DE4201849C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindelantriebseinrichtung für Werkzeugmaschinen mit einer Arbeitsspindel zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks, einem Spindelantriebsmotor und einem zwischen diesem und der Arbeitsspindel vorgesehenen schaltbaren Planetengetriebe für einen Spindelantrieb mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen, wobei das wenigstens drei Getriebeelemente, nämlich ein Sonnenrad, einen Planeten­ radträger mit einem Planetenradsatz und ein Hohlrad, aufwei­ sende Planetengetriebe ein mit dem Antriebsmotor drehfest verbundenes Eintriebsgetriebeelement sowie ein mit der Ar­ beitsspindel in Antriebsverbindung stehendes Abtriebsgetrie­ beelement besitzt.

Eine derartige Spindelantriebseinrichtung ist aus der Druck­ sache "SIMODRIVE - Drehstrom-Hauptspindelantriebe mit Dreh­ strommotoren 1 PH 5, 1 PH 6 und Transistor-Pulsumrichter 6 SC 65", Ausgabe März 1987, der Firma Siemens AG bekannt. Die den Spindelantriebsmotor und das Planetengetriebe umfas­ sende Baugruppe dieser bekannten Einrichtung soll außerhalb des Spindelkastens der Werkzeugmaschine angeordnet werden, das Abtriebsgetriebeelement des Planetengetriebes ist mit einer Riemenscheibe versehen, und die Antriebsverbindung zur Arbeitsspindel erfolgt über einen Treibriemen. Der Spindelan­ triebsmotor und das Planetengetriebe liegen in Richtung der Motorwellenachse nebeneinander, und die Motorwelle treibt je nach Stellung einer die Motorwelle umfassenden und eine Schiebemuffe aufweisenden Kupplung entweder das Sonnenrad oder das Hohlrad des Planetengetriebes an, der Planetenrad­ träger (auch Steg genannt) ist mit der Riemenscheibe verbun­ den. In der genannten Beschreibung wird noch darauf hingewie­ sen, daß die Antriebsleistung anstatt über Riemen auch über ein Zahnritzel oder eine flexible Kupplung am Getriebeabtrieb übertragen werden kann. Bei dieser bekannten Einrichtung führt das Planetengetriebe am Getriebeabtrieb zu einem Ver­ drehspiel (Getriebelose) von 30-45 Winkelminuten, bei einer Sonderausführung des Planetengetriebes von 25 Winkelminuten. Zum spielfreien Festhalten der Getriebe-Abtriebswelle und da­ mit der Werkzeugmaschinen-Arbeitsspindel im Stillstand wird der Einbau einer elektromagnetischen Haltebremse empfohlen.

An moderne Arbeitsspindelantriebe, insbesondere für Drehma­ schinen, werden vor allem dann, wenn diese für eine Komplettbearbei­ tung von Drehteilen vorgesehen sind, hohe Anforderun­ gen gestellt: Ein möglichst schwingungsfreier Betrieb zur Er­ zielung höchster Oberflächenqualitäten, und zwar auch bei hohen Drehzahlen, verbunden mit möglichst guten Rundlaufei­ genschaften; ein hohes Antriebsdrehmoment bei kleinen Dreh­ zahlen, um schwere Zerspanungsarbeiten durchführen zu können, und zwar auch bei einem unterbrochenen Schnitt, wie er z. B. für das Mehrkantdrehen typisch ist; ein exaktes drehwinkel­ mäßiges Positionieren der Arbeitsspindel, z. B. zum Fräsen und Bohren mit angetriebenen Werkzeugen; Betrieb der Arbeits­ spindel als Spindel mit einer sogenannten Rundachse (C-Ach­ se), d. h. mit einem gesteuerten Drehwinkelvorschub, zum Frä­ sen von Kurven aller Art, zum Gewindestrehlen (insbesondere bei Gewinden mit großer Steigung), zum Abwälzfräsen von Zahn­ rädern etc.

Bekannte Spindelantriebseinrichtungen mit schaltbaren Zahn­ radgetrieben und/oder Riemenantrieben ergeben vor allem bei hohen Drehzahlen kein perfektes Drehbild, d. h. nicht die ge­ wünschte hohe Oberflächenqualität. Dies ist auf Eingriffs­ stöße der Zahnräder und/oder Schwingungen des Riementriebs zurückzuführen. Außerdem wirken auf die Arbeitsspindel Quer­ kräfte, hervorgerufen durch den Zahneingriff und/oder den Riemenzug, und derartige Querkräfte haben eine unvermeidbare Durchbiegung der Arbeitsspindel zur Folge, durch die die Pro­ duktionsgenauigkeit beeinträchtigt wird. Ein auf ein Zahn­ spiel zurückzuführendes Verdrehspiel eines zwischen Antriebs­ motor und Arbeitsspindel liegenden Zahnradgetriebes hat bei schweren Zerspanungsarbeiten und einem unterbrochenen Schnitt einen negativen Einfluß auf die Werkzeugschneiden und deren Lebensdauer. Ein exaktes drehwinkelmäßiges Positionieren der Arbeitsspindel macht die Verwendung einer Rastscheibe erfor­ derlich, was die möglichen Drehwinkelpositionen auf die Lage und Anzahl der Rasten beschränkt; ein Positionieren der Ar­ beitsspindel in beliebigen Drehwinkelpositionen erfordert eine Haltebremse in der Antriebseinheit und ist nur möglich, wenn letztere spielfrei ist, z. B. im Falle einer getriebelo­ sen Antriebseinheit, die über einen Riementrieb mit der Ar­ beitsspindel verbunden ist. Schließlich erfordert eine Ver­ wendung der Arbeitsspindel als sogenannte Rundachse (C-Achse) in jedem Fall einen spielfreien und steifen Spindelantrieb; falls nur geringe Bearbeitungskräfte auftreten, kann ein Rie­ men-Direktantrieb ausreichen, andernfalls werden separate, hochuntersetzte und spielfreie Zusatzantriebe verwendet, wel­ che in ein Stirn- oder Schneckenrad auf der Arbeitsspindel eingeschwenkt werden. Derartige Zusatzantriebe erlauben aber nur maximal 50-60 U/min, was z. B. für das Gewindestrehlen oder das Abwälzfräsen von Zahnrädern oft nicht ausreicht, außerdem sind derartige Zusatzantriebe sehr aufwendig und kostspielig.

Ein Teil dieser Anforderungen wird durch sogenannte Motor­ spindeln erfüllt; bei diesen ist der Läufer bzw. Rotor eines den Spindelantriebsmotor bildenden Drehstrommotors direkter Bestandteil der Arbeitsspindel. Laufruhe, Spielfreiheit und Steifigkeit eines solchen Antriebs sind hervorragend, sie weisen aber wegen des zur Verfügung stehenden beschränkten Bauraums nur ungenügende Antriebsdrehmomente auf, so daß schwere Zerspanungsarbeiten und eine Verwendung der Arbeits­ spindel als sogenannte Rundachse nicht möglich sind.

Eine Lösung des Problems, die Arbeitsspindel auch als soge­ nannte Rundachse betreiben zu können, stellt das zweistufige Getriebe nach der DE 39 30 334 C1 dar; bei diesem bekannten Getriebe läßt sich zum Spielfreimachen im langsamen Gang das eine Lager der Getriebeantriebswelle in radialer Richtung verstellen. Allerdings ist dann der Zahn­ eingriff nicht mehr korrekt, und da dieses Getriebe, dessen Abtriebswelle von der Arbeitsspindel gebildet wird, vom Spin­ delantriebsmotor über einen Riementrieb angetrieben wird, weist es die vorstehend erwähnten Nachteile von Riementrieb und Zahnradgetrieben auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Spindelan­ triebseinrichtung für die Arbeitsspindel von Werkzeugmaschi­ nen zu schaffen, welche beste Rundlaufeigenschaften garan­ tiert und es erlaubt, auch bei hohen Drehzahlen Werkstücke mit höchster Oberflächenqualität herzustellen.

Ausgehend von einer Spindelantriebseinrichtung der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antriebsmotor einen zur Arbeitsspindel koaxia­ len, letztere umfassenden, hohlwellenartigen Rotor aufweist und die Planetenräder um die Arbeitsspindelachse herum ange­ ordnet sind und daß der Rotor drehfest mit dem Eintriebsge­ triebeelement des Planetengetriebes und dessen Abtriebsge­ triebeelement drehfest mit der Arbeitsspindel verbunden ist.

Eine solche Konstruktion weist insbesondere die folgenden Vorteile auf: Ebenso wie bei sogenannten Motorspindeln werden auf die Arbeitsspindel einwirkende Querkräfte vermieden, da ein Riementrieb nicht vorhanden ist und die Planetenräder um die Arbeitsspindelachse herum angeordnet sind; beste Rund­ laufeigenschaften sind deshalb garantiert. Außerdem elimi­ niert die erfindungsgemäße Spindelantriebseinrichtung die in Riementrieben auftretenden Schwingungen, da ein Riementrieb nicht vorhanden ist. Auch läßt sich ein schaltbares Planeten­ getriebe ohne weiteres so gestalten, daß im schnellen Gang Eintriebs- und Abtriebsgetriebeelement und damit Spindelan­ triebsmotor und Arbeitsspindel drehfest miteinander verbunden sind, so daß es die erfindungsgemäße Spindelantriebsein­ richtung erlaubt, die Vorteile sogenannter Motorspindeln zu erzielen, nämlich große Laufruhe, absolute Spielfreiheit und große Steifigkeit des Antriebs und damit die Herstellung von Drehteilen höchster Oberflächenqualität bei hohen Drehzahlen. Schließlich lassen sich im langsamen Gang des Planetengetrie­ bes hohe Antriebsdrehmomente an der Arbeitsspindel erzielen und damit schwere Zerspanungsarbeiten durchführen.

Besonders gute Rundlaufeigenschaften ergeben sich dann, wenn die Planetenräder in gleichen Winkelabständen voneinander um die Arbeitsspindelachse herum angeordnet sind.

Wie bereits vorstehend angedeutet wurde, zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spindelan­ triebseinrichtung dadurch aus, daß im schnellen Gang des Pla­ netengetriebes dessen Planetenräder gegenüber dem Planeten­ radträger unverdrehbar gehalten sind und das Eintriebsgetrie­ beelement drehfest mit dem Abtriebsgetriebeelement verbunden ist. Dann findet im schnellen Gang des Planetengetriebes eine Zahnradabwälzung nicht statt, so daß die mit einem Zahnspiel und mit Eingriffsstößen der Zahnräder verbundenen Nachteile nicht auftreten können. Außerdem läßt sich das Planetenge­ triebe mit einem so geringen Zahnspiel herstellen, daß es im langsamen Gang nahezu spielfrei ist, ohne daß im schnellen Gang hohe Drehzahlen zu einem starken Verschleiß führen würden.

Während bei der eingangs geschilderten bekannten Spindelan­ triebseinrichtung mit Planetengetriebe für den Schaltvorgang eine außerhalb des eigentlichen Planetengetriebes liegende Kupplung mit Schiebemuffe verwendet wird, zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spindelan­ triebseinrichtung durch einen besonders einfachen und kompak­ ten Aufbau aus; bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist zum Schalten des Planetengetriebes dessen zwischen Eintriebs- und Abtriebsgetriebeelement liegendes mittleres Getriebeele­ ment in Richtung der Spindelachse zwischen einer ersten, dem langsamen Gang, und einer zweiten, dem schnellen Gang zuge­ ordneten Schaltstellung verschiebbar sowie in seiner ersten Schaltstellung unverdrehbar gehalten und in seiner zweiten Schaltstellung frei drehbar, wobei es Eintriebs- und Ab­ triebsgetriebeelement drehfest miteinander verbindet. Dem un­ verdrehbaren Halten des mittleren Getriebeelements in seiner ersten Schaltstellung und der drehfesten Verbindung von Ein­ triebs- und Abtriebsgetriebeelement durch das mittlere Ge­ triebeelement in dessen zweiter Schaltstellung können sich in axialer Richtung erstreckende Stifte und entsprechende Öffnungen, ringförmige Verzahnungen mit sich in axialer Rich­ tung erstreckenden Zähnen oder dergleichen dienen, so daß eine einfache Verschiebung des mittleren Getriebeelements ausreicht, diese Kupplungselemente in Eingriff bzw. außer Eingriff zu bringen. Eine bezüglich des Planetengetriebes externe Kupplung kann also entfallen. Besonders einfach wird eine solche Konstruktion dann, wenn das mittlere Getriebeele­ ment in seiner ersten Schaltstellung drehfest mit einem Ge­ triebegehäuse verbunden ist, obwohl natürlich an die Stelle des Getriebegehäuses auch ein anderes, stationäres Bauteil treten kann.

Wie bereits erwähnt, dient bei der eingangs erläuterten be­ kannten Spindelantriebseinrichtung mit Planetengetriebe eine zusätzliche elektromagnetische Haltebremse dem Festhalten der Getriebe-Abtriebswelle und damit der Arbeitsspindel im Stillstand. Auch diesbezüglich ermöglicht die erfindungsgemäße Spindelan­ triebseinrichtung eine wesentliche Vereinfachung, indem sie so ausgebildet wird, daß das mittlere Getriebeelement in eine dritte Schaltstellung schiebbar ist, in der es sowohl mit dem Getriebegehäuse als auch mit wenigstens einem der beiden an­ deren Getriebeelemente drehfest verbunden ist, was sich wie­ derum bevorzugt mittels ringförmiger Verzahnungen mit sich in axialer Richtung erstreckenden Zähnen erreichen läßt. Eine zusätzliche Haltebremse kann also entfallen, und die Arbeits­ spindel läßt sich in so vielen Drehwinkelstellungen blockie­ ren, wie das Getriebegehäuse bzw. das mittlere Getriebeele­ ment Haltezähne aufweist.

Um zum Halten des mittleren Getriebeelements in seiner jewei­ ligen Schaltstellung dann, wenn es in dem der letzteren ent­ sprechenden Schaltzustand des Planetengetriebes rotiert, von außen keine Haltekräfte in das Getriebe einleiten zu müssen, ist es empfehlenswert, am mittleren Getriebeelement und an mindestens einem der anderen Getriebeelemente Rastmittel zum Halten des mittleren Getriebeelements mindestens in dieser Schaltstellung vorzusehen, z. B. eine Vertiefung und ein ent­ sprechend gestaltetes, gefedertes Rastelement.

Um das mittlere Getriebeelement zwischen seinen verschiedenen Schaltstellungen gesteuert hin- und herzuschieben, wäre es grundsätzlich denkbar, in das Planetengetriebe z. B. einen sich in axialer Richtung erstreckenden Druckmittelzylinder einzubauen - mit der Arbeitsspindel rotierende Druckmittel­ zylinder sind z. B. in Form von Spannzylindern zum Betätigen von Werkstück-Spannvorrichtungen der Arbeitsspindel allgemein bekannt. Viel einfacher ist jedoch eine Ausführungsform, welche einen am Getriebegehäuse in Richtung der Spindelachse zwischen min­ destens einer ersten und einer zweiten Schaltstellung ver­ schiebbar gehaltenen Schieber aufweist, der in Richtung der Spindelachse über einen ersten Mitnehmer mit dem mittleren Getriebeelement gekoppelt ist. Für einen solchen Schieber lassen sich dann Betätigungsmittel, wie Druckmittelzylinder, stationär am Getriebegehäuse anbringen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Spindelantriebseinrichtung sind Mittel vorgese­ hen, um das Planetengetriebe im langsamen Gang absolut spiel­ frei zu machen, so daß die erfindungsgemäße Spindelantriebs­ einrichtung dann nicht nur den Betrieb der Arbeitsspindel als sogenannte Rundachse (C-Achse) ermöglicht, und zwar in beiden Drehrich­ tungen, sondern auch schwere Zerspanungsarbeiten mit hohem Drehmoment durchgeführt werden können, ohne daß ein unterbro­ chener Schnitt zu einer Beeinträchtigung der Schneiden der eingesetzten Werkzeuge und damit deren Lebensdauer führt. Die Erfindung macht dabei von der Tatsache Gebrauch, daß sich ein Planetengetriebe bestens zur quasi-verlustfreien Überlagerung zweier Drehzahlen bzw. Dreh- und/oder Bremsmomente eignet, weil nämlich von seinen drei vorstehend aufgelisteten Getrie­ beelementen zwei als Eintriebsgetriebeelemente und das dritte als Abtriebsgetriebeelement verwendet werden können. Zum Spielfreimachen der erfindungsgemäßen Spindelantriebsein­ richtung im langsamen Getriebegang besitzt bei einer bevor­ zugten Ausführungsform das Planetengetriebe zu wenigstens einem seiner drei Getriebeelemente ein äquivalentes viertes Getriebeelement, und es ist eine Stellvorrichtung vorgesehen, um im langsamen Gang des Planetengetriebes zur Beseitigung eines Spiels des letzteren die beiden einander äquivalenten Getriebeelemente gegeneinander zu verdrehen. Zwei Planeten­ radsätze, auf die die beiden einander äquivalenten Getriebe­ elemente dann einwirken, führen so zu einer Verspannung und damit zum Spielfreimachen des Planetengetriebes. Entsprechend der Richtung des an der Arbeitsspindel geforderten Drehmo­ ments wird man zweckmäßigerweise die Verdrehung eines solchen vierten Getriebeelements nach Verdrehrichtung und Größe der Verdrehung so wählen, daß die Drehmomentübertragung vom An­ triebsmotor zur Arbeitsspindel formschlüssig erfolgt und le­ diglich ein Voreilen oder Vorschnellen der Arbeitsspindel bei einem durch die Werkstückbearbeitung hervorgerufenen, zeit­ lich nicht konstanten Bremsmoment verhindert wird. Man könnte die Verspannung des Getriebes aber auch so hoch wählen, daß sie sich auch durch das maximale Drehmoment des Antriebsmo­ tors nicht überwinden läßt, was jedoch eine größere Reibung und einen größeren Verschleiß im Getriebe zur Folge hätte.

Ist eine solche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spin­ delantriebseinrichtung, welche sich im langsamen Gang spiel­ frei machen läßt, mit einem vorstehend beschriebenen Schieber versehen, so empfiehlt es sich, die Konstruktion so zu ge­ stalten, daß der Schieber in seiner ersten Schaltstellung in Umfangsrichtung verstellbar und über einen zweiten Mitnehmer mit dem vierten Getriebeelement gekoppelt ist (unter Umfangs­ richtung werden die beiden Arbeitsspindel-Drehrichtungen ver­ standen). Ein und dasselbe Element, nämlich der Schieber, kann dann dazu herangezogen werden, das Planetengetriebe nicht nur zu schalten, sondern es im langsamen Gang auch spielfrei zu machen. Besitzt die Einrichtung dann eine Stell­ vorrichtung zum Verstellen des sich in seiner ersten Schalt­ stellung befindlichen Schiebers aus einer mittleren Position heraus wahlweise in der einen oder anderen Umfangsrichtung, läßt sich das Planetengetriebe in einfacher Weise in Abhän­ gigkeit von der Richtung des an der Arbeitsspindel geforder­ ten Drehmoments spielfrei machen, ohne daß eine hohe Verspan­ nung mit den vorstehend erwähnten Nachteilen erforderlich ist.

Die Stellvorrichtung bzw. die Stellvorrichtungen zum Verstel­ len des Schiebers in axialer Richtung und/oder in Umfangs­ richtung besitzt bzw. besitzen zweckmäßigerweise zwei Stell­ elemente, welche an einander gegenüberliegenden Bereichen des Schiebers angreifen, um den letzteren so gesteuert und spiel­ frei in die verschiedenen Schaltstellungen bringen und dort festhalten zu können.

Bei einem Planetengetriebe hat man grundsätzlich die Wahl zwischen drei verschiedenen Getriebeeingängen, da sowohl das Sonnenrad als auch der Planetenradträger und/oder das Hohl­ rad (oft auch Ringrad genannt) als Eintriebsgetriebeelement verwendet werden kann. Die erfindungsgemäße Spindelantriebs­ einrichtung kann also so gestaltet werden, daß im langsamen Gang entweder das Sonnenrad oder der Planetenradträger (oft auch Steg genannt) oder das Hohlrad stillsteht. Wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der beigefügten Zeich­ nung dargestellten verschiedenen Ausführungsformen noch erge­ ben wird, führt eine Konstruktion, bei der das Hohlrad im langsamen Gang stillsteht, zu einem einfacheren Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung als die beiden anderen Alterna­ tiven. Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsge­ mäßen Einrichtung bildet deshalb das Hohlrad das mittlere Ge­ triebeelement. Der Vereinfachung des Aufbaus dient auch die Maßnahme, das Sonnenrad als Eintriebsgetriebeelement zu ver­ wenden.

Ausführungsformen, bei denen das Hohlrad das mittlere Getrie­ beelement bildet, werden zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß das Hohlrad in seiner zweiten Schaltstellung keine Berüh­ rung mit dem Getriebegehäuse hat - in seiner ersten Schalt­ stellung wird es zweckmäßigerweise vom Getriebegehäuse fest­ gehalten -, um so die Reibungsverluste im schnellen Gang zu minimieren.

Soll bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der das Hohlrad das mittlere Getriebeelement bildet, die Möglichkeit vorgesehen werden, das Planetengetriebe im langsamen Gang spielfrei machen zu können, so empfiehlt sich eine Ausfüh­ rungsform, bei der die Stellvorrichtung ein zweites, um die Spindelachse verdrehbares Hohlrad aufweist, mit dem ein zwei­ ter Satz von Planetenrädern kämmt. Dieses zweite Hohlrad er­ möglicht dann einen einfachen Eingriff von außen in das Pla­ netengetriebe, um durch ein verhältnismäßig geringfügiges Verdrehen des zweiten Hohlrads das Planetengetriebe spielfrei zu machen.

Ist ein zweiter Satz von Planetenrädern vorhanden, um das Ge­ triebe im langsamen Gang spielfrei machen zu können, ist es vor allem zur Erzielung einer bestmöglichen Rundlaufgenauig­ keit im schnellen Gang von Vorteil, wenn auch die zweiten Planetenräder in gleichen Winkelabständen voneinander um die Arbeitsspindelachse herum angeordnet sind.

Für Ausführungsformen mit einem zweiten Hohlrad sowie einem zweiten Satz von Planetenrädern empfiehlt es sich des weite­ ren, die beiden Hohlräder gemeinsam in Richtung der Spindel­ achse verschiebbar zu machen und die Konstruktion so zu ge­ stalten, daß in der zweiten Schaltstellung die zweiten Plane­ tenräder und das zweite Hohlrad außer Eingriff sind, damit sich das zweite Hohlrad im schnellen Gang nicht mitdrehen muß.

Da beim Einsatz einer erfindungsgemäßen Spindelantriebs­ einrichtung weder ein Riementrieb erforderlich ist, noch ein einschwenkbarer Zusatzantrieb für die Verwendung der Arbeits­ spindel als sogenannte Rundachse, eignet sich die erfindungs­ gemäße Spindelantriebseinrichtung besonders gut für Werkzeug­ maschinen, bei denen eine oder mehrere Arbeitsspindeln nicht stationär, sondern verschiebbar sind. Dies gilt besonders für Drehmaschinen mit zwei einander gegenüberliegenden, koaxialen Arbeitsspindeln, von denen mindestens eine in Spindelachs­ richtung verschiebbar ist, so daß nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bei derartigen Drehmaschinen eine erfindungsge­ mäße Spindelantriebseinrichtung für einen Antrieb der ver­ schiebbaren Arbeitsspindel Verwendung findet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zeichneri­ schen, schematischen Darstellung einiger beispielhafter, besonders vorteilhafter Ausfüh­ rungsformen der erfindungsgemäßen Spindelantriebseinrichtung; in der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Spindelkasten einer Drehmaschine samt Arbeitsspindel und integrierter, erfindungsgemäßer Spindelantriebseinrichtung, wobei die Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung darstellt,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, welcher das Planetenge­ triebe in derselben Schaltstellung, nämlich im langsa­ men Gang, wie die Fig. 1 darstellt, jedoch in größerem Maßstab,

Fig. 3 dieselbe Darstellung wie in Fig. 2, wobei jedoch das Planetengetriebe in demjenigen Schaltzustand darge­ stellt ist, in dem es keine Getriebefunktion be­ sitzt, d. h. im schnellen Gang,

Fig. 4 dieselbe Darstellung wie in den Fig 2 und 3, wobei jedoch das Planetengetriebe in demjenigen Schaltzu­ stand dargestellt wurde, in dem das Planetengetriebe und damit die Arbeitsspindel blockiert ist,

Fig. 5 einen Schnitt durch das Planetengetriebe nach der Linie 5-5 in Fig. 2,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen der Schieber zum Schalten des Planetengetriebes samt Stellvorrichtungen für die Betätigung des Schiebers, gesehen in Richtung des Pfeils "A" aus Fig. 2 (erste Schaltstellung des Schie­ bers - langsamer Gang des Planetengetriebes),

Fig. 7 dieselbe Darstellung wie in Fig. 6, wobei der Schieber jedoch seine zweite Schaltstellung einnimmt (schneller Gang des Planetengetriebes),

Fig. 8 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer zwei­ ten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Spindelantriebseinrichtung und

Fig. 9 ein der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer dritten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spindelantriebseinrichtung.

Die Fig. 1 zeigt einen Spindelkasten 10, in dem eine Arbeits­ spindel 12 um eine Spindelachse 12a drehbar gelagert ist. Ein vorderer, zum Anbau einer Werkstück-Spannvorrichtung vorgese­ hener Bereich der Arbeitsspindel wurde mit 12b bezeichnet. Nach hinten geht der Spindelkasten 10 über in oder bildet ein Getriebegehäuse 14, in dem ein nachfolgend erläutertes Plane­ tengetriebe untergebracht ist. Außerdem nimmt der Spindelka­ sten 10 einen Spindelantriebsmotor 16 auf, welcher als sogenannter Hohlwellenmotor ausgebildet ist und aus einem Stator 18 und einem Rotor 20 besteht, welch letzterer konzentrisch zur Spindelachse 12a angeordnet ist und sich bei laufendem Motor um diese Achse dreht. Er ist auf einer Kohlwelle 22 befestigt, welche ihrerseits konzentrisch zur Arbeitsspindel 12 und auf dieser drehbar gelagert ist; diesem Zweck dient unter anderem ein vorderes Lager 24, wäh­ rend eine vordere Lagerung 26 dem Lagern des vorderen Be­ reichs der Arbeitsspindel 12 im Spindelkasten 10 dient.

Der hintere Bereich der Hohlwelle 22 ist als Sonnenrad 28 eines zur Spindelachse 12a konzentrisch aufge­ bauten Planetengetriebes ausgebildet, welches einen von Pla­ netenrädern 30 gebildeten ersten Planetenradsatz besitzt. Letzterer hat insbesondere drei identisch ausgebildete Plane­ tenräder, welche in gleichen Drehwinkelab­ ständen voneinander um die Spindelachse 12a herum angeordnet sind. Das Son­ nenrad 28 und damit der hintere Bereich der Hohlwelle 22 wird durch die Planetenräder 30 zentriert.

Der weitere Aufbau des Planetengetriebes soll nunmehr anhand der Fig. 2 beschrieben werden, da diese das Planetengetriebe in größerem Maßstab zeigt als die Fig. 1.

Mit der Arbeitsspindel 12 ist ein gegenüber dieser unver­ schiebbarer Planetenradträger 32 mittels eines Keils 34 dreh­ fest verbunden. An ihm ist für jedes Planetenrad 30 eine Ach­ se 36 befestigt, auf der das betreffende Planetenrad mittels eines Nadellagers 38 drehbar gelagert ist. Die Achsen 36 die­ nen aber auch der Lagerung jeweils eines Nebenplanetenrads 30a, wobei die Nebenplanetenräder 30a ebenso wie die Planetenräder 30 mit dem Son­ nenrad 28 kämmen und ihnen jeweils ein Kugellager 40 zugeord­ net ist. Der Zweck dieser Nebenplanetenräder 30a wird nachstehend noch erläutert werden. Schließlich besitzt das Plane­ tengetriebe noch ein Hohlrad 42, welches als kreiszylindrischer Ring ausgebildet und im Getriebegehäuse 14 längsverschiebbar, d. h. in Richtung der Spindelachse 12a verschiebbar angeordnet ist. Das Hohlrad 42 besitzt in axialer Richtung hintereinander und im Abstand voneinander zwei kreiszylindrische Verzahnungen mit sich in axialer Richtung erstreckenden Zähnen, nämlich eine Laufver­ zahnung 42a und eine Halteverzahnung 42b, wobei die Laufverzahnung 42a in axialer Richtung so angeordnet und ihre Länge so bemessen ist, daß sich die Planetenräder 30 in jeder Schaltstellung des verschiebbaren Hohlrads 42 im Eingriff mit der Laufverzahnung 42a befinden. Auch das Getriebegehäuse 14 ist mit einer Halteverzahnung 14b versehen, die von einem kreis­ zylindrischen Ring von sich in axialer Richtung erstreckenden Zähnen gebildet wird und ebensoviel Zähne besitzt wie die Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Halteverzahnung 14b an einem gehäuse­ festen Gehäuserad 44 ausgebildet, welches an einem Gehäuse­ deckel 46 befestigt ist, der seinerseits fester Bestandteil des Getriebegehäuses 14 ist. Schließlich ist auch der Plane­ tenradträger 32 an seinem Außenumfang mit einer Halteverzah­ nung 32b versehen, welche von einem kreiszylindrischen Ring von sich in axialer Richtung erstreckenden Zähnen gebildet wird, wobei die Zähnezahl wiederum dieselbe ist wie diejenige der Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42. Da die Laufverzah­ nung 42a und die Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42 ebenso wie die Halteverzahnung 14b des Gehäuserads 44 und die Halte­ verzahnung 32b des Planetenradträgers 32 konzentrisch zur Spindelachse 12a angeordnet sind, kann das Hohlrad 42 in axialer Richtung hin- und hergeschoben werden.

Am Hohlrad 42 und am Getriebegehäuse 14 sind Zentriermittel vorgesehen, um das Hohlrad 42 in seiner in Fig. 2 gezeigten Schaltstellung bezüglich der Spindelach­ se 12a zu zentrieren; diese Zentriermittel bestehen aus einer Konusfläche 42c am gemäß Fig. 2 linken Ende des Hohlrads 42 sowie einer entsprechenden Kegelfläche 14c am Getriebegehäu­ se 14 bzw. dessen Gehäusedeckel 46.

Für die Nebenplanetenräder 30a ist ein konzentrisch zur Spin­ delachse 12a angeordnetes Nebenhohlrad 50 vorgesehen, mit dessen Laufverzahnung 50a die Nebenplanetenräder 30a kämmen können und das durch den Zentriermitteln 14c, 42c entspre­ chende Zentriermittel 50c vom Hohlrad 42 in einer zur Spindelach­ se 12a konzentrischen Lage gehalten wird. Das Nebenhohlrad 50 läßt sich zusammen mit dem Hohlrad 42 in axialer Richtung hin- und herschieben, und seine Laufverzah­ nung 50a entspricht hinsichtlich ihres Durchmessers, ihrer Zähnezahl und der Ausrichtung ihrer Zähne der Laufverzah­ nung 42a des Hohlrads 42. Das Nebenhohlrad läßt sich jedoch gegenüber dem Hohlrad 42 verdrehen, und zwar um die Spindelachse 12a, um das Planetengetriebe spielfrei zu machen.

Für die Verschiebung des Hohlrads 42 und des Nebenhohlrads 50 sowie für die Verdrehung des letzteren gegenüber dem Hohl­ rad 42 sind zwei identische Schaltvorrichtungen vorgesehen, von denen nunmehr eine anhand der Fig. 2 und 5 bis 7 näher erläutert werden soll.

Auf dem Getriebegehäuse 14 ist ein Rahmen 52 befestigt, der ein Fenster 54 in Form eines Durchbruchs aufweist, in dem ein Schieber 56 angeordnet und parallel zur Spindelachse 12a ver­ schiebbar geführt ist. Die Fig. 2 und 6 zeigen eine erste Schaltstellung des Schiebers 56, die Fig. 3 und 7 eine zweite Schaltstellung dieses Schiebers. Dank zweier zueinan­ der und zur Spindelachse 12a paralleler Führungsflächen 54a des Fensters 54 und zweier einander gegenüberliegender Vor­ sprünge 56a des Schiebers 56 läßt sich dieser einerseits parallel zur Spindelachse 12a von der in Fig. 6 gezeigten ersten Schaltstellung in die in Fig. 7 gezeigte zweite Schaltstellung verschieben und andererseits in der in Fig. 6 gezeigten ersten Schaltstellung um eine senkrecht zur Zeich­ nungsebene der Fig. 6 verlaufende Schwenkachse 58 verschwen­ ken. Wegen dieser Verschwenkbarkeit besitzt das Fenster 54 einen verjüngten Fensterbereich 54b und der Schieber 56 Zen­ trierschrägen 56b, um zu gewährleisten, daß beim Verschieben des Schiebers 56 von seiner in Fig. 6 gezeigten ersten Schaltstellung in seine in Fig. 7 gezeigte zweite Schaltstel­ lung der Schieber so zentriert wird, daß in der zweiten Schaltstellung seine Längsmittelachse 56c parallel zur Spin­ delachse 12a verläuft.

Der Verschiebung des Schiebers 56 parallel zur Spindelach­ se 12a dienen zwei doppeltwirkende Hydraulikzylinder 60a und 60b, welche an einander gegenüberliegenden Stellen des Schiebers 56 angreifen und so diesen spielfrei zwischen sich halten. Dem Verschwenken des Schiebers 56 um die Schwenkachse 58, wenn sich der Schieber in seiner ersten, in Fig. 6 dargestellten Schaltstellung befindet, dienen hin­ gegen zwei Hydraulikzylinder 62a und 62b mit durch Federn zentrierten Kolben, welche an zwei zueinander diametral liegenden Stellen des Schiebers angreifen und so diesen spielfrei zwischen sich halten. Da die Längs­ seiten 56d des Schiebers 56 parallel zueinander verlaufen, läßt sich der Schieber bei drucklosen Hydraulikzylindern 62a und 62b parallel zur Spindelachse 12a verschieben, da dann die Kolben dieser Hydraulikzylinder durch die Zentrierfedern in einer Mittelstellung gehalten werden.

Der Schieber 56 ist mit einem konzentrisch zur Schwenkachse 58 verlaufenden ersten Mitnehmerstift 64 sowie im Abstand von diesem mit einem zweiten Mitnehmer­ stift 66 versehen; der erste Mitnehmerstift 64 greift in eine Umfangsnut 68 des Hohlrads 42 ein, der zweite Mitnehmer­ stift 66 in ein hinsichtlich seines Durchmessers an denjeni­ gen des Stifts 66 angepaßtes Loch 70 des Nebenhohlrads 50. Auf diese Weise können mit Hilfe der Hydraulikzylinder 60a, 60b, 62a und 62b das Hohlrad 42 und das Nebenhohlrad 50 parallel zur Spindelachse 12a verschoben und das Nebenhohl­ rad 50 beschränkt um die Spindelachse 12a gedreht werden (letzteres in beiden Drehrichtungen aus der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Mittellage heraus).

Im folgenden soll nun die Funktion der ersten zeichnerisch dargestellten Ausführungsform näher erläutert werden.

In den Fig. 1, 2 und 6 ist die Spindelan­ triebseinrichtung in demjenigen Schaltzustand des Planetenge­ triebes dargestellt, in dem dieses eine Getriebefunktion aus­ übt und der Spindelantriebsmotor 16 die Arbeitsspindel 12 im langsamen Gang antreibt. In diesem Schaltzustand wird das Hohlrad 42 durch die Halteverzahnung 14b des Getriebegehäu­ ses 14 und die Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42 am Drehen gehindert, die Planetenräder 30 und die Nebenplanetenrä­ der 30a werden durch das Sonnenrad 28 angetrieben und wälzen sich in der Laufverzahnung 42a des Hohlrads 42 bzw. der Lauf­ verzahnung 50a des durch den zweiten Mitnehmerstift 66 am Drehen gehinderten Nebenhohlrads 50 ab und infolgedessen dreht sich der Planetenradträger 32 und treibt so die Ar­ beitsspindel 12 an. Dabei läßt sich mit Hilfe der Hydraulik­ zylinder 62a und 62b das in axialer Richtung gegen das Hohlrad 42 angedrückte Nebenhohlrad 50 gegenüber dem Hohlrad 42 so verdrehen, daß das Planetengetriebe im langsamen Gang spielfrei ist. Beträgt das Zähnezahlverhältnis zwischen Hohlrad 42 und Sonnenrad 28 z. B. n : 1, so ergibt sich eine Übersetzung zwischen Spindelantriebsmotor 16 und Arbeitsspindel 12 von

i = n + 1.

In der Praxis wird man vorzugsweise dieses Zähnezahlver­ hältnis so wählen, daß sich eine Übersetzung i von ungefähr 3 ergibt. Bei der Leistungsübertragung ist von Vorteil, daß bei drei Planetenrädern jedes Planetenrad nur 1/3 der Leistung zu übertragen hat. Außerdem beträgt, wie bei Planetengetrieben bekannt, die Wälzdrehzahl der Planetenräder nur den Bruchteil n : (n + 1) desjenigen Werts, welcher sich aus der Drehzahl des Sonnenrads 28 und dem Zähnezahlverhältnis von Sonnen­ rad 28 und Planetenrad 30 ergibt, so daß auch die durch die Abwälzung der Planetenräder zu übertragende Leistung entspre­ chend geringer ist. So müssen bei i = 3 die Verzahnungen durch Abwälzleistung zusammen nur 2/3 der Motorleistung über­ tragen, da 1/3 der Motorleistung durch Bewegungsüberlagerung übertragen wird.

Des weiteren sei darauf hingewiesen, daß durch das Verdrehen des Nebenhohlrads 50 nur eine Verspannung des Planetengetrie­ bes bewirkt wird, der Rotor 20 bzw. die Arbeitsspindel 12 er­ fahren dadurch keine Verdrehung und lassen sich ungehindert drehen.

Durch Verschieben des Schiebers 56 mit Hilfe der Hydraulik­ zylinder 60a und 60b in Richtung der Spindelachse 12a in die in den Fig. 3 und 7 dargestellte zweite Schaltstellung wird die Spindelantriebseinrichtung in den schnellen Gang umgeschaltet, in dem das Planetengetriebe kei­ ne Getriebefunktion hat, sondern vielmehr eine Drehzahl­ gleichheit von Rotor 20 und Arbeitsspindel 12 herstellt. In dieser zweiten Schaltstellung greift die Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42 in die Halteverzahnung 32b des Planetenrad­ trägers 32 ein, nicht jedoch in die Halteverzahnung 14b des Getriebegehäuses 14. Da die Laufverzahnung 50a des Nebenhohl­ rads 50 von den Nebenplanetenrädern 30a freikommt, wälzen sich weder die Planetenräder 30, noch die Nebenplanetenrä­ der 30a in der Laufverzahnung 42a des Hohlrads 42 ab, welches in dieser Schaltstellung keine Berührung mehr mit gehäusefe­ sten Teilen hat. Die Drehzahlübertragung ist jetzt 1 : 1, da sich die Getriebeelemente des Planetengetriebes gegenseitig blockieren. Da ein Abwälzen von Zahnrädern in dieser Schalt­ stellung nicht stattfindet, ergibt sich eine optimale Lauf­ qualität für Feindrehoperationen.

Um in dieser zweiten Schaltstellung für das Hohlrad 42 keine Haltekräfte von außen in das Planetengetriebe einleiten zu müssen, wird dieses in seiner axialen Position durch mehrere Rastvorrichtungen gehalten, welche jeweils aus einem gefeder­ ten Raststift 70a im Planetenradträger 32 und einer entspre­ chenden Rastkerbe 70b im Hohlrad 42 bestehen.

In Fig. 4 ist ein dritter Schaltzustand des Planetengetriebes dargestellt, in dem das Hohlrad 42 und der Schieber 56 dritte Schaltstellungen einnehmen, die zwischen den ersten und zwei­ ten Schaltstellungen dieser beiden Elemente liegen. In diesem dritten Schaltzustand ist das Planetengetriebe und damit die Arbeitsspindel 12 blockiert. Dies erreicht man dadurch, daß die Halteverzahnung 42b des Hohlrads 42 sowohl in die Halte­ verzahnung 14b des Getriebegehäuses 14 als auch in die Halte­ verzahnung 32b des Planetenradträgers 32 eingreift.

In dieser Schaltstellung kann z. B. bei abgeschalteter Werk­ zeugmaschine eine von der Arbeitsspindel 12 gehaltene Werk­ stück-Spannvorrichtung montiert oder demontiert werden. Die Zahl der Drehwinkelpositionen, in denen sich die Arbeitsspin­ del 12 blockieren läßt, entspricht der Zähnezahl des Hohl­ rads 42; hat dieses z. B. 144 Zähne, so kann die Arbeitsspin­ del in 144 Drehwinkelstellungen blockiert werden, deren Win­ kelabstand jeweils 2,5° beträgt. Bringt der Spindelantriebs­ motor 16 dann noch ein Stillstandsdrehmoment auf, so ist die Spindelantriebseinrichtung auch in diesem Schaltzustand spielfrei verspannt. Dieser Schaltzustand kann deshalb z. B. auch dazu benutzt werden, extrem schwere Fräs­ bearbeitungen vorzunehmen, z. B. das Fräsen von großen Vier­ kantflächen. Die Erfindung bringt dabei gegenüber bekannten Werkzeugmaschinen den Vorteil mit sich, daß der Spindelan­ triebsmotor nicht in Lageregelung betrieben werden muß, und die Positionierung der Arbeitsspindel ist zudem extrem steif.

Die Zentrierung des Schiebers 56 in seiner in Fig. 7 darge­ stellten zweiten Schaltstellung bringt den Vorteil mit sich, daß sich bei stillstehendem Spindelantriebsmotor 16 die Lauf­ verzahnung 50a des Nebenhohlrads 50 exakt in die Verzahnung der Nebenplanetenräder 30a einschieben läßt, wenn der Schie­ ber 56 aus seiner in Fig. 7 dargestellten zweiten Schaltstel­ lung heraus nach links verschoben wird.

Das Umschalten des Planetengetriebes erfolgt im Stillstand, wobei die Arbeitsspindel 12 zuvor in eine Drehwinkelstellung gebracht werden muß, in der die Zähne der ineinander zu schiebenden Verzahnungen gegeneinander um eine halbe Zahntei­ lung versetzt sind.

In Abwandlung der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 7 könnte der Planetenradträger 32 mit zusätzlichen Achsen für die Nebenplanetenräder 30a versehen werden, um so die Lagerung der Planetenräder 30 und der Nebenplanetenrä­ der 30a verbreitern zu können.

Zusätzlich zu der Erfüllung aller vorstehend aufgeführten An­ forderungen an eine moderne Spindelantriebseinrichtung bringt die Erfindung den Vorteil mit sich, daß die Spindelantriebs­ einrichtung außerordentlich kompakt ist; die Arbeitsspindel erfährt nur eine unwesentliche Verlängerung, die aber mehr als wettgemacht wird durch das Fehlen einer Riemenscheibe, einer Rast- oder Bremsscheibe oder eines am Ende der Arbeits­ spindel vorgesehenen einschwenkbaren Zusatzantriebs für den Betrieb der Arbeitsspindel als sogenannte Rundachse.

Der geringe Platzbedarf der erfindungsgemäßen Spindelan­ triebseinrichtung macht diese in besonderem Maße geeignet für sogenannte Gegenspindelmaschinen, bei denen zur Übernahme eines in einer ersten Arbeitsspindel bearbeiteten Werkstücks eine der ersten Arbeitsspindel gegenüberliegende und zur er­ sten Arbeitsspindel koaxiale Gegenarbeitsspindel in Richtung auf das Werkstück vorgefahren wird, um dieses zu übernehmen und danach wieder in ihre Ausgangsposition zurückzufahren. An eine solche Gegenspindel seitlich angebaute Getriebe, Motoren und dergleichen wären mehr als störend und darüber hinaus kaum gegen Späne abzuschirmen.

Die in Fig. 8 dargestellte zweite bevorzugte Ausführungsform soll im Folgenden nur insoweit beschrieben werden, als sie von der ersten Ausführungsform abweicht und als dies für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Außerdem wurden in Fig. 8 für Teile, die in ihrer Funktion Teilen der ersten Ausführungsform entsprechen, dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 7 verwendet, jedoch unter Hinzufügung eines Strichs.

Die Fig. 8 zeigt das Planetengetriebe im langsamen Gang, d. h. in einem Schaltzustand, in dem das Planetengetriebe eine Getriebefunktion ausführt. Ein Sonnenrad 28′ kämmt wie­ der mit Planetenrädern 30′ und Nebenplanetenrädern 30a′, wel­ che von einem Planetenradträger 32′ bzw. einem Nebenplaneten­ radträger 32a′ getragen werden. Während also bei der ersten Ausführungsform zwei Hohlräder, nämlich das Hohlrad 42 und das Nebenhohlrad 50 vorgesehen sind, besitzt die zweite Aus­ führungsform nach Fig. 8 zwei Planetenradträger 32′ und 32a′, da bei dieser zweiten Ausführungsform das Planetengetriebe durch Verdrehen des Nebenplanetenradträgers 32a′ spielfrei gemacht werden kann, wie im Folgenden noch gezeigt werden wird. In dem in Fig. 8 gezeigten Schaltzustand wird der Pla­ netenradträger 32′ mittels seiner Halteverzahnung 32b′ und einer Halteverzahnung 14b′ eines Getriebegehäuses 14′ am Dre­ hen gehindert. Der im Planetenradträger 32′ drehbar gelagerte Nebenplanetenradträger 32a′ besitzt eine Verzahnung 50b′, welche in eine Verzahnung 50a′ eines um die Spindelachse 12a′ beschränkt drehbaren Stellrings 50′ eingreift. Ein Hohl­ rad 42′ ist schließlich fest mit einer Arbeitsspindel 12′ verbunden.

In dem in Fig. 8 dargestellten Schaltzustand, dem langsamen Gang, treibt das Sonnenrad 28′ die Planetenräder 30′ und die Nebenplanetenräder 30a′ an, der Planetenradträger 32′ wird durch die Halteverzahnung 14b′ festgehalten, der Nebenplane­ tenradträger 32a′ durch den Stellring 50′ und einen in diesen eingreifenden Mitnehmerstift 66′ bzw. einen den letzteren tragenden Schieber 56′, und die Planetenräder 30′ sowie die Nebenplanetenräder 30a′ treiben unmittelbar das Hohlrad 42′ und damit die Arbeitsspindel 12′ an. Mit Hilfe des Schie­ bers 56′ läßt sich der Stellring 50′ und damit der Nebenpla­ netenradträger 32a′ um die Spindelachse 12a′ verdrehen und damit das Planetengetriebe spielfrei machen.

Durch Verschieben des Planetenradträgers 32′ und des Neben­ planetenradträgers 32a′ mit Hilfe des Schiebers 56′ und eines von diesem getragenen Mitnehmerstifts 64′ gemäß Fig. 8 nach links werden die Halteverzahnung 32b′ und die Verzahnung 50b′ frei, so daß sich der Planetenradträger 32′ und der Nebenpla­ netenradträger 32a′ drehen können; gleichzeitig wird eine Verzahnung 32c′ des Planetenradträgers 32′ in die Laufverzah­ nung 42a′ des Hohlrads 42′ eingeschoben und so der Planeten­ radträger 32′ drehfest mit dem Hohlrad 42′ und damit mit der Arbeitsspindel 12′ verbunden.

Zum Verständnis der Fig. 8 sei noch auf folgendes hingewie­ sen: Bei der Halteverzahnung 14b′ des Getriebegehäuses 14′ handelt es sich nicht um einen durchgehenden Zahnring, son­ dern vielmehr um z. B. zwei sich jeweils über einen Umfangs­ winkel von z. B. 30° erstreckende Zahnsegmente, die von ent­ sprechenden Segmenten 90′ des Getriebegehäuses 14′ getragen werden und in entsprechende Aussparungen des Stellrings 50′ eingreifen. Außerdem sind in Fig. 8 die Segmente 90′ um 90° versetzt dargestellt.

Während bei den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungs­ formen das Sonnenrad des Planetengetriebes dessen Eintriebs­ getriebeelement bildet und das Abtriebsgetriebeelement entwe­ der vom Planetenradträger oder vom Hohlrad gebildet wird, er­ folgt bei der dritten, in Fig. 9 dargestellten Ausführungs­ form der Eintrieb über das Hohlrad und der Abtrieb über den Planetenradträger. Während bei den beiden vorstehend be­ schriebenen Ausführungsformen zum Spielfreimachen des Plane­ tengetriebes entweder das Hohlrad oder der Planetenradträger verdoppelt wurde, hat die dritte Ausführungsform gemäß Fig. 9 zwei Sonnenräder, um das Planetengetriebe im langsamen Gang spielfrei machen zu können. Auch die dritte Ausführungsform gemäß Fig. 9 wird im Folgenden nur insoweit beschrieben wer­ den, als sie von der ersten Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 7 abweicht, und für Teile dieser dritten Ausführungs­ form, welche in ihrer Funktion Teilen der ersten Ausführungs­ form entsprechen, wurden dieselben Bezugszeichen, jedoch un­ ter Hinzufügung zweier Striche verwendet.

Die Fig. 9, welche das Planetengetriebe wiederum in dem dem langsamen Gang entsprechenden Schaltzustand zeigt, läßt ein Hohlrad 42′′ und einen Planetenradträger 32′′ erkennen, wobei das Hohlrad 42′′ mit einer von einem Rotor 20′′ angetriebenen Hohlwelle 22′′ und der Planetenradträger 32′′ mit einer Ar­ beitsspindel 12′′ fest verbunden ist. Der Planetenradträ­ ger 32′′ trägt zwei Sätze von Planetenrädern, nämlich Plane­ tenräder 30′′ und Nebenplanetenräder 30a′′. Auf der Arbeits­ spindel 12′′ sind zwei zu dieser konzentrische Sonnenräder drehbar und in axialer Richtung verschiebbar angeordnet, näm­ lich ein Sonnenrad 28′′ und ein dieses lagerndes Nebensonnen­ rad 28a′′, wobei in dem in Fig. 9 dargestellten Schaltzustand die Planetenräder 30′′ mit der Laufverzahnung 128′′ des Sonnen­ rads 28′′ und die Nebenplanetenräder 30a′′ mit der Laufverzah­ nung 128a′′ des Nebensonnenrads 28a′′ kämmen und das Sonnen­ rad 28′′ durch einen an einem Gehäuse 14′′ befestigten und in ein Loch des Sonnenrads 28′′ eingreifenden Haltestift 14b′′ am Drehen gehindert wird. Ein Schieber 56′′ trägt einen ersten Mitnehmerstift 64′′, welcher in eine Umfangsnut 68′′ des Son­ nenrads 28′′ eingreift, sowie einen zweiten Mitnehmer­ stift 66′′, welcher in ein Loch 70′′ des Nebensonnenrads 28a′′ eingreift.

In dem in Fig. 9 dargestellten Schaltzustand des Planetenge­ triebes (langsamer Gang) treibt der Rotor 20′′ demnach über das Hohlrad 42′′, die Planetenräder 30′′ und den Planetenrad­ träger 32′′ die Arbeitsspindel 12′′ an, weil das Sonnenrad 28′′ am Drehen gehindert ist. Dabei läßt sich das Planetengetriebe spielfrei machen, indem das Nebensonnenrad 28a′′ mit Hilfe des Schiebers 56′′ gegenüber dem Sonnenrad 28′′ etwas verdreht wird, was eine Verspannung des Planetengetriebes zur Folge hat, da sowohl die Planetenräder 30′′ als auch die mit dem Nebensonnenrad 28a′′ kämmenden Nebenplanetenräder 30a′′ mit der Laufverzahnung 42a′′ des Hohlrads 42′′ kämmen.

Werden mit Hilfe des Schiebers 56′′ das Sonnenrad 28′′ und das Nebensonnenrad 28a′′ gemäß Fig. 9 so weit nach rechts verscho­ ben, daß der Haltestift 14b′′ das Sonnenrad 28′′ freigibt und dessen Verzahnung 128b′′ in die Laufverzahnung 42a′′ des Hohl­ rads 42′′ eintritt sowie die Nebenplanetenräder 30a′′ von der Laufverzahnung 128a′′ des Nebensonnenrads 28a′′ freikommen, wird der Planetenradträger 32′′ mit der Drehzahl des Ro­ tors 20′′ angetrieben, da sich das Sonnenrad 28′′ gegenüber dem Hohlrad 42′′ nicht mehr verdrehen läßt und infolgedessen der Planetenradträger 32′′ mit derselben Drehzahl umlaufen muß wie das Hohlrad 42′′.

Ein Blockieren des Planetengetriebes und damit der Arbeits­ spindel ist bei den Ausführungsformen nach den Fig. 8 und 9 in analoger Weise wie bei der ersten Ausführungsform mög­ lich.

Wie sich aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung der drei vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spindelantriebseinrichtung ergibt, wird das schaltbare Getriebeelement des Planetengetriebes vorteil­ hafterweise nicht nur an einer einzigen Stelle betätigt, son­ dern an mehreren, einander insbesondere diametral gegenüber­ liegenden Stellen, weshalb bei den dargestellten Ausführungs­ formen auch jeweils zwei Schieber 56 bzw. 56′ bzw. 56′′ vorge­ sehen sind.

Des weiteren weisen alle dargestellten Ausführungsformen der Erfindung zwei Planetenradsätze auf, wobei die beiden Planetenradsätze relativ zueinander um die Getriebeachse ge­ ringfügig verdrehbar und/oder die Planetenräder des einen Satzes (bei einem angenommenen Stillstand der Planetenräder des anderen Satzes) geringfügig um ihre jeweilige Achse dreh­ bar sind, um das Planetengetriebe dann, wenn es eine Getrie­ befunktion erfüllt (insbesondere also im langsamen Gang) spielfrei machen zu können. Um dies zu bewerkstelligen, wird erfindungsgemäß wenigstens eines der drei Getriebeelemente Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad verdoppelt, um durch ein geringfügiges Verdrehen des einen Getriebeelements rela­ tiv zum anderen, äquivalenten Getriebeelement um die Getrie­ beachse herum das Getriebe etwas zu verspannen und dadurch ein Spiel zu beseitigen. Dabei handelt es sich bei dem ver­ doppelten Getriebeelement nicht um eines derjenigen Getriebe­ elemente, die den Getriebeeintrieb und den Getriebeabtrieb bilden bzw. mit diesen drehfest verbunden sind.

Claims (21)

1. Spindelantriebseinrichtung für Werkzeugmaschinen mit einer Arbeitsspindel zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks, einem Spindelantriebsmotor und einem zwi­ schen diesem und der Arbeitsspindel vorgesehenen schalt­ baren Planetengetriebe für einen Spindelantrieb mit un­ terschiedlichen Getriebeübersetzungen, wobei das wenig­ stens drei Getriebeelemente, nämlich ein Sonnenrad, ei­ nen Planetenradträger mit einem Planetenradsatz und ein Hohlrad, aufweisende Planetengetriebe ein mit dem An­ triebsmotor drehfest verbundenes Eintriebsgetrie­ beelement sowie ein mit der Arbeitsspindel in Antriebs­ verbindung stehendes Abtriebsgetriebeelement besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (16) einen zur Arbeitsspindel (12; 12′; 12′′) koaxialen, letztere umfassenden, hohlwellenartigen Rotor (20; 20′; 20′′) auf­ weist und die Planetenräder (30; 30′; 30′′) um die Ar­ beitsspindelachse (12a; 12a′; 12a′′) herum angeordnet sind und daß der Rotor drehfest mit dem Eintriebsgetrie­ beelement (28; 28′; 42′′) des Planetengetriebes und des­ sen Abtriebsgetriebeelement (32; 42′; 32′′) drehfest mit der Arbeitsspindel verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im schnellen Gang des Planetengetriebes dessen Planeten­ räder (30; 30′; 30′′) gegenüber dem Planetenradträ­ ger (32; 32′; 32′′) unverdrehbar gehalten sind und das Eintriebsgetriebeelement (28; 28′; 42′′) drehfest mit dem Abtriebsgetriebeelement (32; 42′; 32′′) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Schalten des Planetengetriebes dessen zwi­ schen Eintriebs- und Abtriebsgetriebeelement (28; 28′; 42′′ bzw. 32; 42′; 32′′) liegendes mittleres Getriebeele­ ment (42; 32′; 28′′) in Richtung der Spindelachse (12a; 12a′; 12a′′) zwischen einer ersten, dem langsamen Gang und einer zweiten, dem schnellen Gang zugeordneten Schaltstellung verschiebbar sowie in seiner ersten Schaltstellung unverdrehbar gehalten und in seiner zwei­ ten Schaltstellung frei drehbar ist sowie Eintriebs- und Abtriebsgetriebeelement drehfest miteinander verbindet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Getriebeelement (42; 32′; 28′′) in seiner ersten Schaltstellung drehfest mit einem Getriebegehäu­ se (14; 14′; 14′′) verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Getriebeelement (42; 32′; 28′′) in eine dritte Schaltstellung schiebbar ist, in der es sowohl mit dem Getriebegehäuse (14; 14′; 14′′) als auch mit wenigstens einem der beiden anderen Getriebeelemente (28 bzw. 32; 28′ bzw. 42′; 42′′ bzw. 32′′) drehfest verbunden ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am mittleren Getrie­ beelement (42) und an einem der anderen Getriebeelemen­ te (32 bzw. 28) Rastmittel (70a, 70b) zum Halten des mittleren Getriebeelements wenigstens in seiner zweiten Schaltstellung vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch einen am Getriebegehäu­ se (14; 14′; 14′′) in Richtung der Spindelachse (12a; 12a′; 12a′′) zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltstellung verschiebbar gehaltenen Schieber (56; 56′; 56′′), welcher in Richtung der Spindelachse über einen ersten Mitnehmer (64; 64′; 64′′) mit dem mittleren Getriebeelement (42; 32′; 28′′) gekoppelt ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetenge­ triebe zu wenigstens einem seiner drei Getriebeelemen­ te (28, 42, 32; 28′, 32′, 42′; 42′′, 28′′, 32′′) ein äqui­ valentes viertes Getriebeelement (50; 32a′; 28a′′) be­ sitzt und daß eine Stellvorrichtung (56; 56′; 56′′) vor­ gesehen ist, um im langsamen Gang des Planetengetriebes zur Beseitigung eines Spiels des letzteren die beiden einander äquivalenten Getriebeelemente (42, 50; 32′, 32a′; 28′′, 28a′′) gegeneinander zu verdrehen.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schieber (56; 56′; 56′′) in seiner er­ sten Schaltstellung in Umfangsrichtung verstellbar und über einen zweiten Mitnehmer (66; 66′; 66′′) mit dem vierten Getriebeelement (50; 32a′; 28a′′) gekoppelt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Stellvorrichtung (62a, 62b) zum Verstellen des sich in seiner ersten Schaltstellung befindlichen Schiebers (56) aus einer mittleren Position heraus wahlweise in der einen oder anderen Umfangsrichtung.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Stellvorrichtung (60a, 60b) zum gesteuerten Verschieben des Schiebers (56) in Richtung der Spindelachse (12a).

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellvorrichtung (62a, 62b bzw. 60a, 60b) zwei Stellelemente aufweist, welche an einander gegenüberliegenden Bereichen des Schiebers (56) an­ greifen.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (42) das mittlere Getriebeelement bildet.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnen­ rad (28) das Eintriebsgetriebeelement bildet.

15. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Hohlrad (42) in seiner zweiten Schaltstellung keine Berührung mit dem Getriebegehäu­ se (14) hat.

16. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe einen zweiten Planetenradsatz (30a; 30a′; 30a′′) aufweist, dessen Planetenräder zur Spielbe­ seitigung gegenüber den Planetenrädern (30; 30′; 30′′) des anderen Planetenradsatzes verstellbar sind.

17. Einrichtung nach den Ansprüchen 13, 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, um die Spindelach­ se (12a) verdrehbares Hohlrad (50) vorgesehen ist, mit dem die zweiten Planetenräder (30a) kämmen.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlräder (42, 50) gemeinsam in Richtung der Spindelachse (12a) verschiebbar sind und daß in der zweiten Schaltstellung die zweiten Planetenräder (30a) und das zweite Hohlrad (50) außer Eingriff sind.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenrä­ der (30; 30′; 30′′) in gleichen Winkelabständen vonein­ ander um die Arbeitsspindelachse (12a; 12a′; 12a′′) herum angeordnet sind.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenrä­ der (30a; 30a′; 30a′′) des zweiten Planetenradsatzes in gleichen Winkelabständen voneinander um die Arbeits­ spindelachse (12a; 12a′; 12a′′) herum angeordnet sind.

21. Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 bei einer Drehmaschine mit zwei einander gegenüberliegenden, koaxialen Arbeitsspin­ deln, von denen mindestens eine in Spindelachsrichtung verschiebbar ist, für einen Antrieb der verschiebbaren Arbeitsspindel.