt) aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das drehbar gelagerte Wellenelement 120 rotatorisch um eine Rotationsachse anzutreiben, zum Beispiel durch zusätzlich vorgesehene Getriebe oder auch durch Direktantrieb, zum Beispiel durch einen Torque- Motor. Beispielhaft umfasst die Rundachsvorrichtung 100 gemäß Fig. 1 eine
Klemmvorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Beispielhaft umfasst die Klemmvorrichtung 200 ein ringförmiges Gehäuseelement 220 und einen an dem ringförmigen Gehäuseelement 220 angeordneten Anschluss 210 (Pneumatik- oder Hydraulikanschluss).
Zur Aktvierung der Klemmung bzw. zum Lösen der Klemmung der Klemmvorrichtung 200 kann der Anschluss 210 an ein Pneumatik- und/oder Hydrauliksystem anschließbar sein. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Anschluss 210 zur Druckbeaufschlagung an ein Hydrauliksystem anschließbar, da Hydrauliksysteme durch die Verwendung von nichtverdichtbaren Fluiden (z.B. Öl oder Wasser) nicht nur hohe Drücke sondern auch eine schnelle Druckweitergabe bzw. Druckausbreitung im System ermöglichen und somit eine Aktivierung bzw. Deaktivierung des Klemmmechanismus zum Klemmen bzw. Lösen der Klemmverbindung mit schnellen Reaktionszeiten und sehr geringen Verzögerungen ermöglicht ist.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung durch einen oberen Teil der Rundachsvorrichtung 100 aus Fig. 1 mit der Klemmvorrichtung 200. Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung der Klemmvorrichtung 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung der beispielhaft ringförmig ausgestalteten Vorrichtung (Klemmvorrichtung 200) zum Klemmen des drehbar gelagerten Wellenelements 120 gemäß einem Ausführungsbespiel der vorliegenden Erfindung, welches insbesondere an der Rundachsvorrichtung 100 gemäß den Figs. 1 bis 3 an- bzw. eingebaut ist. Fig. 5 zeigt schließlich eine beispielhafte Detaildarstellung der Klemmvorrichtung 200 gemäß Fig. 4.
Gemäß den Figs. 2 bis 5 umfasst die Klemmvorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielhaft das bereits vorstehend erwähnte Gehäuseelement 220, an dem zumindest ein Anschluss 210 außenseitig angeordnet ist. Dieser Anschluss 210 ist an ein Pneumatik- und/oder Hydrauliksystem anschließbar.
Im Inneren des Gehäuseelements 220, welches beispielhaft ringförmig ausgebildet ist, sind innere Fluidleitungen 240 angeordnet, die mit dem Anschluss 210 verbunden sind.
Hierbei kann beispielhaft mittels eines angeschlossenen Pneumatik- und/oder Hydrauliksystems über den Anschluss 210 ein Druck in den Fluidleitungen 240 beaufschlagt werden, zum Beispiel mittels eines mit Druck beaufschlagten Gases im Falle eines Anschlusses eines Pneumatiksystems oder bevorzugt mittels eines nicht oder im Wesentlichen nicht komprimierbaren Fluids (zum Beispiel Wasser und/oder Öl) im Falle eines Anschlusses eines Hydrauliksystems. Bevorzugt ist das Gehäuseelement 220 bzw. sind die Fluidleitungen 240 in dem Gehäuseelement 220 dazu ausgelegt, hohe Drücke zu ermöglichen bzw. hohen Drücken standzuhalten, insbesondere zum Beispiel einen Hydraulikdruck größer oder gleich 100 Bar, bevorzugt größer oder gleich 120 Bar.
Wie in den beispielhaften Darstellungen der Figs. 2 bis 5 gezeigt, können die Fluidleitungen 240 zum Beispiel durch Bohrungen in dem Gehäuseelement 220 ausgebildet sein, die nach außen abgedichtet und mit Schrauben verschlossen sind. Weiterhin umfasst das Gehäuseelement 220 bevorzugt ringförmig umlaufende
Druckkammern 270, die mit den Fluidleitungen 240 verbunden sind, so dass ein über den Anschluss 210 auf die Fluidleitungen 240 aufgebrachter Druck auf die Druckkammern 270 mit beaufschlagt wird. Zusätzlich ist in dem Gehäuseelement 220 beispielhaft ein ringförmig umlaufendes Klemmringelement 250 angeordnet. Das Klemmringelement 250 ist bevorzugt aus einem elastischem verformbaren Material, insbesondere einem elastisch verformbaren Kunststoff bzw. einer Hartgummimischung ausgebildet. Das Klemmringelement 250 ist beispielhaft radial außenseitig in Bezug auf die
Druckkammern 270 angeordnet und grenzt insbesondere beispielhaft direkt an die Druckkammern 270 an.
Das Klemmringelement 250 weist beispielhaft einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnittsabschnitt im Profil auf, wobei ein mittlerer Profilabschnitt 250c (Radialabschnitt 250c) des Klemmringelements 250 sich radial nach innen in Richtung des drehbar gelagerten Wellenelements 120 erstreckend angeordnet ist und sich von dem mittleren Profilabschnitt 250c (Radialabschnitt 250c) des Klemmringelements 250 jeweils axiale Profilabschnitte 250a und 250b (Axialabschnitte 250a und 250b) von dem mittleren Abschnitt 250c des Klemmringelements 250 in axialer Richtung weg erstrecken.
Beispielhaft sind an dem bzw. zusätzlich zu dem T-förmigen Querschnittsabschnitt und insbesondere an dem oberen Axialabschnitt 250a des Klemmringelements 250 am axialen Ende ein quer (radial) verlaufender Endabschnitt und an dem unteren Axialabschnitt 250b des Klemmringelements 250 am axialen Ende ein quer (radial) verlaufender Endabschnitt angeordnet, um das Gesamtprofil des Klemmringelements 250 weiter zu stabilisieren. Weiterhin ist ein erster (oberer) Druckkammerabschnitt 270a der Druckkammer
270 radial innenseitig von dem oberen Profilabschnitt 250a (Axialabschnitt 250a) des Klemmringelements 250 angeordnet und ist ein zweiter (unterer) Druckkammerabschnitt 270b der Druckkammer 270 radial innenseitig in Bezug auf den Profilabschnitt 250b (Axialabschnitt 250b) des Klemmringelements 250 angeordnet.
Der mittlere Profilabschnitt 250c (Radialabschnitt 250c) des Klemmringelements 250 erstreckt sich beispielhaft radial nach innen, in Richtung des drehbar gelagerten Wellenelements 120 und erstreckt sich beispielhaft durch einen ringförmigen Schlitz des Gehäuseelements 220 der Klemmvorrichtung 200 in den hohlformigen Innenabschnitt des ringförmigen Gehäuseelements 220, so dass der mittlere Profilabschnitt 250c (Radialabschnitt 250c) des Klemmringelements 250 beispielhaft in Kontakt mit einem Ringelement 230 steht, das auf dem drehbar gelagerten Wellenelement 120 beispielhaft drehfest befestigt ist, z.B. mittels Schrauben. Der mittlere Abschnitt 250c (Radialabschnitt 250c) des Klemmringelements 250 erstreckt sich zudem beispielhaft zu dem hohlformigen Innenbereich des Gehäuseelements 220 in radialer Richtung zwischen zwei ringförmigen Dichtungselementen 260a und 260b einer Dichtung 260. Die Dichtungselemente 260a und 260b der Dichtung 260 grenzen beispielhaft an die Druckkammerabschnitte 270a und 270b der Druckkammer 270 an und dichten diese zu dem Schlitz des Gehäuses 220 ab, durch welchen sich der mittlere Profilabschnitt 250c (Radialabschnitt 250c) des Klemmringelements 250 nach radial innen zu dem drehbar gelagerten Wellenelement 120 bzw. dem Ringelement 230 erstreckt.
Der Klemmring bzw. das Klemmringelement 250 ist bevorzugt mit einem fertigungstechnisch bedingten Untermaß gegenüber dem Ringelement 230 bzw. dem Außendurchmesser des Ringelements 230 angepasst, so dass ein innerer Durchmesser des Klemmringelements 250, insbesondere an einer innersten Stelle des mittleren Profilabschnitts 250c (Radialabschnitt 250c) des Klemmringelements 250 im Ruhezustand kleiner ist als der Außendurchmesser des Ringelements 230.
Somit klemmt das Klemmringelement 250 im Ruhezustand (insbesondere ohne beaufschlagtem Druck in den Druckkammerabschnitten 270a und 270b) mit an das Ringelement 230 angepresstem mittleren Profilabschnitt 250c das Ringelement 230 kraftschlüssig.
Folglich kann im Ruhezustand des Klemmringelements 250 das Ringelement 230 über den angepressten mittleren Profilabschnitt 250c (Radialabschnitt 250c) des Klemmringelements 250 drehfest geklemmt werden, und somit auch das mit dem Ringelement 230 drehfest befestigte Wellenelement 120.
Dies hat den Vorteil, dass im Ruhezustand ohne beaufschlagtem Druck in den Druckkammern 270 die Welle bzw. das drehbar gelagerte Wellenelement 120 über das Klemmringelement 250 geklemmt ist.
Versuche der Erfinder haben hierbei ergeben, dass ein Klemmmoment von über 1000 Nm bei einfachem und kompaktem Aufbau in radialer als auch axialer Richtung erreichbar ist.
Weiterhin ergibt sich der Vorteil einer sehr effizienten Sicherheitsfunktion, da bei Ausfall des Pneumatik- oder Hydrauliksystems bzw. bei auftretenden Undichtigkeiten bzw. einem unerwünschten Abfall des Systemdrucks, zum Beispiel bis auf den Umgebungsdruck (z.B. äußerer Luftdruck), eine automatische Sicherheitsklemmung des Wellenelements 120 ohne Verzögerung gewährleistbar ist.
Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, dass durch Druckbeaufschlagung über den Anschluss 210 und die Fluidleitungen 240 durch die Fluidleitungsabschnitte 240a und 240b in die Druckkammerabschnitte 270a und 270b der Druckkammer 270 ohne Verzögerungen durch elastische Verformung des Klemmringelements 250 in Richtung radial nach außen die Klemmung des Ringelements 230 bzw. darüber die Klemmung des drehbar gelagerten Wellenelements 120 schnell, einfach und effizient ohne Verzögerung möglich ist. Beispielhaft ist die Klemmvorrichtung 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figs. 2 bis 5 derart aufbaut, dass das Gehäuseelement 220 einen oberen ringförmigen Gehäuseabschnitt 220a und einen unteren ringförmigen Gehäuseabschnitt 220b aufweist, die auf einfache Art und Weise zum Beispiel mittels Schrauben aneinander befestigt sind.
Durch Lösen der Verbindung der beiden Gehäuseabschnitte 220a und 220b des Gehäuseelements 220 kann die Klemmvorrichtung 220 einfach gewartet werden bzw. Einzelteile bei Verschleiß ausgetauscht werden.
So können insbesondere auf einfache Weise die Fluidleitungen 240 bzw. die Druckkammern 270 gereinigt werden und auch das Klemmringelement 250 und/oder die Dichtungselemente 260a und 260b auf einfache und effiziente Weise durch entsprechende Ersatzelemente ausgetauscht werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass in dem vorstehenden Ausführungsbespiel die Anordnung des Klemmringelements 250 und der Druckkammerabschnitte 270a und 270b symmetrisch ausgebildet ist, derart dass das Klemmringelement 250 auf beiden Seiten in axialer Richtung des mittleren Profilabschnitts 250c (Radialabschnitt 250c), der sich radial nach innen erstreckt, jeweilige obere und untere Klemmringabschnitte 250a und 250b (Axialabschnitte 250a und 250b) befinden, die jeweils einer radial innenseitig angeordneten Druckkammer 270a bzw. 270b zugeordnet sind.
Dies hat den Vorteil, dass die elastische Verformung des Klemmringelements 250 radial nach außen bei Druckbeaufschlagung in den Druckkammerabschnitten 270a und 270b gleichmäßig erfolgen kann.
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf derartige Ausführungsbeispiele beschränkt, bei denen das Klemmringelement 250 einen insbesondere im Wesentlichen T-förmigen Abschnitt aufweist (mit den Profilabschnitten 250a, 250b und 250c), sondern es sind weiterhin Ausführungsbeispiele möglich, bei denen die Axialabschnitte mit unterschiedlicher Dimensionierung bereitgestellt sind. Zudem sind Ausführungsbeispiele möglich, bei denen sich von einem sich nach innen in radialer Richtung erstreckenden Profilabschnitt (Radialabschnitt) des Klemmringelements 250 nur ein Axialabschnitt, der sich in eine Richtung axial von diesem weg erstreckt, bereitgestellt ist (z.B. indem das Klemmringelement einen im Wesentlichen L-förmigen Profilquerschnitt aufweist) und nur eine radial innenseitige Druckkammer in Bezug auf den einen Axialabschnitt bereitgestellt ist. Zudem sei darauf hingewiesen, dass das separat angeordnete Ringelement 230 gemäß der vorstehenden Ausführung optional ist und weitere beispielhaft Ausführungsformen möglich sind, bei denen ein sich nach radial innen erstreckender Profilabschnitt (Radialabschnitt) des Klemmringelements 250 direkt an dem drehbar gelagerten Wellenelement 120 bzw. an dessen Außenoberfläche anliegt und das drehbar gelagerte Wellenelement 120 derart direkt geklemmt werden kann.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass das Ringelement 230 entweder als ein vollmassives Ringelement bereitgestellt werden kann, oder auch als Hohlelement bereitgestellt werden kann, z.B. mit einem im Wesentlichen rechteckigen oder im Wesentlichen quadratischen Querschnitt. Das Ringelement kann auch in einer Mehrzahl von Ringelementsegmenten bereitgestellt werden, mit oder ohne Zwischenräumen zwischen den Ringelementsegmenten.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die in den Figs. 1 und 2 beispielhafte dargestellte Rundachsvorrichtung 100 beispielhaft nur auf einer axialen Seite (beispielhaft an der Oberseite) eine einzige Klemmvorrichtung 200 aufweist, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf derartige Ausführungsformen eingeschränkt ist und vielmehr weitere beispielhafte Ausführungsformen möglich sind bei denen zwei oder mehr Klemmvorrichtungen 200 an verschiedenen axialen Positionen des drehbar gelagerten Wellenelements angeordnet sind.
Zudem sind weitere beispielhafte Ausführungsformen möglich bei denen in einem Gehäuseelement der Klemmvorrichtung nicht nur ein, sondern mehrere in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Klemmringelemente angeordnet sind, die zum Beispiel über verbundene Fluidleitungen gleichzeitig mit Druck beaufschlagbar sein können bzw. mit separaten Fluidleitungen und separaten Druckkammern jeweils unabhängig voneinander mit Druck beaufschlagt werden können, um diese entweder zusammen oder unabhängig voneinander durch elastische Verformung jeweils radial nach außen aus der klemmenden Ruhestellung (Ruhezustand) in die gelöste Stellung zu verbringen, in der die drehbare Welle nicht geklemmt ist. Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung ein einfach aufgebautes und vorteilhaftes Klemmkonzept für Klemmvorrichtungen zum Beispiel zum Einsatz an Rund- bzw. Schwenkachsen von Werkzeugmaschinen vorgeschlagen, bei denen eine drehbare Welle durch pneumatisch und/oder hydraulisch aktivierbare Klemmung bzw. Lösung aus der Klemmung bereitgestellt werden kann, wobei die Klemmvorrichtung insbesondere sowohl in axialer als auch in radialer Richtung kompakt sowie einfach, kostenreduziert und einfach wartbar ausgebildet werden kann, und wobei zusätzlich nicht nur eine schnelle Umschaltung zwischen Klemmung und Lösung aus der Klemmung herbeigeführt werden kann, sondern zusätzlich eine hohe Sicherheit gegeben ist, da bei hohen Klemmmomenten ein fester, kraftschlüssiger Klemmzustand bereitgestellt werden kann, selbst bei Druckabfall bzw. Systemdruckverlust im angeschlossenen Pneumatik- und/oder Hydrauliksystem. Vorstehend wurden Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung sowie deren Vorteile detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figs. beschrieben. Es sei erneut hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt bzw. eingeschränkt ist, sondern weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele umfasst, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfangs der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.
Bezugszeichenliste
100 Rundachsvorrichtung
110 Gehäuse
120 Wellenelement
200 Klemmvorrichtung
210 Anschluss (Pneumatik- oder Hydraulikanschluss)
220 Gehäuseelement
220a oberer Gehäuseelementabschnitt
220b unterer Gehäuseelementabschnitt
230 Ringelement
240 Fluidleitung (Druckleitung)
240a oberer Fluidleitungsabschnitt
240b unterer Fluidleitungsabschnitt
250 Klemmringelement
250a oberer Axialabschnitt des Klemmringelements
250b unterer Axialabschnitt des Klemmringelements
250c Radialabschnitt des Klemmringelements
260 Dichtung
260a oberes Dichtungsringelement
260b unteres Dichtungsringelement
270 Druckkammer
270a oberer Druckkammerabschnitt
270b unterer Druckkammerabschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Klemmen eines drehbar gelagerten Wellenelements, umfassend: ein einen ringförmigen Gehäuseabschnitt (220a, 220b) aufweisendes
Gehäuseelement (220), wobei das drehbar gelagerte Wellenelement (120) sich in axialer Richtung durch einen Innenbereich des ringförmigen Gehäuseabschnitts (220a, 220b) erstreckend anordenbar ist;
ein elastisch verformbares, ringförmiges Klemmringelement (250), das in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt (220a, 220b) des Gehäuseelements (220) angeordnet ist, wobei das Klemmringelement (250) ein Querschnittsprofil (250a, 250b, 250c) aufweist, mit einem ersten Profilabschnitt (250c), der sich radial nach innen erstreckt und durch eine ringförmig umlaufende Öffnung des ringförmigen Gehäuseabschnitts (220a, 220b) zu dem drehbar gelagerten Wellenelement (120) radial hin ragt, und zumindest einem zweiten Profilabschnitt (250a; 250b), der sich quer zu dem ersten Profilabschnitt (250c), insbesondere axial, erstreckt;
einer Druckkammer (270), die in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt (220a, 220b) des Gehäuseelements (220) ausgebildet ist und zumindest einen
Druckkammerabschnitt (270a; 270b) aufweist, der radial innenseitig benachbart zu dem zumindest einen zweiten Profilabschnitt (250a; 250b) des Klemmringelements (250) angeordnet ist;
wobei das drehbar gelagerte Wellenelement (120) in einem Ruhezustand des Klemmringelements (250) durch kraftschlüssige Verbindung mit dem zu dem
Wellenelement (120) hin ragenden ersten Profilabschnitt (250c) des Klemmringelements (250) klemmbar ist, und wobei die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem
Wellenelement (120) und dem ersten Profilabschnitt (250c) zur Lösung der Klemmung des Wellenelements (120) lösbar ist, indem das Klemmringelement (250) durch pneumatische oder hydraulische Druckbeaufschlagung der Druckkammer (270) radial nach außen elastisch verformbar ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
im Ruhezustand des Klemmringelements (250) ein Innendurchmesser an dem ersten Profilabschnitt (250c) kleiner ist, als ein Außendurchmesser eines umlaufenden Kontaktabschnitts des Wellenelements (120) oder eines an dem Wellenelement (120) drehfest befestigten Ringelements (230), das insbesondere als Vollringelement oder als eine Mehrzahl von Ringsegmentelementen ausgebildet ist, und der erste Profilabschnitt (250c) des Klemmringelements (250) zur kraftschlüssige Verbindung an dem
umlaufenden Kontaktabschnitt des Wellenelements (120) oder am an dem
Wellenelement (120) drehfest befestigten Ringelement (230) oder dessen
Ringsegmentelementen anpresst.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen an ein Pneumatik- oder Hydrauliksystem anschließbaren Anschluss (210), der zur Druckbeaufschiagung über eine oder mehrere in dem ringförmigen
Gehäuseabschnitt (220a, 220b) des Gehäuseelements (220) ausgebildete
Fluidleitungen (240) mit der Druckkammer (270) verbunden ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Dichtung (260), die dazu ausgebildet ist, einen Bereich zwischen dem ersten Profilabschnitt (250c) und der Druckkammer (270) abzudichten.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Dichtung (260) zwei Dichtungsringelemente (260a, 260b) umfasst, die auf jeweils axial gegenüberliegenden Seiten des ersten Profi labschnitts (250c) des
Klemmringelements (250) angeordnet sind.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine zweite Profilabschnitt (250a; 250b) und der erste
Profilabschnitt (250c) des Klemmringelements (250) zusammen im Wesentlichen eine L- Form ausbilden.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ein von dem ersten Profilabschnitt (250c) entfernter Endabschnitt des zumindest einen zweiten Profi labschnitts (250a; 250b) sich in radialer Richtung erstreckt.
8. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil (250a, 250b, 250c) des Klemmringelements (250) zwei zweite Profilabschnitte (250a, 250b) aufweist, die auf jeweils axial gegenüberliegenden Seiten des ersten Profi labschnitts (250c) des Klemmringelements (250) angeordnet sind und sich jeweils quer zu dem ersten Profilabschnitt (250c), insbesondere axial, erstrecken.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die zwei zweiten Profilabschnitte (250a, 250b) und der erste Profilabschnitt (250c) des Klemmringelements (250) zusammen im Wesentlichen eine T-Form ausbilden.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckkammer (270) zwei Druckkammerabschnitte (270a, 270b) umfasst, die jeweils auf axial gegenüberliegenden Seiten des ersten Profilabschnitts (250c) des Klemmringelements (250) angeordnet sind, und jeweils einem der zwei zweiten
Profilabschnitte (250a, 250b) des Klemmringelements (250) zugeordnet sind.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
jeder der zwei Druckkammerabschnitte (270a, 270b) radial innenseitig in Bezug auf den jeweiligen zugeordneten zweiten Profilabschnitt (250a; 250b) des
Klemmringelements (250) angeordnet ist.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Druckbeaufschlagung in den Druckkammerabschnitten (270a, 270b) jeweils den zugeordneten zweiten Profilabschnitt (250a; 250b) des Klemmringelements (250) radial nach außen drückt.
13. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine Druckkammerabschnitt (270a; 270b) der Druckkammer (270) ringförmig umlaufend in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt (220a, 220b) des
Gehäuseelements (220) ausgebildet ist.
14. Achsaufbau einer Werkzeugmaschine, umfassend:
ein Gehäuse (110), ein in dem Gehäuse (110) drehbar gelagertes Wellenelement (120) einer Schwenk-, Rund- oder Revolverachse oder einer Spindel der Werkzeugmaschine, und eine Vorrichtung zum Klemmen des drehbar gelagerten Wellenelements (120) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseelement (220) der Vorrichtung drehfest an dem Gehäuse (110) des Achsaufbaus befestigt ist.
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