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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselgetriebe zur Bereitstellung einer kombinierten Linear- und Schwenkbewegung, mit einem Getriebegehäuse, mit einer Eingangswelle, die drehbeweglich am Getriebegehäuse gelagert ist, mit einer Ausgangswelle, die schwenk- und linearbeweglich am Getriebegehäuse gelagert ist, sowie mit einer im Getriebegehäuse aufgenommenen Steuereinrichtung, die mit Steuernuten für eine Umsetzung einer Drehbewegung der Eingangswelle in eine kombinierte Schwenk- und Linearbewegung der Ausgangswelle versehen ist.
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Aus der
DE 10 2013 006 606 A1 ist ein Werkzeugwechsler bekannt, bei dem sich am Ende einer Stellstange ein Kopf mit zwei seitlich abstehenden Greiferarmen befindet, an deren Enden jeweils Werkzeuggreifvorrichtungen angeordnet sind. Die Stellstange verläuft axial verschiebbar in der Greiferachse einer Greiferbasis, die drehfest mit der Stellstange verbunden ist. Die Drehung der Greiferbasis, die ein Verschwenken der Greifeinrichtungen bewirkt, erfolgt über ein Globoidgetriebe, das aus einem Steuerrad mit einer Steuerkurve und einer senkrecht zum Steuerrad verlaufenden Welle mit seitlich abstehenden Rollen besteht, die aufeinanderfolgend in die Steuerkurve eingreifen. Um zu einem kompakten Aufbau zu gelangen, wird vorgeschlagen, dass die Welle koaxial zur Greiferachse angeordnet ist, und dass die Rollenachsen der Rollen schräg zur Greiferachse verlaufen. Eine solche Anordnung erlaubt es, auch in einem kleinen Gehäuse einen ausreichenden Hub für die Stellstange zur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Werkzeugwechselgetriebe mit verbesserter Dauerfestigkeit bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird für ein Werkzeugwechselgetriebe der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass der Ausgangswelle eine Lagereinrichtung zugeordnet ist, die ein am Getriebegehäuse angeordnetes Schwenklager sowie ein dem Schwenklager zugeordnetes Wälzkörper-Linearlager umfasst, wobei das Wälzkörper-Linearlager für eine drehfeste und schiebebewegliche Kopplung der Ausgangswelle mit der Steuereinrichtung ausgebildet ist.
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Die Aufgabe des Wälzkörper-Linearlagers besteht darin, von der Steuereinrichtung bereitgestellte Kräfte, die zur Einleitung einer Schwenkbewegung auf die Ausgangswelle vorgesehen sind, bei gleichzeitiger Gewährleistung der Linearbeweglichkeit der Ausgangswelle möglichst reibungs- und verschleißarm auf die Ausgangswelle zu übertragen. Hierzu umfasst das Wälzkörper-Linearlager wenigstens einen Wälzkörper, der dazu ausgebildet ist, in axialer Richtung der Ausgangswelle eine reibungsarme Abwälzbewegung des Wälzkörper-Linearlagers gegenüber der Ausgangswelle zu ermöglichen. Ferner ist der Wälzkörper derart angeordnet, dass in Umfangsrichtung der Ausgangswelle eine Krafteinleitung in formschlüssiger Weise ermöglicht wird, die zu der gewünschten Drehmomentübertragung für die Ausgangswelle führt. Vorteilhaft ist es, wenn das Wälzkörper-Linearlager genau einen Freiheitsgrad der Bewegung, nämlich einen linearen Bewegungs-Freiheitsgrad, für die Ausgangswelle gewährleistet, während eine Schwenkbeweglichkeit der Ausgangswelle durch eine gesonderte Lagereinrichtung ermöglicht wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Steuereinrichtung eine drehfest mit der Eingangswelle gekoppelte Kulissenscheibe mit Umfangsnuten für eine Einleitung einer Schwenkbewegung auf die Ausgangswelle sowie einen Schwenkhebel umfasst, der für eine Kopplung einer Axialnut der Kulissenscheibe mit der Ausgangswelle zur Einleitung einer Linearbewegung auf die Ausgangswelle ausgebildet ist. Die an der Kulissenscheibe ausgebildeten Umfangsnuten bilden eine wesentliche Komponente für eine rotatorische Zwangskopplung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ausgelegt. Beispielhaft ist vorgesehen, dass mehrere Umfangsnuten an der Kulissenscheibe in einer Weise angeordnet sind, dass bei einer vollständigen Umdrehung der Kulissenscheibe eine oder mehrere 180 Grad-Drehungen der Ausgangswelle stattfindeen. Die ebenfalls an der Kulissenscheibe an einer axial ausgerichteten Oberfläche vorgesehene Axialnut dient in Verbindung mit einem Schwenkhebel, der beispielsweise schwenkbeweglich am Getriebegehäuse gelagert ist und der in kinematische Kopplung mit der Ausgangswelle steht, eine Einleitung einer axialen Zwangsbewegung auf die Ausgangswelle.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wälzkörper-Linearlager mehrere, insbesondere kugelförmig ausgebildete, Wälzkörper sowie wenigstens eine an einen Querschnitt der Wälzkörper angepasste, an der Ausgangswelle eingebrachte Lagernut umfasst, die eine Wälzfläche für die Wälzkörper bildet. Die Wälzkörper des WälzkörperLinearlagers sollen einerseits die reibungsarme Linearbewegung der Ausgangswelle und andererseits eine Drehmomenteinleitung auf die Ausgangswelle ermöglichen, dies kann wahlweise mit kugelförmig ausgebildeten Wälzkörpern oder auch mit tonnenförmig, insbesondere als kreiszylindrische Nadeln, ausgebildeten Wälzkörpern und entsprechend in der Ausgangswelle eingebrachten Lagernuten gewährleistet werden. Vorzugsweise ist eine Profilierung der Lagernut derart vorgesehen, dass eine Drehachse des Wälzkörpers während der Abwälzbewegung in der Lagernut außerhalb einer Hüllkurve für einen Querschnitt eines mit der wenigstens einen Lagernut versehenen Abschnitts der Ausgangswelle liegt. Hierdurch wird die gewünschte geringe Reibung für die Wälzkörper in der Lagernut begünstigt. Ferner ist es vorteilhaft, dass jeweils mehrere Wälzkörper in die wenigstens eine Lagernut eingreifen, um eine verschleißarme Drehmomentübertragung zwischen der Steuereinrichtung und der Ausgangswelle zu erzielen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wälzkörper in einem Führungskäfig aufgenommen sind und/oder dass mehrere, insbesondere gleichverteilt angeordnete, Lagernuten an der Ausgangswelle ausgebildet sind. Die Aufgabe des Führungskäfigs besteht darin, eine vorgebbare Anordnung und Ausrichtung der Wälzkörper gegenüber der wenigstens einen Lagernut in sämtlichen Betriebszuständen des Wälzkörper-Linearlagers zu gewährleisten und somit stets eine reibungsarme Linearlagerung der Ausgangswelle sowie eine verschleißarme Drehmomenteinleitung auf die Ausgangswelle sicherzustellen. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Wälzkörper bezogen auf den Führungskäfig stets an der gleichen Position angeordnet sind, beispielsweise bilden die Wälzkörper zusammen mit dem Führungskäfig eine Wälzkörper-Käfigführung, insbesondere eine Kugelkäfigführung. Ergänzend oder alternativ ist vorgesehen, dass mehrere Lagernuten an der Ausgangswelle ausgebildet sind, wodurch zum einen die Führungseigenschaften des Wälzkörper-Linearlagers, insbesondere im Hinblick auf eine Verkippung der Ausgangswelle, verbessert werden können, und zum anderen bei einer Drehmomenteinleitung auf die Ausgangswelle eine Verteilung der hierbei auftretenden Kräfte auf mehrere Wälzkörper des Wälzkörper-Linearlagers gewährleistet werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Führungskäfig für eine zirkulierende Wälzkörperführung ausgebildet ist. Aufgrund der Abwälzbewegung führen die Wälzkörper bei einer Relativbewegung der Ausgangswelle gegenüber dem Getriebegehäuse ebenfalls eine Relativbewegung gegenüber dem Führungskäfig durch. Um einen ausreichend großen Hub für die Ausgangswelle gegenüber dem Getriebegehäuse zu ermöglichen, werden Wälzkörper an einem bezogen auf die Bewegungsrichtung vorderen Ende des Führungskäfigs zugeführt und an einem bezogen auf die Bewegungsrichtung hinteren Ende des Führungskäfigs abgeführt. Die abgeführten Wälzkörper werden abseits der Ausgangswelle im Führungskäfig nach vorne gefördert, um dort neuerlich zugeführt zu werden. Eine derartige Anordnung kann als Wälzkörper-Umlaufführung, insbesondere als Kugelumlaufführung, bezeichnet werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Führungskäfig für die Wälzkörper ortsfest mit einem Koppelkörper verbunden ist, der Koppelelemente umfasst, die für einen Eingriff in Umfangsnuten der Kulissenscheibe zur Übertragung der Schwenkbewegung von der Steuereinrichtung auf den Führungskäfig und die Ausgangswelle ausgebildet sind. Die am Koppelkörper ausgebildeten Koppelelemente gewährleisten die Zwangskopplung zwischen der Kulissenscheibe und dem zugeordneten Führungskäfig in rotatorischer Hinsicht. Vorzugsweise sind die Koppelelemente für eine formschlüssige Bewegungskopplung in der Art einer Kulissenführung mit der Kulissenscheibe ausgebildet.
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Zweckmäßig ist es, wenn der Koppelkörper für die schwenkbewegliche Lagerung am Getriebegehäuse am Schwenklager aufgenommen ist. Hierdurch wird eine stabile Schwenklagerung für die Ausgangwelle am Getriebegehäuse ermöglicht.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Führungskäfig für die schwenkbewegliche Lagerung am Getriebegehäuse am Schwenklager aufgenommen ist. Hierdurch wird eine kompakte Bauform für das Werkzeugwechselgetriebe ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Führungskäfig an wenigstens einer Stirnseite eine Dichtungseinrichtung zugeordnet ist. Dies verhindert ein Vordringen von Verschmutzungen zu den Wälzkörpern, um eine langlebige und leichtgängige Linearführung der Ausgangswelle am Getriebegehäuse zu gewährleisten.
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Vorteilhaft ist es, wenn dem Führungskäfig eine Vorspanneinrichtung für eine Einleitung von Vorspannkräften auf die Wälzkörper des Wälzkörper-Linearlagers zugeordnet ist, um eine spielfreie Kopplung zwischen dem Führungskäfig, den Wälzkörpern und der Ausgangswelle zu gewährleisten. Alternativ können die Wälzkörper ein geringfügiges Übermaß gegenüber dem Führungskäfig und den Lagernuten aufweisen, um eine Vorspannung zu erzeugen, mit der die Spielfreiheit des Wälzkörper-Linearlagers in Umfangsrichtung bewirkt werden kann.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Werkzeugwechselgetriebes und
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2 eine Vorderansicht des Wälzkörper-Linearlagers und der darin aufgenommenen Ausgangswelle.
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Ein in der 1 rein schematisch dargestelltes Werkzeugwechselgetriebe 1 kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, Werkzeuge aus einer nicht dargestellten Speichereinrichtung an eine Werkzeugspindel bzw. von der Werkzeugspindel in die Speichereinrichtung zu transportieren. Hierzu kann vorgesehen sein, einen Hakengreifer einzusetzen, mit dessen Hilfe das Werkzeug während der Durchführung einer Schwenkbewegung des Hakengreifers in radialer Richtung gegriffen wird und aus der nicht dargestellten Speichereinrichtung, bei der es sich insbesondere um einen Speicherteller oder eine Speicherkette handeln kann, entnommen wird. Für eine Zuführung an die Werkzeugspindel, die beispielhaft einer nicht dargestellten Fräsmaschine zugehörig sein kann, ist in einem ersten Schritt vorgesehen, das Werkzeug zunächst fluchtend zu einer Rotationsachse der Werkzeugspindel anzuordnen, um dann in einem anschließenden zweiten Schritt eine Linearbewegung des Werkzeugs längs der Rotationsachse der Werkzeugspindel durchzuführen und somit ein Einsetzen des Werkzeugs in die Werkzeugspindel zu ermöglichen. Für ein Entnehmen des Werkzeugs aus der Werkzeugspindel ist die umgekehrte Vorgehensweise vorgesehen.
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Das in der 1 dargestellte Werkzeugwechselgetriebe 1 ist für die Durchführung des vorstehenden Werkzeugwechselvorgangs vorgesehen und kann hierzu mit einem nicht dargestellten Hakengreifer ausgerüstet sowie mit einer ebenfalls nicht dargestellten Antriebseinrichtung zur Einleitung einer Antriebsbewegung verbunden werden.
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Das Werkzeugwechselgetriebe 1 ist zur Bereitstellung einer nachstehend näher beschriebenen, kombinierten Linear- und Schwenkbewegung ausgebildet und umfasst ein rein exemplarisch kastenförmig ausgebildetes Getriebegehäuse 2, das in nicht näher dargestellter Weise aus mehreren Einzelteilen aufgebaut sein kann. An dem Getriebegehäuse 2 ist eine Eingangswelle 3 drehbeweglich gelagert, die für eine Kopplung mit einer nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung vorgesehen ist, wobei sich bei der Antriebseinrichtung beispielsweise um einen Elektromotor handeln kann. Rein exemplarisch ist die Eingangswelle 3 mittels schematisch dargestellter Kugellager 4, 5 am Getriebegehäuse 2 gelagert und umfasst in einem mittleren Bereich eine nur schematisch angedeutete Schneckenverzahnung 6. Die Schneckenverzahnung 6 ist zum Eingriff in eine korrespondierende Umfangsverzahnung 7 einer als Steuereinrichtung dienenden Kulissenscheibe 8 vorgesehen, die nachstehend näher beschrieben wird. Dabei ist die Umfangsverzahnung 7 an einem zylinderabschnittsförmigen Absatz der Kulissenscheibe 8 ausgebildet, wie dies in der 1 zu erkennen ist. Alternativ zum Schneckengetriebe kann für die Zwangskopplung der Eingangswelle mit der Kulissenscheibe auch ein Stirnradgetriebe oder ein Winkelgetriebe oder ein Planetengetriebe vorgesehen werden.
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Ferner ist am Getriebegehäuse 2 eine Ausgangswelle 9 schwenkbeweglich und linearbeweglich gelagert, die in kinematischer Kopplung mit der Kulissenscheibe 8 steht, wobei die Kulissenscheibe 8 für die Zwangskopplung zwischen der Eingangswelle 3 und der Ausgangswelle 9 dient. Für die Lagerung der Ausgangswelle 9 am Getriebegehäuse 2 ist eine Kombination von unterschiedlichen Lagereinrichtungen vorgesehen. Eine erste Lagereinrichtung umfasst rein exemplarisch zwei in Reihe angeordnete Kugellager 10, 11, die mit ihrem jeweiligen, nicht näher bezeichneten Außenring am Getriebegehäuse 2 festgelegt sind und an deren jeweiligem, nicht näher bezeichneten Innenring ein Koppelkörper 12 aufgenommen ist, der hiermit schwenkbeweglich am Getriebegehäuse 2 aufgenommen ist. Der Koppelkörper 12 ist von einer Bohrung 15 durchsetzt, an deren Innenoberfläche ein Führungskäfig 16 eines Wälzkörper-Linearlagers 17 in nicht näher dargestellter Weise ortsfest festgelegt ist. Ferner sind an einer exemplarisch kreiszylindrisch ausgebildeten Außenoberfläche 18 des Koppelkörpers 12 mehrere in gleicher Winkelteilung zu einer Rotationsachse 19 angeordnete, rein exemplarisch zylinderabschnittsförmig ausgebildete Koppelelemente 20 angebracht, die für eine bezogen auf die Rotationsachse 19 formschlüssige Kopplung mit der Kulissenscheibe 8 ausgebildet sind. Hierdurch wird eine Wandlung einer Rotationsbewegung der Kulissenscheibe 8 um eine senkrecht zur Darstellungsebene der 1 ausgerichtete Rotationsachse, deren Drehzentrum 21 dargestellt ist, in eine Rotationsbewegung des Koppelkörpers 12 um die Rotationsachse 19 ermöglicht.
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Um einen formschlüssigen Eingriff der Koppelelemente 20 in die Kulissenscheibe 8 zu ermöglichen, ist die beispielhaft zylinderabschnittsförmig ausgebildete Kulissenscheibe 8 an ihrer Umfangsoberfläche 22 mit Steuernuten 23 versehen. Die Steuernuten 23 weisen eine auf die Koppelelemente 20 angepasste, rein exemplarisch rechteckig ausgebildete Profilierung auf und erstrecken sich in nicht näher dargestellter Weise über die zylindermantelförmige Umfangsoberfläche 22 der Kulissenscheibe 8. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass die Steuernuten 23 jeweils einen S-förmigen Verlauf aufweisen, so dass bei einer Rotation der Kulissenscheibe 8 um das Drehzentrum 21 die gewünschte Rotationsbewegung des Koppelkörper 12 stattfindet, wobei im Zuge dieser Rotationsbewegung jeweils aufeinanderfolgend angeordnete Koppelelemente 20 in Eingriff mit Steuernuten 23 kommen.
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Für eine zusätzliche Linearbewegung der Ausgangswelle 9 ist die Kulissenscheibe 8 an einer in der 1 nicht sichtbaren Stirnfläche mit einer zusätzlichen, umlaufenden Steuernut versehen, die als Steuerkurve ausgebildet ist und abschnittsweise jeweils unterschiedliche Abstände zum Drehzentrum 21 aufweist. Ferner ist ein Schwenkhebel 24 vorgesehen, der in nicht näher dargestellter Weise mit einem ersten Hebelabschnitt 25 in die Steuernuten an der Stirnfläche der Kulissenscheibe 8 eingreift. Ferner umfasst der Schwenkhebel 24 einen zweiten Hebelabschnitt 26, der starr mit dem ersten Hebelabschnitt 25 verbunden ist und der endseitig mit einer Gabel 28 versehen ist. Zwischen dem ersten Hebelabschnitt 25 und dem zweiten Hebelabschnitt 26 ist eine mit dem Getriebegehäuse 2 verbundene Drehlagerung vorgesehen, deren Drehzentrum 27 in der 1 eingezeichnet ist. Die endseitig am zweiten Hebelabschnitt 26 angeordnete Gabel 28 ist derart ausgestaltet, dass sie die Ausgangswelle 9 an einem Endbereich umfasst, wobei am Endbereich der Ausgangswelle 9 zwei Koppelscheiben 29, 30 angebracht sind, die für eine axiale Kraftübertragung von der Gabel 28 auf die Ausgangswelle 9 ausgebildet sind. Die Kombination der Koppelscheiben 29, 30 und der Gabel 28 ermöglicht ferner eine ungestörte Rotationsbewegung der Ausgangswelle 9 um die Rotationsachse 19.
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Wie aus den 1 und 2 entnommen werden kann, ist die Ausgangswelle 9 mit mehreren, beispielhaft in gleicher Winkelteilung um die Rotationsachse 19 angeordneten Lagernuten 31 versehen, die exemplarisch eine kreisabschnittsförmige Profilierung aufweisen. Das Wälzkörper-Linearlager 17 umfasst mehrere Wälzkörper 32, die beispielhaft kugelförmig ausgebildet sind, die in einem Führungskä16 zwangsgeführt aufgenommen sind und die in die Lagernuten 31 eingreifen. Exemplarisch ist vorgesehen, dass in jede der Lagernuten 31 jeweils zeitgleich drei Wälzkörper 32 eingreifen, während endseitig im Führungskäfig 16 angeordnete Wälzkörper 32 in nicht näher dargestellter Weise in eine ebenfalls nicht dargestellte Umlauföffnung abgeführt oder aus dieser zugeführt werden können und nicht im Eingriff mit den Lagernuten 31 sind. Hierdurch wird eine lineare Verschiebung der Ausgangswelle 9 gegenüber dem Koppelkörper 12 ermöglicht. Insoweit ist in axialer Richtung der Ausgangswelle 9 eine freie Beweglichkeit gegeben, demgegenüber ergibt sich aufgrund der Profilierung der Lagernuten 31 und korrespondierend in dem Wälzkörper-Linearlager 17 ausgebildeter Führungsnuten 33 in Umfangsrichtung der Ausgangswelle 9 eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Koppelkörper 12 und der Ausgangswelle 9, wodurch eine Drehmomentübertragung von der Kulissenscheibe 8 über die Koppelelemente 20 auf den Koppelkörper 12 und von dort auf die Ausgangswelle 9 ermöglicht wird. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der Ausgangswelle sind die Lagernuten beispielhaft paarweise spiegelsymmetrisch angeordnet und die Paare von Lagernuten sind vorzugweise in gleicher Winkelteilung zueinander angeordnet.
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Vorzugsweise bildet das Wälzkörper-Linearlager 17 mit dem hülsenförmigen Führungskäfig 16 und den im Führungskäfig 16 zwangsgeführten Wälzkörpern 32 eine Kugelumlaufbuchse. Ferner bildet die mit den Lagernuten 31 versehene Ausgangswelle 9 zusammen mit dem Wälzkörper-Linearlager 17 eine Geradführung, die auch als Ball-Spline bezeichnet wird und die eine präzise lineare Lagerung der Ausgangswelle 9 sowie eine Drehmomenteinkopplung über den Führungskäfig 16 und die zugeordneten Wälzkörper 32 auf die Ausgangswelle 9 ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013006606 A1 [0002]