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Dokumentenidentifikation DE102005024004A1 07.12.2006
Titel Drehlagereinrichtung, insbesondere für einen drehbaren Rundtisch einer Werkzeugmaschine
Anmelder Schaeffler KG, 91074 Herzogenaurach, DE
Erfinder Negele, Richard, Dipl.-Ing., 73733 Esslingen, DE;
Dittenhöfer, Thomas, Dipl.-Ing.(FH), 97519 Riedbach, DE;
Schreiber, Martin, Dipl.-Ing.(FH), 91074 Herzogenaurach, DE
DE-Anmeldedatum 25.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005024004
Offenlegungstag 07.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.12.2006
IPC-Hauptklasse F16C 39/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Drehlagereinrichtung, insbesondere für einen drehbaren Rundtisch einer Werkzeugmaschine, umfassend ein erstes Einrichtungsteil, das mit einem drehbar zu lagernden Element, insbesondere dem Rundtisch, zu verbinden ist, und ein zweites feststehendes Einrichtungsteil, welche Einrichtungsteile über wenigstens ein Wälzlager verbunden sind, auf welches eine Axialkraft wirkt, wobei eine zwischen dem ersten und dem zweiten Einrichtungsteil (2, 3) wirkende Magneteinrichtung (21) zur Erzeugung einer der Axialkraft (Fa) im Wesentlichen entgegengesetzt gerichteten Kompensationskraft (Fk) vorgesehen ist.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Drehlagereinrichtung, insbesondere für einen drehbaren Rundtisch einer Werkzeugmaschine, umfassend ein erstes Einrichtungsteil, das mit einem drehbar zu lagernden Element, insbesondere dem Rundtisch zu verbinden ist, und ein zweites feststehendes Einrichtungsteil, und welche Einrichtungsteile über wenigstens ein Wälzlager verbunden sind, auf welches eine Axialkraft wirkt.

Drehlagereinrichtungen dienen üblicherweise dazu, ein erstes Element drehbar gegenüber einem feststehenden zweiten Element zu lagern. Zu nennen ist als Ausführungsbeispiel eine Werkzeugmaschine mit einem drehbaren Rundtisch, der beispielsweise getaktet bewegt wird, und der über die Drehlagereinrichtung gegenüber dem Maschinengestell oder dergleichen drehbar aufgenommen ist. Bekannte Drehlagereinrichtungen umfassen ein erstes Einrichtungsteil, das mit dem drehbar zu lagernden Element, also beispielsweise dem Rundtisch, gekoppelt ist, und ein zweites feststehendes Einrichtungsteil, das beispielsweise mit dem Maschinengestell oder dergleichen verbunden ist. Die beiden Einrichtungsteile sind über wenigstens ein Wälzlager drehbar miteinander verbunden.

Bei einer üblichen horizontalen Anordnung der Drehlagereinrichtung wirkt auf das wenigstens eine Wälzlager eine Axialkraft, die im Wesentlichen aus dem Gewicht des ersten Einrichtungsteils, aus dem ebenfalls konstant wirkenden Eigengewicht des gekoppelten Elements, also beispielsweise des Tisches, sowie einem variablen Gewichtsanteil eines beispielsweise zu bearbeitenden Werkstücks und den beispielsweise auf dem Rundtisch angeordneten Spannmitteln zur Befestigung des Werkstücks etc. resultiert. Weiterhin wirken beispielsweise aus der Bearbeitung des Werkstücks oder dergleichen sowie aus etwaigen Unwuchten auch Radialkräfte auf das wenigstens eine Wälzlager ein, wie auch etwaige aus Unwucht- und Bearbeitungskräften resultierende Kippmomente.

Für die Lagerlebensdauer entscheidend sind in erster Linie die statisch wirkenden Axialkräfte. Um etwaige hieraus resultierende Schwierigkeiten zu umgehen, wird das verwendete Wälzlager entsprechend dimensioniert. Dies ist kostenintensiv, mitunter ergeben sich auch konstruktionstechnische Schwierigkeiten, ferner ist die Maximaldrehzahl begrenzt.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Drehlagereinrichtung anzugeben, bei dem die aus der auf das wenigstens eine Wälzlager wirkenden Axialkraft resultierenden Probleme zumindest teilweise kompensiert werden können.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Drehlagereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine zwischen dem ersten und dem zweiten Einrichtungsteil wirkenden Magneteinrichtung zur Erzeugung einer der Axialkraft im Wesentlichen entgegengesetzten gerichteten Kompensationskraft vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Drehlagereinrichtung zeichnet sich durch den Einsatz einer Magneteinrichtung aus, über die eine Kompensationskraft erzeugt werden kann, die, nachdem die Magneteinrichtung zwischen den beiden Einrichtungsteilen angeordnet ist bzw. zwischen diesen wirkt, zwangsläufig auf das wenigstens eine Wälzlager einwirkt, und die der Axialkraft entgegengesetzt gerichtet ist. Über die Magneteinrichtung wirkt zwischen beiden Einrichtungsteilen eine permanente Anziehungskraft, die der eigengewichtsbedingten Axialkraft, dies kompensieren, entgegengesetzt gerichtet ist. Die resultierende, auf das wenigstens eine Wälzlager tatsächlich einwirkende Kraft kann damit zu einem großen Teil, je nach Auslegung der Magneteinrichtung, kompensiert werden. Damit ist es möglich, auch relativ kleine Wälzlager bei gleichzeitig ausreichend langer Lebensdauer einzusetzen, die auch mit hohen Dauerdrehzahlen arbeiten können. Auf hydrostatische Lager oder dergleichen kann vorteilhaft verzichtet werden.

Die Magneteinrichtung selbst umfasst zweckmäßigerweise mehrere Permanentmagnetelemente, die am ersten oder am zweiten Einrichtungsteil angeordnet sind und mit dem gegenüberliegenden anderen Einrichtungsteil zusammenwirken. Das jeweils gegenüberliegende Einrichtungsteil ist selbstverständlich metallisch, so dass sich die Permanentmagnetelemente und das gegenüberliegende Einrichtungsteil zwangsläufig anziehen. Dabei ist es unerheblich, ob die Permanentmagnete nun am ersten Einrichtungsteil, das über einen Antriebsmotor aktiv gedreht wird, oder am zweiten, feststehenden Einrichtungsteil angeordnet sind.

Alternativ zur Anordnung der Permanentmagnetelemente an nur einem Einrichtungsteil ist es selbstverständlich auch denkbar, die mehreren Permanentmagnetelemente am ersten und am zweiten Einrichtungsteil einander gegenüberliegend anzuordnen, wobei die Permanentmagnetelemente mit ihren Polen natürlich entsprechend auszurichten sind, so dass sie einander anziehen.

Nach einer besonders zweckmäßigen Erfindungsausgestaltung, bei der die Permanentmagnetelemente zumindest am ersten Einrichtungsteil, das gedreht wird, angeordnet sind, ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass das die Permanentmagnete aufweisende erste Einrichtungsteil zugleich den Rotor eines das erste Einrichtungsteil antreibenden Motors und das zweite Einrichtungsteil den Stator des Motors bildet oder umfasst. Der Motor ist dabei zweckmäßigerweise als scheibenförmiger Torquemotor ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist der Motor also einrichtungsseitig integriert und bildet einen Teil der Drehlagereinrichtung. Ein solcher Torquemotor lässt zweckmäßigerweise einen Direktantrieb zu. Die Permanentmagnete sind bei dem hier als Scheibenläufer ausgeführten Torquemotor am scheibenförmigen Rotor, der vom ersten Einrichtungsteil gebildet ist bzw. Teil desselben ist, angeordnet, axial darüber liegend, beabstandet befindet sich das dem Stator bildende oder umfassende zweite Einrichtungsteil, das selbstverständlich über sämtliche elektrotechnische bzw. elektromagnetischen Komponenten verfügt, die zur Bildung eines Torquemotors erforderlich sind. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, als durch die Ausbildung des Torquemotors als horizontal angeordneter Scheibenläufer sowohl ein integrierter Direktantrieb als auch die erfindungsgemäße magnetische Lastkompensation erreicht wird.

Alternativ zur Verwendung eines scheibenförmigen Torquemotors können die Permanentmagnetelemente auch als rein passiv wirkende Elemente mit dem metallischen oder magnetischen Gegenüber zusammenwirken. Das erste Einrichtungsteil ist in diesem Teil mit dem Drehantrieb eines Motors, insbesondere eines Elektromotors mit Schneckengetriebe, koppelbar oder gekoppelt. Die Permanentmagnete sind auch hier zur Erzeugung der axial wirkenden Kompensationskraft zweckmäßigerweise an einer in der Einbaustellung horizontal liegenden, mit dem Drehantrieb gekoppelten und einen Teil des ersten Einrichtungsteil bildenden Scheibe angeordnet, die mit dem axial gegenüberliegenden, beabstandeten zweiten Einrichtungsteil, das auch hier quasi einen Stator bildet, zusammenwirkt.

Als Wälzlager kommt zweckmäßigerweise ein kombiniertes Radial-Axiallager, insbesondere in Form eines Zylinderrollenlagers, zum Einsatz. Alternativ können auch zwei- oder mehrreihige Schrägkugellager vorgesehen sein.

Neben der Drehlagereinrichtung betrifft die Erfindung ferner eine Werkzeugmaschine umfassend einen drehbaren Rundtisch, der über eine Drehlagereinrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen verfügt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Drehlagereinrichtung mit aufgesetztem Rundtisch, und

2 eine vergrößerte Detailansicht der Drehlagereinrichtung aus 1.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine erfindungsgemäße Drehlagereinrichtung 1, bestehend aus einem ersten, im montierten Zustand drehbaren Einrichtungsteil 2 und einem zweiten, in der verbauten Situation feststehenden Einrichtungsteil 3. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 1 ist am ersten Einrichtungsteil ein Rundtisch 4, auf den beispielsweise verschiedene Spanneinrichtungen zum Halten eines Werkstücks oder dergleichen aufgesetzt werden können, angeordnet. Das erste Einrichtungsteil 2 und das zweite Einrichtungsteil 3 sind über eine kombinierte zweiteilige Wälzlagerung 5 miteinander drehverbunden, wobei die Wälzlagerung 5 aus einem Radiallager 6 sowie zwei Axiallagern 7 besteht. Es handelt sich also um ein kombiniertes Radial-Axialzylinderrollenlager.

Wie 2 weiterhin zeigt, sind an dem inneren ringförmigen Lagerteil 8 über Schraubenverbindungen 9 zum einen der Rundlagertisch 4 befestigt, zum anderen ist über ein Zwischenstück 10 eine Motorscheibe 11, die am Zwischenstück 10 über Schraubenverbindungen 22 befestigt ist, angeordnet. Das Zwischenstück 10 sowie die Motorscheibe 11 bilden also Teil des ersten Einrichtungsteils. Die Motorscheibe 11 bildet den Rotor 12 eines hier als Scheibenläufer ausgeführten Torquemotors 13, auf den nachfolgend noch näher eingegangen wird.

An einem zweiten Lagerteil 14 ist über Schraubenverbindungen 15 das Lagergehäuse 16 angeordnet, das über durch entsprechende Befestigungsbohrungen 17 geführte Befestigungsmittel beispielsweise mit dem Maschinengestell drehfest verbunden wird. Über weitere Schraubenverbindungen 18 ist mit dem Lagergehäuse 16 ferner ein Stator 19 verbunden, der zusammen mit dem Rotor 12 den Torquemotor 13 bildet. Das Lagergehäuse 16 sowie der Stator 19 sind Teil des zweiten, feststehenden Einrichtungsteils.

An der den Rotor 12 bildenden Motorscheibe 11 sind an der zum Stator 19 gerichteten Seite eine Vielzahl von Permanentmagneten 20 bevorzugt über die gesamte Scheibenebene verteilt angeordnet. Im Stator selbst sind, nicht näher dargestellt, die zur Vervollständigung des Torquemotors 13 erforderlichen elektromagnetischen Komponenten wie Erregerspulen etc. angeordnet, worauf nicht näher eingegangen werden braucht. Grundsätzlich handelt es sich bei einem Torquemotor um einen hochpoligen, permanent erregten Synchronmotor, wobei am Rotor bekanntermaßen die Permanentmagneten angeordnet sind, während am Stator die einzelnen gewickelten Spulen mit hoher Packungsdichte angeordnet sind, worüber hohe magnetische Kräfte beim Bestromen der Spulen erzeugt werden können. Üblicherweise sind die einzelnen Spulen bzw. die Wicklungsköpfe zwischen den Statorblechen angeordnet. Nachdem bei einem solchen Torquemotor quasi keine Reibung eintritt, sind solche Motoren weitgehend wartungsfrei. Der grundsätzliche Aufbau eines Torquemotors ist dem Fachmann hinlänglich bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden braucht. Die zentralen Elemente sind auch bei dem hier als Scheibenläufer konzipierten Torquemotor zwingend vorzusehen.

Auf das Wälzlager 5 wirkt stets eine axial gerichtete, statische Axialkraft Fa, die zum einen aus dem Eigengewicht des ersten Einrichtungsteils 2 resultiert, hier also dem Lagerteil 8, dem Zwischenstück 10 sowie der Motorscheibe 11 und den zusätzlichen Befestigungselementen bzw. sonstigen Bauteilen, die das erste Einrichtungsteil 2 bilden. Hinzu kommt noch die aus dem Eigengewicht des Rundtischs 4 resultierende Kraftkomponente, zuzüglich etwaiger auf dem Tisch angeordneter Spannelemente sowie dem zu bearbeitenden Werkstück etc.

Diese Axialkraft Fa kann über eine entgegengesetzt gerichtete Kompensationskraft zu einem gewissen Teil oder weitgehend kompensiert werden. Diese Kompensationskraft Fk wird über die zwischen dem ersten und dem zweiten Einrichtungsteil 2, 3 vorgesehene Magneteinrichtung 21, hier gebildet durch die Permanentmagneten 20 in Verbindung mit dem Stator 19, zwischen denen von Haus aus eine Magnetkopplung wirkt, erzeugt. Zwischen den Permanentmagneten 20 und dem Stator 19 wirken permanent Anziehungskräfte in der Weise, dass der Rotor 12 über das Verbindungsstück 10 eine der Axialkraft Fa entgegengesetzt gerichtete Kompensationskraft Fk erzeugt. Diese Kompensationskraft Fk wird auch bei Betrieb des Torquemotors 13 erzeugt, nachdem sich auch dabei die Permanentmagneten 20 und der Stator 19, die über den Luftspalt d voneinander getrennt sind, stets anziehen. Die erzeugte Kompensationskraft hängt davon ab, wie stark die Anziehungskraft der Magneteinrichtung 21 ist, was letztlich über die mittels der Permanentmagneten 20 erzeugbare magnetische Feldstärke eingestellt werden kann.

Bei der in den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform ist wie beschrieben ein integrierter Torquemotor 13 vorgesehen. Das heißt, dass kein zusätzliches Antriebselement vorgesehen werden muss. Dem Torquemotor kommt eine Doppelfunktion zu, nämlich zum einen der Drehantrieb des Rundtischs 13, zum anderen die Funktion der Lastkompensation, also die Funktion zur Erzeugung der Kompensationskraft Fk,

Die Ausgestaltung kann aber alternativ dazu auch derart sein, dass anstelle eines integrierten Torquemotors das erste Einrichtungsteil 2 mit einem separaten Antrieb, beispielsweise einem herkömmlichen Elektromotor mit Schneckengetriebe, gekoppelt wird. Dieser Antrieb wird beispielsweise an die Motorscheibe 11 angeflanscht. Auf der Motorscheibe 11 befinden sich in diesem Fall, wie dies in 2 gezeigt ist, die über die Scheibenebene verteilten Permanentmagneten 20. Nachdem der Drehantrieb also extern zur Dreheinrichtung ist, muss kein Stator mehr vorgesehen sein. Das heißt, dass anstelle des in 2 gezeigten Stators 19 ein einfaches Metallelement, eben ein entsprechend dimensionierter Metallring, integriert werden kann, der mit den Permanentmagneten 20 zusammenwirkt. Auch ist es natürlich denkbar, eine geeignete Blechpaketanordnung zur Erzeugung der Magnetkräfte bzw. zum Zusammenwirken mit den Permanentmagneten 20 einzusetzen, wobei die Anordnung so gewählt wird, dass bei einer Tischrotation Wirbelströme, die rotationsbedingt induziert werden könnten, weitgehend vermieden werden. Auch bei dieser Ausführungsform würden sich also die beiden ersten und zweiten Einrichtungsteile 2, 3 anziehen, so dass es zur Erzeugung der Kompensationskraft Fk auch bei Verwendung eines externen Antriebs kommen würde. Dabei besteht natürlich die Möglichkeit, nicht nur an der Motorscheibe 11 entsprechende Permanentmagnetelemente 20 anzuordnen, sondern auch am gegenüberliegenden Teil des zweiten Einrichtungsteils, so dass die Magnetkopplung verstärkt werden kann.

1
Drehlagereinrichtung
2
drehbares Einrichtungsteil
3
feststehendes Einrichtungsteil
4
Rundtisch
5
Wälzlager
6
Radiallager
7
Axiallager
8
Lagerteil
9
Schraubenverbindungen
10
Zwischenstück
11
Motorscheibe
12
Schraubenverbindungen
13
Torquemotor
14
Lagerteil
15
Schraubenverbindungen
16
Lagergehäuse
17
Befestigungsbohrungen
18
Schraubenverbindungen
19
Stator
20
Permanentmagnete
21
Magneteinrichtung
22
Schraubenverbindungen
Fa
Axialkraft
Fk
Kompensationskraft
d
Luftspalt


Anspruch[de]
Drehlagereinrichtung, insbesondere für einen drehbaren Rundtisch einer Werkzeugmaschine, umfassend ein erstes Einrichtungsteil, das mit einem drehbar zu lagernden Element, insbesondere dem Rundtisch zu verbinden ist, und ein zweites feststehendes Einrichtungsteil, welche Einrichtungsteile über wenigstens ein Wälzlager verbunden sind, auf welches eine Axialkraft wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen dem ersten und dem zweiten Einrichtungsteil (2, 3) wirkende Magneteinrichtung (21) zur Erzeugung einer der Axialkraft (Fa) im Wesentlichen entgegengesetzten gerichteten Kompensationskraft (Fk) vorgesehen ist. Drehlagereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung (21) mehrere Permanentmagnetelemente (20) umfasst, die am ersten oder am zweiten Einrichtungsteil (2, 3) angeordnet sind und mit dem gegenüberliegenden anderen Einrichtungsteil (3, 2) zusammenwirken. Drehlagereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung (21) mehrere Permanentmagnetelemente (20) umfasst, die am ersten und am zweiten Einrichtungsteil (2, 3) einander gegenüberliegend angeordnet sind. Drehlagereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Permanentmagnetelemente (20) zumindest am ersten Einrichtungsteil (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das die Permanentmagnetelemente (20) aufweisende erste Einrichtungsteil (2) zugleich den Rotor (12) eines das erste Einrichtungsteil (2) antreibenden Motors (13) und das zweite Einrichtungsteil (3) den Stator (19) des Motors (13) bildet oder umfasst. Drehlagereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (13) ein scheibenförmiger Torquemotor ist. Drehlagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einrichtungsteil (2) mit dem Drehantrieb eines Motors, insbesondere eines Elektromotors mit Schneckengetriebe koppelbar oder gekoppelt ist. Drehlagereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzlager (5) ein kombiniertes Radial-Axiallager (6, 7), insbesondere in Form eines Zylinderrollenlagers, oder zwei- oder mehrreihige Schrägkugellager vorgesehen sind. Werkzeugmaschine umfassend einen drehbaren Rundtisch, der über eine Drehlagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gelagert ist.






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