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Dokumentenidentifikation DE10025355C2 12.12.2002
Titel Vorrichtung zum Gewichtsausgleich
Anmelder Deckel Maho Geretsried GmbH, 82538 Geretsried, DE
Erfinder Hofmann, Klaus, 85567 Bruck, DE
Vertreter Beetz & Partner, 80538 München
DE-Anmeldedatum 23.05.2000
DE-Aktenzeichen 10025355
Offenlegungstag 06.12.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.12.2002
IPC-Hauptklasse B23Q 1/26
IPC-Nebenklasse B23Q 11/08   B23B 47/26   B23C 9/00   B27C 5/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich von vertikal oder schräg bewegbaren Teilen einer Werkzeugmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Im Werkzeugmaschinenbereich wird das Gewicht von vertikal bewegten Maschinenteilen zur Verminderung der Antriebsleistung beim Anheben sowie zur Vergrößerung der Beschleunigung vielfach durch Gegengewichte ausgeglichen, die über Rollenketten, Seile od. dgl. mit den zu bewegenden Maschinenteilen, z. B. den Fräseinheiten, Konsolen oder Querträgern, verbunden sind. Besonders bei komplexen Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren in Kompaktbauweise ist jedoch oftmals der Platz für derartige Gegengewichte und deren Führungsmittel nicht vorhanden. Darüber hinaus sind insbesondere bei schweren Bearbeitungszentren massive Gegengewichte erforderlich, da die zu kompensierenden Gewichtskräfte bis über 1 to betragen können. Insbesondere bei Bearbeitungszentren in Kompaktbauweise werden auch hydraulische oder hydropneumatische Systeme mit einem oder mehreren Druckmittelzylindern zum Gewichtsausgleich der vertikal beweglichen Maschinenteile eingesetzt. Allerdings sind bei diesem Gewichtsausgleich technisch aufwendige Einrichtungen zur Druckmittelversorgung und Steuerglieder zur Einstellung und Aufrechterhaltung des Druckes in den Zylindern notwendig.

Aus der JP 61146441 A ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Gewichtsausgleich von bewegten Bauteilen einer Werkzeugmaschine bekannt, die ein als langgestreckte Schraubenfeder ausgebildetes Federelement enthält, das mit einem Ende am rückwärtigen Teil eines Maschinenständers und mit seinem oberen Ende an einem im Maschinenteil gelagerten Schwenkarm befestigt ist. Ein das vertikal bewegliche Bauteil bildender Spindelkopf ist durch einen über eine Laufrolle geführten Zugstrang am freien Ende des Schwenkarmes befestigt. Durch Verschwenken dieses Schwenkarms wird der Spindelkopf angehoben und abgesenkt, wobei die Schraubenfeder für einen begrenzten Gewichtsausgleich sorgt. Diese bekannte Vorrichtung ist aufgrund des vorgesehenen Schwenkarmes sperrig und für größere Vertikalbewegungen von schweren Maschinenteilen ungeeignet, da die dafür benötigten hochfesten Schraubenfedern sich stark ändernde Federkennlinien und nur geringe maximale Spannweiten haben.

Ferner ist aus dem DE 84 01 943 U1 eine Vorrichtung zur Abdeckung von Führungsbahnen an Werkzeugmaschinen mit einem rollbaren Abdeckband bekannt, die ein Gehäuse, eine darin koaxial befestigte Achse, eine an der Achse mit ihrem inneren Ende befestigte Spiralfeder und eine auf der Achse drehbare Wickeltrommel für das Abdeckband aufweist. Die Wickeltrommel besteht aus mindestens zwei Scheiben, wobei das äußere Ende der Spiralfeder über die Wickeltrommel mit einem Ende des Abdeckbands verbunden ist. Beim Ausziehen des Abdeckbandes mit Hilfe eines motorisch angetriebenen Schlittens wird die Spiralfeder gespannt und hält damit das Abdeckband unter Spannung. Bei einer Rückwärtsbewegung des Schlittens entspannt sich die Spiralfeder teilweise und bewirkt damit das Aufwickeln des Abdeckbandes und seines Einzuges in das Gehäuse. Zur Vermeidung von Korrosion der Spiralfeder sind die Scheiben der Wickeltrommel über Gleitdichtungen gegenüber dem Umfang der Achse abgedichtet, wodurch der Federraum gegen äußere Einflüsse geschützt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die einfach und kompakt aufgebaut ist und einen Gewichtsausgleich auch schwerer Bauteile ohne aufwendige Druckmittelversorgungen und Steuereinrichtungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann besonders die Gewichtskraft vertikal oder schräg bewegbarer Maschinenteile mit einfachen Mitteln ganz oder teilweise ausgeglichen werden. Dadurch kann die für ein Anheben der Maschinenteile benötigte Antriebsleistung verringert werden. Der Vorschubantrieb wird beim Anheben auch größerer Massen geringer belastet und es sind größere Beschleunigungen erreichbar. Durch die mehreren Spiralfedern kann die Federkennlinie optimal an die bestehenden Anforderungen angepaßt werden. Darüber hinaus ist eine Sicherheit für den Fall vorhanden, daß an einer der Spiralfedern ein Bruch oder dgl. auftritt.

Zweckmäßige Ausführungsformen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einer nach außen weitgehend abgeschlossenen Ausführung ist das innere Ende des Spiralfedern an einer Achse und das äußere Ende an einem zur Achse konzentrischen Gehäuse befestigt. Die Achse kann feststehend angeordnet und das Gehäuse drehbar ausgeführt sein. Es kann aber auch das Gehäuse fixiert und die Achse drehbar ausgeführt sein.

Bei einer Ausführung mit feststehender Achse und bewegbarem Gehäuse ist dieses mit dem zu bewegenden Maschinenteil in vorteilhafter Weise über einen Zahnriemen verbunden, der große Belastungen aufnehmen kann und sich bei Anheben des Maschinenteils auf den zweckmäßigerweise trommelförmigen Mittelteil des Gehäuses aufwickelt. Zur Verbindung des Gehäuses mit dem verschiebbaren Maschinenteil können aber auch andere Zugelemente verwendet werden.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die nebeneinander angeordneten Spiralfedern durch Distanzscheiben voneinander getrennt. Dadurch kann eine unerwünschte Reibung zwischen den einzelnen Federn verhindert werden.

Zur Vorspannung der Spiralfedern kann an der Achse ein entsprechender Verstellflansch vorgesehen sein, der über Radialbohrungen gedreht und in einer gewünschten Winkelstellung über stirnseitige Befestigungsschrauben oder dgl. an einer Winkelkonsole oder einem anderen feststehenden Maschinenteil befestigt werden kann.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Gewichtsausgleich;

Fig. 2 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Gewichtsausgleich;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie I-I von Fig. 2;

Fig. 4 die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung mit einem Zahnriemen und seitlichen Winkelstützen in einer Perspektivansicht; und

Fig. 5 die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung an einem zum Teil dargestellten Spindelstock eines Vertikal- Bearbeitungszentrums.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zum Gewichtsausgleich eines bewegbaren Maschinenteils einer Werkzeugmaschine enthält ein Federelement 1 aus einem spiralförmig aufgewickelten Federstahlband, dessen inneres Ende 2 an einer in zwei Seitenteilen 3 und 4 eines ortsfesten Stützelements 5 drehbar gelagerten Achse 6 und dessen äußeres Ende 7 an einem festen Verbindungssteg 8 zwischen den beiden Seitenteilen 3 und 4 des Stützelements 5 befestigt ist. Auf den beiden über die Seitenteile 3 und 4 seitlich vorstehenden Enden der in den beiden Seitenteilen 3 und 4 über entsprechende Lager 9 drehbar gelagerten Achse 6 ist jeweils eine Rolle 10 bzw. 11 drehfest montiert. An den Rollen 10 und 11 sind die oberen Endteile zweier an einem Maschinenteil 12 fixierten Seile 13 und 14 befestigt und zum Auf- und Abrollen beim Anheben bzw. Absenken des Maschinenteils 12 geführt. Bei entsprechender Vorspannung des Federelementes 1 kann so die Gewichtskraft des zu bewegenden Maschinenteils 12 über die Federkraft ganz oder teilweise ausgeglichen werden. Dadurch kann die für das Anheben des Maschinenteils 12 benötigte Antriebsleistung eines Vorschubantriebs deutlich verringert werden und es reichen kleiner dimensionierte Antriebsmotoren für den Vorschubantrieb aus.

In den Fig. 2 bis 5 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gewichtsausgleich an einem vertikal verfahrbaren Spindelstock eines Vertikal- Bearbeitungszentrums gezeigt. Bei dieser Ausführung sind vier aus einem Federstahlband mit Rechteckquerschnitt bestehende Spiralfedern 15 bis 18 um eine Achse 19 innerhalb einer Gehäusetrommel 20, im folgenden auch Gehäuse genannt, angeordnet. Das Gehäuse 20 enthält gemäß Fig. 2 eine zur Achse 19 konzentrische Trommel 21 und zwei endseitige Lagerdeckel 22 und 23, durch die das Gehäuse 20 über Lager 24 und 25 auf der Achse 19 drehbar gelagert ist. Die einzelnen Spiralfedern 15 bis 18 sind zur Verhinderung einer Reibung oder sonstigen gegenseitigen Beeinflussung über Distanzscheiben 26 voneinander getrennt. Durch einen Absatz 27 an der einen Seite der Achse 19 und eine an der anderen Seite der Achse 19 befestigbare Endscheibe 28 ist das Gehäuse 20 mit den Lagern 24 und 25 in Axialrichtung fixiert. Bei einer anderen Ausführung kann aber auch das Gehäuse fixiert die Achse drehbar ausgeführt sein, wie dies bei der Prinzipdarstellung von Fig. 1 gezeigt ist.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist das innere Ende 29 jeder Feder 15 bis 18 über einen seitlichen Schlitz 30 an der Achse 19 befestigt. Das äußere Ende 31 der Federn 15 bis 18 ist zur Befestigung an der Trommel 21 um einen Stab 32 umgebogen, der sich in einer entsprechenden Ausnehmung in der Trommel 21 in Axialrichtung der Achse 19 erstreckt. An der Außenseite der Trommel 21 ist außerdem eine Klemmleiste 33 zur Befestigung eines in Fig. 4 dargestellten Zahnriemens 34 angeschraubt, über den die Trommel 21 des drehbaren Gehäuses 20 mit einem in Fig. 5 nur zum Teil dargestellten und durch einen nicht gezeigten Vorschubantrieb in der Vertikalachse verfahrbaren Spindelstock 35 verbunden ist.

Die Achse 19 ist gemäß der Fig. 4 und 5 in nach vorne vorstehenden Stützteilen 36 und 37 zweier Winkelstützen 38 und 39 verdrehgesichert gehaltert. Über die beiden Winkelstützen 38 und 39 ist die Vorrichtung zum Gewichtsausgleich an einem feststehenden Teil der Werkzeugmaschine befestigbar. An eine Ende der Achse 19 ist ein besonders in Fig. 2 erkennbarer Flansch 40 mit Radialbohrungen 41 zur Einstellung einer Vorspannung der Spiralfedern 15 bis 18 vorgesehen. Über nicht dargestellte seitliche Befestigungsschrauben ist die Achse 19 zur Beibehaltung einer eingestellten Vorspannung z. B. gegenüber dem Stützteil 37 in einer bestimmten Winkelstellung fixierbar.

Durch die vorstehend beschriebene und der Zeichnung dargestellte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Gewicht z. B. einer in der Vertikalachse verfahrbaren Bearbeitungseinheit ausgeglichen werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann auch zum Gewichtsausgleich anderer vertikal oder schräg verfahrbarer Maschinenteile eingesetzt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Gewichtsausgleich von vertikal oder schräg bewegbaren Bauteilen einer Werkzeugmaschine mit

    einem Federelement (1; 15 bis 18) zur Erzeugung einer der Gewichtskraft des bewegbaren Bauteils (12) entgegenwirkenden Gegenkraft, dessen eines Ende an einem ortsfesten Maschinenteil (8, 9) befestigt ist, und

    einem flexiblen Zugstrang (13, 14; 34), der kinematisch mit dem Federelement und mit dem beweglichen Bauteil (12; 35) verbunden ist,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    das Federelement (1) mehrere parallel nebeneinander in einer Gehäusetrommel (20) angeordnete Spiralfedern (15 bis 18) enthält, deren innere Enden (29) an einer Achse (19) und deren äußere Enden (31) an der zur Achse (19) konzentrischen Gehäusetrommel (20) befestigt sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (19) fixiert und die Gehäusetrommel (20) drehbar gelagert ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusetrommel (20) fixiert und die Achse (19) drehbar gelagert ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusetrommel (20) über einen den flexiblen Zugstrang bildenden Zahnriemen (34) mit dem bewegbaren Bauteil (35) verbunden ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Spiralfedern (15 bis 18) nebeneinander angeordnet und durch Distanzscheiben (26) axial voneinander beabstandet sind.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralfedern (15 bis 18) aus Federstahlband mit Rechteckquerschnitt bestehen.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (40, 41) zur Vorspannung der Spiralfedern (15 bis 18) vorgesehen ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (40, 41) zur Vorspannung der Spiralfedern (15 bis 18) einen an der Achse (19) ausgebildeten Verstellflansch (40) enthält, der in vorgegebenen Winkelstellungen fixierbar ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Zugstrang (34) als Band oder Zahnriemen ausgebildet ist und eine der Länge der Gehäusetrommel (20) angepaßte Breite hat.






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