DE102011002450B4

DE102011002450B4 - Device for weight balance on a machine tool

Info

Publication number: DE102011002450B4
Application number: DE102011002450.6A
Authority: DE
Inventors: Robert Jung; Roland Köchl
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2011-01-04
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2031-01-05
Also published as: DE102011002450A1

Abstract

Vorrichtung zum Gewichtsausgleich eines vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteils (20) einer Werkzeugmaschine (100) zum Bearbeiten eines Werkstücks, mit: einem Gewichtsausgleichsmechanismus (30), der dazu geeignet ist, zum Gewichtsausgleich eine der Gewichtskraft (FG) des Bauteils (20) entgegengesetzte, auf das Bauteil (20) wirkende Gegenkraft (FA) zu erzeugen, wobei der Gewichtsausgleichsmechanismus zum Erzeugen der Gegenkraft (FA) einen eine Federkraft (FF) erzeugenden Federmechanismus (33a, 33b, 34) aufweist, wobei der Gewichtsausgleichsmechanismus (30) einen Flaschenzugmechanismus (32, 31a, 31b, 31c, 31d) umfasst, der die von dem Federmechanismus erzeugte Federkraft (FF) zum Erzeugen der Gegenkraft (FA) verringert, derart, dass der Betrag der von dem Federmechanismus erzeugten Federkraft (FF) größer ist als der Betrag der Gegenkraft (FA), dadurch gekennzeichnet, dass der Flaschenzugmechanismus einen n-fachen Faktorenflaschenzug mit n ≥ 2 umfasst, und der n-fache Faktorenflaschenzug n Rollen (31a, 31b, 31c, 31d) umfasst, wobei zumindest eine erste Rolle (31a) ortsfest an einem nicht-verfahrbaren Bauteil (10, 33a; 11, 33a) der Werkzeugmaschine (100) befestigt ist und zumindest eine n-te Rolle (31d) relativ zu der ersten Rolle (31a) beweglich angeordnet ist, wobei die Federkraft (FF) des Federmechanismus zwischen der ersten und der n-ten Rolle wirkt.Device for balancing a vertically or obliquely displaceable component (20) of a machine tool (100) for machining a workpiece, comprising: a weight compensation mechanism (30) adapted to balance the weight of one of the weight (FG) of the component (20), on the component (20) to produce counterforce (FA), wherein the counterbalancing mechanism (FA) comprises a spring force (FF) generating spring mechanism (33a, 33b, 34), wherein the weight compensation mechanism (30) a pulley mechanism ( 32, 31a, 31b, 31c, 31d) which reduces the spring force (FF) generated by the spring mechanism to generate the counterforce (FA), such that the amount of spring force (FF) generated by the spring mechanism is greater than the amount the counterforce (FA), characterized in that the pulley mechanism comprises an n-fold factor pulley with n ≥ 2, and the n-factor factorsflas pulley n rollers (31a, 31b, 31c, 31d), wherein at least one first roller (31a) fixed to a non-movable component (10, 33a; 11, 33a) of the machine tool (100) and at least one nth roller (31d) is movably arranged relative to the first roller (31a), the spring force (FF) of the spring mechanism between the first and the nth rollers acts.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich eines vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteils einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere zum Gewichtsausgleich eines vertikal oder schräg verfahrbaren Spindelstocks einer Werkzeugmaschine. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine derartige Vorrichtung zum Gewichtsausgleich mit einem Gewichtsausgleichsmechanismus, der dazu geeignet ist, zum Gewichtsausgleich eine der Gewichtskraft des Bauteils entgegengesetzte, auf das Bauteil wirkende Gegenkraft zu erzeugen, wobei der Gewichtsausgleichsmechanismus zum Erzeugen der Gegenkraft einen eine Federkraft erzeugenden Federmechanismus aufweist. Der Gewichtsausgleichsmechanismus umfasst ferner einen Flaschenzugmechanismus, der die von dem Federmechanismus erzeugte Federkraft zum Erzeugen der Gegenkraft verringert, so dass der Betrag der von dem Federmechanismus erzeugten Federkraft größer ist als der Betrag der Gegenkraft.The present invention relates to a device for weight compensation of a vertically or obliquely movable component of a machine tool for machining a workpiece, in particular for balancing a vertically or obliquely movable headstock of a machine tool. More particularly, the present invention relates to such a counterbalancing device with a counterbalancing mechanism adapted to counteract the weight of the component by counterbalancing the weight of the component, the counterbalance counterbalancing mechanism comprising a spring force generating spring mechanism. The counterweight mechanism further includes a pulley mechanism that reduces the spring force generated by the spring mechanism to produce the counterforce, such that the amount of spring force generated by the spring mechanism is greater than the amount of counterforce.

Weiterhin betriff die vorliegende Erfindung eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks umfassend ein vertikal oder schräg verfahrbares Bauteil und eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich des vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteils, insbesondere eine Werkzeugmaschine mit einem vorstehend beschriebenen Gewichtsausgleichsmechanismus.Furthermore, the present invention relates to a machine tool for machining a workpiece comprising a vertically or obliquely movable component and a device for balancing the vertically or obliquely movable component, in particular a machine tool with a weight compensation mechanism described above.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Heutige Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung eines Werkstücks umfassen oftmals ein oder mehrere schräg oder vertikal verfahrbare Bauteile, wie z. B. einen vertikal verfahrbaren Spindelstock einer Fräsmaschine, Fräs/Dreh-Werkzeugmaschine oder eines Universal-Bearbeitungszentrums, an dem eine Spindel angeordnet ist, um ein Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstücks aufzunehmen und anzutreiben. Bei derartigen Werkzeugmaschinen ist es z. B. bekannt eine numerisch steuerbare Linearachse vorzusehen, mit der ein Bauteil, wie z. B. ein vertikal verfahrbarer Spindelstock, vertikal oder auch schräg verfahren werden kann.Today's machine tools for machining a workpiece often include one or more obliquely or vertically movable components, such. B. a vertically movable headstock a milling machine, milling / turning machine tool or a universal machining center on which a spindle is arranged to receive a tool for machining the workpiece and drive. In such machine tools, it is z. B. known to provide a numerically controllable linear axis, with a component such. B. a vertically movable headstock, vertically or obliquely can be moved.

Um bei dem Antrieb einer derartigen Linearachse einen möglichst kompakten und. energiesparenden Achsantrieb vorsehen zu können,. ist es im Stand der Technik bekannt, an der Werkzeugmaschine einen Gewichtsausgleichmechanismus vorzusehen, der dazu geeignet ist, zum Gewichtsausgleich des verfahrbaren Bauteils eine der Gewichtskraft des Bauteils entgegengesetzte, auf das Bauteil wirkende Gegenkraft zu erzeugen. Somit kann der Achsmotor für die gleiche Beschleunigung auf eine nur geringere Antriebskraft ausgelegt werden, da die Gewichtskraft des Bauteils zumindest teilweise oder je nach Ausführung des Gewichtsausgleichmechanismus auch vollständig ausgeglichen wird. Insbesondere muss bei ruhender Stellung des Bauteils zusätzlich zu der von dem Gewichtsausgleichmechanismus erzeugten Gegenkraft keine oder nur eine wesentlich geringere Kraft auf das Bauteil wirken, um das Bauteil in der ruhenden Stellung zu halten.To the drive of such a linear axis as compact as possible and. to provide energy-saving final drive. It is known in the art to provide on the machine tool a weight compensation mechanism which is adapted to generate a counterweight of the component, which counteracts the weight of the component, and which counteracts the weight of the component and acts on the component. Thus, the axle motor for the same acceleration can be designed for only a lower driving force, since the weight of the component is at least partially or depending on the design of the counterbalancing mechanism also completely compensated. In particular, in the stationary position of the component, in addition to the counterforce generated by the counterbalance mechanism, no or only a significantly smaller force must act on the component in order to hold the component in the stationary position.

Bei heutigen Werkzeugmaschinen, wie z. B. NC-gesteuerten Fräsmaschinen, Fräs-/Dreh-Werkzeugmaschinen oder Universal-Bearbeitungszentren ist es gängig bekannt, für vertikal oder schräg verfahrbare Bauteile einen Gewichtsausgleich auf Hydraulikbasis vorzusehen, bei dem die auf das Bauteil wirkende Gegenkraft zur Gewichtskraft des Bauteils durch Hydraulikvorrichtungen des hydraulischen Gewichtsausgleichmechanismus erzeugt wird. Derartige hydraulische Gewichtsausgleichsmechanismen erfordern jedoch regelmäßig aufwendige Wartungs- sowie Überprüfungsarbeiten, z. B. durch Prüfanstalten wie z. B. TÜV, mit den daraus resultierenden nachteiligen Maschinenstandzeiten. Zudem ist es zusätzlich erforderlich einen Druckspeicher vorzusehen, bei dem zusätzliche aufwendige Wartungs- sowie Überprüfungsarbeiten anfallen.In today's machine tools, such. As NC-controlled milling machines, milling / turning machine tools or universal machining centers, it is commonly known to provide vertically or obliquely movable components a weight compensation hydraulic basis, wherein the force acting on the component counterforce to the weight of the component by hydraulic devices of the hydraulic Counterbalance mechanism is generated. However, such hydraulic counterbalance mechanisms regularly require extensive maintenance and inspection work, eg. B. by testing institutions such. B. TÜV, with the resulting adverse machine life. In addition, it is also necessary to provide a pressure accumulator incurred in the additional costly maintenance and verification work.

Weiterhin ist ein hydraulischer Gewichtsausgleichmechanismus kostenintensiv und steht aufgrund seiner Größe den Anforderungen einer kompakten Bauweise der Werkzeugmaschine entgegen. Im Allgemeinen muss die Baulänge eines hydraulischen Gewichtsausgleichmechanismus im Vergleich zu der Länge des möglichen Verfahrbereichs des verfahrbaren Bauteils doppelt bemessen sein.Furthermore, a hydraulic counterbalance mechanism is costly and due to its size is contrary to the requirements of a compact design of the machine tool. In general, the overall length of a hydraulic counterweight mechanism must be doubled in comparison to the length of the possible travel range of the traveling component.

Bei einem hydraulischen Gewichtsausgleichsmechanismus ist es zudem aus Sicherheitsgründen erforderlich, die Funktion der Hydraulik selbst bei dem geringsten Druck zu gewährleisten, wobei der in der Hydraulik herrschende Druck im Allgemeinen unvermeidlichen Druckschwankungen unterliegt, so dass die von einem hydraulischen Gewichtsausgleichmechanismus erzeugte Gegenkraft im Allgemeinen stets zu hoch ist. Somit wirkt eine zu hohe Kraft auf das Bauteil entgegen der Gewichtskraft. Soll das Bauteil jedoch in einer ruhenden Stellung auf einer bestimmten vertikalen Position gehalten werden, muss der Lineardirektantrieb der Linearachse bereits eine hohe Kraft aufbringen, um das Bauteil entgegen der zu hohen Gegenkraft des hydraulischen Gewichtsausgleichmechanismus in der gewünschten vertikalen Position halten zu können, so dass der Lineardirektantrieb nicht wie gewünscht kompakt und energiesparend ausgebildet werden kann.In addition, in a hydraulic counterbalancing mechanism, it is necessary for safety reasons to ensure the operation of the hydraulic even at the lowest pressure, the pressure prevailing in the hydraulic generally being subject to unavoidable pressure fluctuations, so that the counterforce generated by a hydraulic counterbalance mechanism is generally always too high is. Thus, an excessive force acts on the component against the weight. However, if the component is to be held in a stationary position at a certain vertical position, the linear direct drive of the linear axis already has to apply a high force in order to be able to hold the component in the desired vertical position against the excessive counterforce of the hydraulic counterweight mechanism, so that the Linear direct drive can not be designed as compact and energy-saving as desired.

Ausgehend von den vorstehend genannten hydraulischen Gewichtsausgleichsmechanismen heutiger gängiger Werkzeugmaschinen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich eines vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteils einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks bereitzustellen, die die vorstehend genannten Nachteile von hydraulischen Gewichtsausgleichsmechanismen vermeidet und es insbesondere ermöglicht, energiesparende kompakte Achsantriebe an der Werkzeugmaschine vorzusehen. Starting from the above-mentioned hydraulic counterbalancing mechanisms of today's common machine tools, it is an object of the present invention to provide a device for counterbalancing a vertically or obliquely movable component of a machine tool for machining a workpiece, which avoids the aforementioned disadvantages of hydraulic counterbalancing mechanisms and in particular enables energy-saving provide compact axle drives on the machine tool.

Ausgehend von den vorstehend genannten hydraulischen Gewichtsausgleichsmechanismen heutiger gängiger Werkzeugmaschinen ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich eines vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteils bereitzustellen, die eine kompaktere und kostensparendere Bauweise des Gewichtsausgleichmechanismus sowie der Werkzeugmaschine ermöglicht, und die insbesondere hohe Sicherheit und Handhabbarkeit sowie einen geringeren Wartungs- und Überprüfungsaufwand als hydraulische Gewichtsausgleichmechanismen erfordert.Based on the aforementioned hydraulic counterbalance mechanisms of today's common machine tools, it is a further object of the present invention to provide a device for weight compensation of a vertically or obliquely movable component, which allows a more compact and cost-saving design of the counterbalance mechanism and the machine tool, and in particular high security and manageability and requires less maintenance and inspection effort than hydraulic counterbalancing mechanisms.

Gemäß der vorliegenden Erfindung soll ein Gewichtsausgleichmechanismus vorgesehen werden, der dazu geeignet ist, zum Gewichtsausgleich eine der Gewichtskraft des Bauteils entgegengesetzte, auf das Bauteil wirkende Gegenkraft zu erzeugen, wobei der Gewichtsausgleichsmechanismus zum Erzeugen der Gegenkraft einen eine Federkraft erzeugenden Federmechanismus aufweist. Aus der DE 200 22 504 U1 ist eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich eines vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteils einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks bekannt, mit einem Gewichtsausgleichsmechanismus, der zum Erzeugen der Gegenkraft für den Gewichtsausgleich einen eine Federkraft erzeugenden Federmechanismus aufweist, der eine oder mehrere Spiralfedern umfasst.According to the present invention, a counterbalance mechanism is provided which is adapted to counteract the weight of the component by counterbalancing the weight of the component, and which counterweight counterbalancing mechanism comprises a spring force generating spring mechanism. From the DE 200 22 504 U1 a device for balancing a vertically or obliquely movable component of a machine tool for machining a workpiece is known, comprising a weight compensation mechanism having a spring force-generating spring mechanism comprising one or more coil springs for generating the counterforce for counterbalance.

Der in der DE 200 22 504 U1 vorgesehene Federmechanismus weist jedoch aufgrund der Bauweise mit einer oder mehreren Spiralfedern eine vergleichsweise unkompakte Bauweise auf, und aufgrund des Aufbaus des Federmechanismus mit Spiralfeder muss das Spiralfederelement an der Werkzeugmaschine stets über dem verfahrbaren Bauteil angebracht sein, um die Gegenkraft aufbringen zu können. Somit ist der Federmechanismus gemäß der DE 200 22 504 U1 betreffend die Positionierung an der Werkzeugmaschine unflexibel und eingeschränkt. Zudem ist es schwierig bei einem Federmechanismus gemäß der DE 200 22 504 U1 mit einer oder mehreren Spiralfedern die Federkraft derart einzurichten bzw. einzustellen, dass über den gesamten Verfahrbereich des Bauteils eine ausreichende Gegenkraft erzeugt werden kann.The Indian DE 200 22 504 U1 provided spring mechanism, however, has due to the design with one or more coil springs on a comparatively incomplete construction, and due to the structure of the spring mechanism with coil spring spiral spring element must always be mounted on the machine tool on the movable component in order to apply the counterforce can. Thus, the spring mechanism according to the DE 200 22 504 U1 concerning the positioning on the machine tool inflexible and restricted. In addition, it is difficult in a spring mechanism according to the DE 200 22 504 U1 With one or more coil springs set up or adjust the spring force such that over the entire travel range of the component sufficient drag can be generated.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Gewichtsausgleichmechanismus mit einer oder mehreren Spiralfedern gemäß der DE 200 22 504 U1 ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich eines vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteils mit Federmechanismus bereitzustellen, die eine kompaktere und kostensparendere Bauweise ermöglicht, bezüglich der Anbringung bzw. Positionierung an der Werkzeugmaschine flexibler ist und zudem einfacher und sicherer eingerichtet werden kann, über den gesamten Verfahrbereich des Bauteils eine ausreichende und möglichst gleichmäßige Gegenkraft erzeugen zu können.Starting from the aforementioned weight compensation mechanism with one or more coil springs according to the DE 200 22 504 U1 It is a further object of the present invention to provide a device for balancing a vertically or obliquely movable component with spring mechanism, which allows a more compact and cost-saving design, is more flexible with respect to the attachment or positioning on the machine tool and also can be set up easier and safer, over the entire travel range of the component to produce a sufficient and uniform as possible counterforce.

Ein Gewichtsausgleichmechanismus mit Federkraft ist in DD 1 52 928 B1 , US 3 575 368 A und DE 38 23 042 A1 beschrieben.A counterweight mechanism with spring force is in DD 1 52 928 B1 . US Pat. No. 3,575,368 and DE 38 23 042 A1 described.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich eines vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteils einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks gemäß Anspruch 1 und eine Werkzeugmaschine mit einem vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteil gemäß Anspruch 18 vorgeschlagen. Abhängige Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.To achieve the abovementioned objects of the present invention, a device for balancing a vertically or obliquely movable component of a machine tool for machining a workpiece according to claim 1 and a machine tool with a vertically or obliquely movable component according to claim 18 are proposed. Dependent claims relate to preferred embodiments and embodiments of the present invention.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich eines vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteils einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks vorgeschlagen, mit einem Gewichtsausgleichsmechanismus, der dazu geeignet ist, zum Gewichtsausgleich eine der Gewichtskraft des Bauteils entgegengesetzte, auf das Bauteil wirkende Gegenkraft zu erzeugen, wobei der Gewichtsausgleichsmechanismus zum Erzeugen der Gegenkraft einen eine Federkraft erzeugenden Federmechanismus aufweist.According to the present invention, a device for weight compensation of a vertically or obliquely movable component of a machine tool for machining a workpiece is proposed, with a weight compensation mechanism, which is adapted to generate a weight counterbalance of the weight of the component, acting on the component counterforce, wherein the weight balance mechanism for generating the counter force comprises a spring force generating spring mechanism.

Der Gewichtsausgleichsmechanismus umfasst erfindungsgemäß weiterhin einen Flaschenzugmechanismus, der die von dem Federmechanismus erzeugte Federkraft zum Erzeugen der Gegenkraft verringert, derart, dass der Betrag der von dem Federmechanismus erzeugten Federkraft größer ist als der Betrag der Gegenkraft.The counterbalance mechanism further comprises, in accordance with the invention, a pulley mechanism that reduces the spring force generated by the spring mechanism to produce the counterforce. such that the amount of spring force generated by the spring mechanism is greater than the amount of drag.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, einen Federmechanismus zum Gewichtsausgleich bereitzustellen, bei dem zur Reduktion der Federkraft des Federmechanismus ein Flaschenzugmechanismus vorgesehen ist Der Flaschenzugmechanismus wirkt hierbei als Kraftumwandler, der einerseits den Betrag der Federkraft des Federmechanismus reduziert und es andererseits zusätzlich vorteilhaft ermöglicht, die Wirkungsrichtung der Federkraft von der Wirkungsrichtung der Gegenkraft durch Umlenkung zu entkoppeln, so dass der erfindungsgemäße Gewichtsausgleichsmechanismus eine vorteilhaft flexiblere Anbringung bzw. Positionierung an der Werkzeugmaschine ermöglicht. Insbesondere ermöglicht ein Flaschenzugmechanismus eine nahezu beliebige Umlenkung zu dem verfahrbaren Bauteil, so dass ein derartiger Gewichtsausgleichsmechanismus an annähernd beliebiger Stelle an der Werkzeugmaschine vorgesehen werden kann und eine kompaktere Bauweise der Werkzeugmaschine ermöglicht.According to the invention it is thus proposed to provide a spring mechanism for weight compensation, in which a pulley mechanism is provided to reduce the spring force of the spring mechanism The pulley mechanism acts as a force converter, on the one hand reduces the amount of spring force of the spring mechanism and on the other hand additionally advantageously allows the direction of action of the spring force From the direction of action of the opposing force decouple by deflection, so that the weight compensation mechanism according to the invention advantageously allows a more flexible attachment or positioning on the machine tool. In particular, a pulley mechanism allows almost any deflection to the movable component, so that such a weight compensation mechanism can be provided at approximately any point on the machine tool and allows a more compact design of the machine tool.

Zudem ermöglicht es die Kraftreduktion des erfindungsgemäßen Flaschenzugmechanismus vorteilhaft, den maximalen, für die Bewegung des Bauteils im maximalen Verfahrbereich des Bauteils benötigten Federweg des Federmechanismus gemäß der goldenen Regel der Mechanik deutlich zu reduzieren, da der maximal benötigte Federweg mittels der Untersetzung des Flaschenzugmechanismus deutlich kleiner ausgelegt werden kann als der maximale Verfahrbereich des Bauteils. Dies ermöglicht es zudem vorteilhaft, einen Federmechanismus mit geringem Kraftanstieg der ausgleichenden Gegenkraft über den maximalen Verfahrbereich des Bauteils zu ermöglichen. Kraftschwankungen, die bei hydraulischen Gewichtsausgleichsmechanismen aufgrund von unvermeidlichen Druckschwankungen entstehen, können mittels eines mechanischen Gewichtsausgleichmechanismus mit Federmechanismus vorteilhaft gänzlich vermieden werden.In addition, the force reduction of the inventive pulley mechanism advantageously makes it possible to significantly reduce the maximum travel of the spring mechanism of the spring mechanism required for the movement of the component in the maximum travel range of the component according to the golden rule of mechanics, since the maximum required spring travel is made significantly smaller by means of the reduction of the pulley mechanism can be considered as the maximum travel range of the component. This also advantageously makes it possible to allow a spring mechanism with a small increase in force of the compensating counterforce over the maximum travel range of the component. Force variations that occur in hydraulic counterbalancing mechanisms due to unavoidable pressure fluctuations can advantageously be completely avoided by means of a mechanical counterbalance mechanism with spring mechanism.

Somit ermöglicht der erfindungsgemäße Flaschenzugmechanismus in dem Gewichtsausgleichsmechanismus eine wesentlich kompaktere Bauweise des Federmechanismus selbst und auch eine kompaktere Bauweise des Gewichtsausgleichsmechanismus, da ein Flaschenzugmechanismus selbst vorteilhaft kompakt ausgelegt werden kann. Zudem kann ein Flaschenzugmechanismus auf einfache und kostensparende Weise realisiert werden und spart auch im Betrieb Kosten, da der Gewichtsausgleichsmechanismus ausschließlich mechanisch funktioniert und somit keine zusätzliche Energie bei Betrieb erforderlich ist.Thus, the pulley mechanism according to the invention in the weight compensation mechanism allows a much more compact design of the spring mechanism itself and also a more compact design of the counterbalance mechanism, as a pulley mechanism itself can be designed advantageously compact. In addition, a pulley mechanism can be realized in a simple and cost-saving manner and also saves costs during operation, since the weight compensation mechanism only works mechanically and thus no additional energy is required during operation.

Zudem kann die Massenträgheit des Gewichtsausgleichsmechanismus vernachlässigt werden, da die Massen auf der Seite des Federmechanismus nur mittels des Flaschenzugmechanismus untersetzt auf den Antrieb der Achse des verfahrbaren Bauteils wirken. Durch den geringen Federweg im Vergleich zu dem tatsächlichen Verfahrweg des Bauteils aufgrund der Untersetzung mittels des Flaschenzugmechanismus besteht selbst bei hohen Maschinenbeschleunigungen nicht die Gefahr, dass ein etwaiger flexibler Zugstrang des Gewichtsausgleichsmechanismus, wie z. B. ein Seil oder Riemen, entspannt wird, sondern es kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass dieser stets gespannt bleibt.In addition, the inertia of the weight compensation mechanism can be neglected, since the masses act on the side of the spring mechanism underpinned only by means of the pulley mechanism to the drive of the axis of the movable member. Due to the small travel compared to the actual travel of the component due to the reduction by means of the pulley mechanism is not at high machine accelerations, the risk that any flexible pull cord of the counterbalancing mechanism, such. As a rope or belt is relaxed, but it can be advantageously ensured that this always remains taut.

Zusammenfassend kann erfindungsgemäß ein ausschließlich mechanischer, hydraulikfreier, einfacher, kompakter, sicherer, wartungsarmer, kostensparender und leicht handzuhabender Gewichtsausgleichsmechanismus bereitgestellt werden, der selbst bei vergleichsweise hohen Maschinenbeschleunigungen der das verfahrbare Bauteil steuernden Achse sicher eingesetzt werden kann.In summary, according to the invention, an exclusively mechanical, hydraulic-free, simple, compact, safe, low-maintenance, cost-saving and easy-to-handle weight compensation mechanism can be provided which can be used safely even with comparatively high machine accelerations of the axis controlling the movable component.

Vorzugsweise ist der Gewichtsausgleichsmechanismus derart eingerichtet, dass ein von dem Gewichtsausgleichsmechanismus auf das Bauteil wirkender Beschleunigungsparameter größer oder gleich einem maximalen Maschinenbeschleunigungsparameter der Werkzeugmaschine bei dem vertikalen oder schrägen Verfahren des Bauteils ist Dies ermöglicht es vorteilhaft, dass ein flexibler Zugstrang des Gewichtsausgleichsmechanismus, der mit dem verfahrbaren Bauteil fest verbunden ist oder an dem verfahrbaren Bauteil befestigt ist und über den die Gegenkraft auf das Bauteil von dem Gewichtsausgleich übertragen wird immer gespannt bleiben kann, selbst bei maximaler Maschinenbeschleunigung des Bauteils nach oben in schräge oder vertikale Richtung. Somit kann die Sicherheit und Handhabbarkeit des Gewichtsausgleichsmechanismus vorteilhaft verbessert werden.Preferably, the counterbalancing mechanism is arranged such that an acceleration parameter acting on the component by the counterbalancing mechanism is greater than or equal to a maximum machine acceleration parameter of the machine tool in the vertical or oblique movement of the component. This advantageously makes it possible to have a flexible pull cord of the counterbalance mechanism that is movable with the traction Component is firmly connected or attached to the movable component and over which the counterforce is transmitted to the component of the weight balance can always remain tense, even at maximum machine acceleration of the component up in an oblique or vertical direction. Thus, the safety and manageability of the counterbalance mechanism can be advantageously improved.

Der Flaschenzugmechanismus umfasst einen n-fachen Faktorenflaschenzug mit n ≥ 2, insbesondere n = 2, n = 3, n = 4 oder höher. Somit wird auf einfache und kompakte Weise eine n-fache Kraftreduktion der Federkraft des Federmechanismus bzw. eine n-fache Vergrößerung des Verfahrwegs des verfahrbaren Bauteils im Vergleich zum entsprechenden Federweg des Federmechanismus ermöglicht.The pulley mechanism comprises an n-fold factor pulley with n ≥ 2, in particular n = 2, n = 3, n = 4 or higher. Thus, in a simple and compact manner, an n-fold reduction in force of the spring force of the spring mechanism or an n-fold increase in the travel of the movable component compared to the corresponding spring travel of the spring mechanism allows.

Vorzugsweise entspricht hierbei der Betrag der auf das verfahrbare Bauteil wirkenden Gegenkraft einem n-ten Teil des Betrags der von dem Federmechanismus erzeugten Federkraft, d. h. bei einem 2-fachen Faktorenflaschenzug der Hälfte, bei einem 3-fachen Faktorenflaschenzug einem Drittel und bei einem 4-fachen Faktorenflaschenzug einem Viertel usw. Preferably, in this case, the amount of the counterforce acting on the movable component corresponds to an n-th part of the amount of spring force generated by the spring mechanism, that is to say half a factor pulley half, three-third factor pulley one-third and four times spring load Factor pulley a quarter etc.

Weiterhin entspricht der einem Verfahrweg des Bauteils entsprechende Federweg des Federmechanismus vorzugsweise einem n-ten Teil des Betrags des Verfahrwegs des Bauteils, d. h. bei einem 2-fachen Faktorenflaschenzug der Hälfte, bei einem 3-fachen Faktorenflaschenzug einem Drittel und bei einem 4-fachen Faktorenflaschenzug einem Viertel usw.Furthermore, the spring travel of the spring mechanism corresponding to a travel path of the component preferably corresponds to an nth part of the amount of travel of the component, i. H. half a factor pulley half, one third factor pulley one-third, and fourfold factor pulley one-fourth, etc.

Der n-fache Faktorenflaschenzug umfasst n Rollen, wobei zumindest eine erste Rolle ortsfest an einem nicht-verfahrbaren Bauteil der Werkzeugmaschine befestigt ist und zumindest eine n-te Rolle beweglich relativ zu der ersten Rolle angeordnet ist, wobei die Federkraft des Federmechanismus zwischen der ersten und der n-ten Rolle wirkt. Somit wird ein kostensparender und kompakter Flaschenzugmechanismus des Gewichtsausgleichs-mechanismus realisiert. Hierbei bedeutet ortsfestes Befestigen einer Rolle, dass die Rolle derart befestigt ist, dass die Rollenachse ortsfest relativ zu dem nicht-verfahrbaren Bauteil der Werkzeugmaschine befestigt ist, wobei die Rolle dennoch um die Rollenachse rotierbar ist.The n-fold factor pulley comprises n rollers, wherein at least one first roller is fixedly secured to a non-movable component of the machine tool and at least one n-th roller is movably arranged relative to the first roller, wherein the spring force of the spring mechanism between the first and the nth roll acts. Thus, a cost-saving and compact pulley mechanism of the counterbalance mechanism is realized. In this case, stationary fixing of a roller means that the roller is fastened in such a way that the roller axle is fixed in a stationary manner relative to the non-movable component of the machine tool, wherein the roller is nevertheless rotatable about the roller axis.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Flaschenzugmechanismus einen vierfachen Faktorenflaschenzug mit n = 4, der vier Rollen aufweist, von denen vorzugsweise jeweils zwei Rollen relativ zueinander ortsfest verbunden sind. Somit kann auf eine besonders einfache, kompakte und kostensparende Weise ein Gewichtsausgleichsmechanismus realisiert werden, bei dem der Betrag der auf das verfahrbare Bauteil wirkenden Gegenkraft vorzugsweise einem Viertel des Betrags der von dem Federmechanismus erzeugten Federkraft entspricht und der einem Verfahrweg des Bauteils entsprechende Federweg des Federmechanismus vorzugsweise einem Viertel des Betrags des Verfahrwegs des Bauteils entspricht.According to a particularly preferred embodiment, the pulley mechanism comprises a fourfold factor pulley with n = 4, which has four rollers, of which preferably two rollers are preferably fixedly connected relative to each other. Thus, a weight compensation mechanism can be realized in a particularly simple, compact and cost-saving manner, in which the amount of counterforce acting on the movable component preferably corresponds to a quarter of the amount of spring force generated by the spring mechanism and the spring travel of the spring mechanism corresponding to a travel of the component preferably one quarter of the amount of the travel of the component corresponds.

Vorzugsweise ist bei dem vierfachen Faktorenflaschenzug eine erste Rolle mit einer zweiten Rolle relativ zueinander ortsfest verbunden und vorzugsweise ist eine dritte Rolle mit einer vierten Rolle relativ zueinander ortsfest verbunden. Ein flexibler Zugstrang, wie z. B. ein Riemen oder ein Seil, der vorzugsweise mit seinem einen Ende an dem verfahrbaren Bauteil befestigt ist (direkt befestigt oder zumindest mit dem Bauteil fest verbunden), wird vorzugsweise mittels der ersten Rolle zu der vierten Rolle umgelenkt, mittels der vierten Rolle zu der zweiten Rolle umgelenkt, mittels der zweiten Rolle zu der dritten Rolle umgelenkt und mittels der dritten Rolle zu einer Befestigungsposition umgelenkt, wobei der flexible Zugstrang mit seinem anderen Ende an der Befestigungsposition – vorzugsweise ortsfest relativ zu der ersten und zweiten Rolle – befestigt ist. Somit ergibt sich eine besonders einfache und kompakte Bauweise des Flaschenzugmechanismus, bei dem die erste Rolle zusätzlich dazu verwendet werden kann, den flexiblen Zugstrang zu dem Bauteil oder einem Umlenkmechanismus, über den die Kraft weiter umgelenkt wird (wie z. B. eine weitere Rolle), umzulenken. Somit kann der Gewichtsausgleichsmechanismus flexibel an beliebiger Stelle und in beliebiger Orientierung an der Werkzeugmaschine angeordnet werden.Preferably, in the quadruple factor pulley, a first roller is fixedly connected to a second roller relative to each other, and preferably, a third roller is fixedly connected to a fourth roller relative to each other. A flexible tensile strand, such. As a belt or a rope, which is preferably attached with its one end to the movable component (directly attached or at least firmly connected to the component), is preferably deflected by means of the first roller to the fourth roller, by means of the fourth roller to the second roller deflected, deflected by means of the second roller to the third roller and deflected by means of the third roller to a fastening position, wherein the flexible tensile strand is attached with its other end to the fastening position - preferably stationary relative to the first and second rollers. This results in a particularly simple and compact construction of the pulley mechanism, in which the first roller can additionally be used, the flexible tension cord to the component or a deflection mechanism, through which the force is further deflected (such as another role) to divert. Thus, the weight compensation mechanism can be flexibly arranged at any position and in any orientation on the machine tool.

Vorzugsweise sind die erste und zweite Rolle ortsfest an einem nicht-verfahrbaren Bauteil der Werkzeugmaschine, wie z. B. einem Maschinengestell der Werkzeugmaschine oder einem horizontal verfahrbaren Spindelschlitten, der einen vertikal oder schräg verfahrbaren Spindelkopf trägt, befestigbar.Preferably, the first and second rollers are fixed to a non-movable component of the machine tool, such. B. a machine frame of the machine tool or a horizontally movable spindle slide, which carries a vertically or obliquely movable spindle head, fastened.

Vorzugsweise weisen die zweite und dritte Rolle kleinere Durchmesser auf als die erste und vierte Rolle. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Bauweise, bei der die erste bis vierte Rolle im Wesentlichen in einer Reihe angeordnet sind und ein flexibler Zugstrang des Gewichtsausgleichsmechanismus von der ersten zur vierten, dann zur zweiten und dann zur dritten Rolle umgelenkt wird, der Zugstrang auf einfache Weise derart geführt werden kann, dass er trotz der vielen Umlenkungen in einer spiralförmigen Weise ins Innere des Flaschenzugmechanismus nicht an sich selbst reibt, wodurch der Verschleiß reduziert werden kann.Preferably, the second and third rollers have smaller diameters than the first and fourth rollers. This has the advantage that in a construction in which the first to fourth rollers are arranged substantially in a row and a flexible tension cord of the counterweight mechanism is deflected from the first to the fourth, then to the second and then to the third roller, the tension cord on simple manner can be performed so that it does not rub against itself in spite of the many deflections in a spiral manner into the interior of the pulley mechanism, whereby the wear can be reduced.

Vorzugsweise weisen die zweite und dritte Rolle gleichgroße Durchmesser auf und/oder vorzugsweise weisen die erste und vierte Rolle gleichgroße Durchmesser auf.Preferably, the second and third rollers have the same diameter and / or preferably the first and fourth rollers have the same diameter.

Vorzugsweise umfasst der Gewichtsausgleichsmechanismus weiterhin einen Umlenkmechanismus, der die Federkraft des Federmechanismus zum Erzeugen der Gegenkraft umlenkt Dies ermöglicht es vorteilhaft, den Gewichtsausgleichmechanismus an beliebiger Stelle in der Werkzeugmaschine anordnen zu können, da die erforderliche Kraftumlenkung zum Erzeugen einer Gegenkraft, die vektoriell entgegen der Gewichtskraft des verfahrbaren Bauteils auf das verfahrbare Bauteil wirkt, auf einfache Weise mittels des Umlenkmechanismus ermöglicht werden kann. Vorzugseise umfasst der Umlenkmechanismus zum Umlenken der Kraft zumindest eine Rolle, wobei die Rolle vorzugsweise einen flexiblen Zugstrang des Flaschenzugsmechanismus zu dem Bauteil umlenkt.Preferably, the weight compensation mechanism further comprises a deflection mechanism that deflects the spring force of the spring mechanism for generating the counterforce. This advantageously makes it possible to arrange the weight compensation mechanism anywhere in the machine tool, since the required force deflection for generating a counter force vectorially against the weight of the movable component acts on the movable component, can be made easily by means of the deflection mechanism. Vorzugseise includes the deflection mechanism for deflecting the force at least one roller, wherein the roller preferably deflects a flexible tension cord of the pulley mechanism to the component.

Vorzugsweise ist die zumindest eine Rolle des Umlenkmechanismus eine Rolle des Flaschenzugmechanismus. Vorzugsweise umfasst der Umlenkmechanismus hierbei zumindest die erste Rolle des Flaschenzugmechanismus. Somit ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise und es wird zudem ermöglicht, den Flaschenzugmechanismus und/oder den Federmechanismus neben beliebiger Position zusätzlich vorteilhaft in beliebiger Orientierung an der Werkzeugmaschine anzuordnen.Preferably, the at least one roller of the deflection mechanism is a role of the pulley mechanism. In this case, the deflection mechanism preferably comprises at least the first roller of the pulley mechanism. This results in a particularly compact design and it is also possible to arrange the pulley mechanism and / or the spring mechanism in addition to any position additionally advantageous in any orientation on the machine tool.

Vorzugsweise umfasst der Federmechanismus eine oder mehrere Schraubenfedern. Vorzugsweise wird hierbei jede der einen oder mehreren Schraubenfedern zur Stabilisation auf einem jeweiligen Dorn geführt. Somit kann auf einfache, kostensparende und kompakte Weise eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federmechanismus bereitgestellt werden. Auf einem Dorn geführte Schraubenfedern zeichnen sich insbesondere durch eine vorteilhafte Stabilität aus und können kompakt parallel zueinander angeordnet werden, um die Federkraft weiter zu erhöhen.Preferably, the spring mechanism comprises one or more coil springs. Preferably, each of the one or more coil springs is guided on a respective mandrel for stabilization. Thus, an embodiment of the spring mechanism according to the invention can be provided in a simple, cost-saving and compact manner. Leaded on a mandrel coil springs are characterized in particular by an advantageous stability and can be arranged compactly parallel to each other to further increase the spring force.

Vorzugsweise weist der Federmechanismus eine degressive Federkennlinie. Bei normaler Federkennlinie, d. h. linear oder im Wesentlichen linear verlaufender Federkennlinie ist es aufgrund des Flaschenzugmechanismus und der daraus resultierenden Übersetzung, bei der der Federweg kleiner als der entsprechende Verfahrweg des verfahrbaren Bauteils ist, bereits vorteilhaft möglich, einen Gewichtsausgleichsmechanismus bereitzustellen, bei dem die Änderung der auf das Bauteil wirkenden Gegenkraft in Abhängigkeit der Höhenposition des verfahrbaren Bauteils möglichst gering ist Eine degressive Federkennlinie hat jedoch den weiteren Vorteil, dass der Federmechanismus bei hohen Kräften, d. h. bei einer hohen Vorspannung des Federmechanismus, nur geringe Kraftänderungen bei Änderung der Verfahrposition des Bauteils erzeugt. Somit kann bei Verwendung eines Federmechanismus mit degressiver Federkennlinie vorteilhaft ermöglicht werden, dass lediglich geringe Änderungen des Betrags der erzeugten Gegenkraft über den gesamten Verfahrbereich des Bauteils auftreten, über den die auszugleichende Gewichtskraft des Bauteils naturgemäß gleich bleibt. Somit kann die auszugleichende Gewichtskraft auf einfache Weise über den gesamten Verfahrbereich des Bauteils vorteilhaft gleichmäßig ausgeglichen werden.Preferably, the spring mechanism has a degressive spring characteristic. With normal spring characteristic, d. H. linear or substantially linearly extending spring characteristic, it is already advantageously possible due to the pulley mechanism and the resulting translation, in which the travel is smaller than the corresponding travel of the movable component, to provide a weight compensation mechanism in which the change in the counterforce acting on the component However, a degressive spring characteristic has the further advantage that the spring mechanism at high forces, d. H. generated at a high bias of the spring mechanism, only small changes in force when changing the position of movement of the component. Thus, when using a spring mechanism with degressive spring characteristic can advantageously be made possible that only small changes in the amount of counterforce generated over the entire travel range of the component occur over which the compensated weight of the component naturally remains the same. Thus, the weight to be compensated in a simple manner over the entire travel range of the component can be advantageously evenly balanced.

Vorzugsweise ist der Betrag der von dem Gewichtsausgleichmechanismus erzeugten Gegenkraft bei einer mittleren Position des verfahrbaren Bauteils gleich dem Betrag der Gewichtskraft des Bauteils, wobei das Bauteil insbesondere vorzugsweise zwischen einer minimalen Position und einer maximalen Position verfahrbar ist. Die mittlere Position ist hierbei eine Position zwischen der minimalen Position und der maximalen Position des Bauteils. Vorzugsweise aber nicht notwendigerweise ist die mittlere Position im Wesentlichen in der Mitte des Verfahrwegs des Bauteils angeordnet, so dass ein Verfahrweg aus der mittleren Position in die maximale Position einem Verfahrweg aus der mittleren Position in die minimale Position entspricht. Somit kann der Gewichtsmechanismus vorteilhaft derart eingerichtet werden, dass die erreichbare maximale Kraftdifferenz zwischen den Beträgen der Gegenkraft und der Gewichtskraft des Bauteils, die mittels des Antriebs der Achse des verfahrbaren Bauteils ausgeglichen werden muss, vorteilhaft reduziert werden kann. Die maximale Kraftdifferenz zwischen den Beträgen der Gegenkraft und der Gewichtskraft des Bauteils tritt dabei nur an der maximalen und/oder minimalen Verfahrposition des verfahrbaren Bauteils auf und ist geringer als bei Gewichtsausgleichsmechanismen, bei denen der Betrag der Gewichtskraft im Wesentlichen an der minimalen oder maximalen Position des Bauteils dem Betrag der Gegenkraft gleich ist.Preferably, the amount of the counterforce generated by the counterbalancing mechanism at an average position of the movable component is equal to the amount of the weight of the component, wherein the component is in particular preferably movable between a minimum position and a maximum position. The middle position is a position between the minimum position and the maximum position of the component. Preferably, but not necessarily, the middle position is located substantially in the middle of the travel of the component such that a travel from the mid position to the maximum position corresponds to a travel from the middle position to the minimum position. Thus, the weight mechanism can advantageously be set up so that the achievable maximum force difference between the amounts of the counterforce and the weight of the component, which must be compensated by means of the drive of the axis of the movable component can be advantageously reduced. The maximum force difference between the amounts of the counterforce and the weight of the component occurs only at the maximum and / or minimum travel position of the movable component and is less than in weight compensation mechanisms, in which the amount of weight substantially at the minimum or maximum position of the Component is equal to the amount of drag.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks vorgeschlagen, die erfindungsgemäß ein vertikal oder schräg verfahrbares Bauteil und eine Vorrichtung zum Gewichtsausgleich des vertikal oder schräg verfahrbaren Bauteils der Werkzeugmaschine nach zumindest einem der vorstehenden Aspekte umfasst. Vorzugsweise ist das vertikal oder schräg verfahrbare Bauteil ein Spindelstock der Werkzeugmaschine.According to a further aspect of the present invention, a machine tool for machining a workpiece is proposed, which according to the invention comprises a vertically or obliquely movable component and a device for balancing the weight of the vertically or obliquely movable component of the machine tool according to at least one of the above aspects. Preferably, the vertically or obliquely movable component is a headstock of the machine tool.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit Gewichtsausgleichmechanismus. 1 shows an example of a schematic representation of a machine tool with weight compensation mechanism.

2A und 2B zeigen beispielhaft schematische Darstellungen eines Gewichtsausgleichmechanismus gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2A and 2 B show exemplary schematic representations of a counterbalance mechanism according to a first preferred embodiment of the present invention.

3 zeigt beispielhaft eine schematische Teilansicht einer Werkzeugmaschine mit einem Gewichtsausgleichmechanismus gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 shows by way of example a schematic partial view of a machine tool with a weight compensation mechanism according to a second preferred embodiment of the present invention.

4 zeigt beispielhaft eine schematische Perspektivansicht der Werkzeugmaschine aus 3. 4 shows an example of a schematic perspective view of the machine tool 3 ,

5 zeigt beispielhaft eine schematische Seitenansicht eines Teils des Federmechanismus des Gewichtsausgleichmechanismus gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5 shows by way of example a schematic side view of a part of the spring mechanism of the counterweight mechanism according to the second preferred embodiment of the present invention.

6 zeigt beispielhaft eine schematische Seitenansicht eines vierfachen Faktorenflaschenzugmechanismus eines Gewichtsausgleichmechanismus gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 FIG. 11 exemplifies a schematic side view of a fourfold factor pulley mechanism of a counterweight mechanism according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.

7 illustriert beispielhaft die wirkende Gegenkraft in Abhängigkeit der Position eines Spindelkopfs einer Werkzeugmaschine mit einem Gewichtsausgleichmechanismus gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 7 Illustrates by way of example the acting counterforce as a function of the position of a spindle head of a machine tool with a weight compensation mechanism according to a second preferred embodiment of the present invention.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden ErfindungDetailed description of preferred embodiments of the present invention

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist durch den Umfang der Patentansprüche definiert. Gleiche bzw. ähnliche Merkmale der Ausführungsbeispiele werden in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the described embodiments. The present invention is defined by the scope of the claims. The same or similar features of the embodiments are identified in the figures with the same reference numerals.

1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine 100 mit einem Gewichtsausgleichmechanismus 30. An einem Maschinengestell 10 der Werkzeugmaschine 100 ist ein Spindelkopf 20 mit einer Spindel 21 zur Aufnahmen und zum Antreiben eines Werkzeugs angeordnet, wobei der Spindelkopf 20 über eine vertikale Linearachse mittels eines Linearachsantriebs (nicht dargestellt) vertikal verfahrbar ist. Auf den Spindelkopf 20 wirkt eine Gewichtskraft F_G und eine die Gewichtskraft F_G ausgleichende Gegenkraft F_A des Gewichtsausgleichsmechanismus 30, die von dem Gewichtsausgleichsmechanismus 30 erzeugt wird und über einen Riemen 32 auf den Spindelkopf 20 zum Gewichtsausgleich übertragen wird. 1 shows an example of a schematic representation of a machine tool 100 with a weight compensation mechanism 30 , On a machine frame 10 the machine tool 100 is a spindle head 20 with a spindle 21 arranged for receiving and for driving a tool, wherein the spindle head 20 via a vertical linear axis by means of a linear actuator (not shown) is moved vertically. On the spindle head 20 a weight force F _G and a weight force F _G compensating counterforce F _{A of} the counterbalancing mechanism 30 that of the weight-balancing mechanism 30 is generated and via a belt 32 on the spindle head 20 is transferred to counterbalance.

2A und 2B zeigen beispielhaft schematische Darstellungen eines Gewichtsausgleichmechanismus gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Gewichtsausgleichsmechanismus 30 umfasst eine Feder 34 zum Erzeugen einer Federkraft F_F, die endseitig jeweils an Befestigungspunkten B6 und B7 der Elemente 33a und 33b befestigt ist, und zwischen den Elementen 33a und 33b wirkt. An Befestigungspunkten B1 und B2 des Elements 33a sind eine erste Rolle 31a und eine zweite Rolle 31b rotierbar befestigt, wobei die erste Rolle 31a und die zweite Rolle 31b relativ zueinander ortsfest befestigt sind. Zudem ist das Element 33a ortsfest an einem nicht-verfahrbaren Bauteil der Werkzeugmaschine 100, wie z. B. dem Maschinengestell 10, befestigbar. An Befestigungspunkten B3 und B4 des Elements 33a sind eine dritte Rolle 31c und eine vierte Rolle 31d rotierbar befestigt, wobei die dritte Rolle 31c und die vierte Rolle 31d relativ zueinander ortsfest befestigt sind. Das Element 33b ist derart eingerichtet, dass es relativ zu dem Element 33a in Richtung parallel zu der Federkraft F_F verschiebbar ist (hierfür können weitere, nicht dargestellt Führungsmittel vorgesehen sein). 2A and 2 B show exemplary schematic representations of a counterbalance mechanism according to a first preferred embodiment of the present invention. The weight balance mechanism 30 includes a spring 34 for generating a spring force F _F , the end in each case at attachment points B6 and B7 of the elements 33a and 33b is attached, and between the elements 33a and 33b acts. At attachment points B1 and B2 of the element 33a are a first role 31a and a second role 31b rotatably attached, the first role 31a and the second role 31b are fixed stationary relative to each other. In addition, the element 33a fixed to a non-movable component of the machine tool 100 , such as B. the machine frame 10 , attachable. At attachment points B3 and B4 of the element 33a are a third role 31c and a fourth role 31d rotatably attached, the third role 31c and the fourth role 31d are fixed stationary relative to each other. The element 33b is set up so that it is relative to the element 33a in the direction parallel to the spring force F _{F is} displaceable (this may be provided further, not shown guide means).

Die erste bis vierte Rolle 31a bis 31d sind in Reihe angeordnet. An einem Befestigungspunkt 65 des Elements 33a ist ein Ende des Riemens 32 befestigt. Der Riemen wird von dem Befestigungspunkt 85 zu der dritten Rolle 31c geführt, von der dritten Rolle 31c zu der zweiten Rolle 31b umgelenkt, von der zweiten Rolle 31b zu der vierten Rolle 31d umgelenkt, von der vierten Rolle 31d zu der ersten Rolle 31a umgelenkt und von der ersten Rolle 31a zu dem Spindelkopf 20 umgelenkt. Somit wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flaschenzugmechanismus bereitgestellt, der als vierfacher Faktorenflaschenzug ausgebildet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf vierfache Faktorenflaschenzüge beschränkt und der Flaschenzugmechanismus kann gemäß anderer Ausführungsbeispiele als n-facher Faktorenflaschenzug ausgebildet sein mit n = 2, n = 3, n = 5 oder höher.The first to fourth roles 31a to 31d are arranged in series. At a point of attachment 65 of the element 33a is an end of the belt 32 attached. The belt is from the attachment point 85 to the third role 31c led, from the third role 31c to the second role 31b redirected from the second roll 31b to the fourth role 31d redirected from the fourth roll 31d to the first role 31a diverted and from the first roll 31a to the spindle head 20 diverted. Thus, an embodiment of a pulley mechanism according to the invention is provided, which is designed as a fourfold factor pulley. However, the invention is not limited to fourfold factor pulleys and the pulley mechanism may be configured as an n-factor pulley with n = 2, n = 3, n = 5 or higher according to other embodiments.

Mittels eines Faktorenflaschenzugs wird die Federkraft F_F nicht nur zu dem Spindelkopf 20 umgelenkt, sondern es wird weiterhin der Betrag der wirkenden Gegenkraft F_A reduziert. Bei einem vierfachen Faktorenflaschenzug, wie in 2A gezeigt, wird der Betrag beispielsweise um das Vierfache reduziert, so dass der Betrag der Gegenkraft F_A, die auf den Spindelkopf 20 wirkt, ein Viertel des Betrags der Federkraft F_F beträgt. Die Feder 34 muss somit derart ausgelegt sein, dass die Federkraft F_A im Wesentlichen viermal höher ist, als die Gewichtskraft F_G des Spindelkopfes 20, um die Gewichtskraft auszugleichen. Zum Ausgleich der Gewichtskraft F_G eines 400 kg schweren Spindelkopfes 20 müsste somit eine Federkraft F_F von im Wesentlichen 16000 N erzeugt werden, um die Gewichtskraft von 4000 N auszugleichen.By means of a factor pulley, the spring force F _F not only becomes the spindle head 20 It is also the amount of the acting counterforce F _{A is} reduced. For a fourfold factor pulley, as in 2A For example, the amount is reduced by four times, so that the amount of counterforce F _A on the spindle head 20 acts, a quarter of the amount of spring force F _F is. The feather 34 Thus, it must be designed such that the spring force F _A is substantially four times higher than the weight force F _{G of} the spindle head 20 to balance the weight. To compensate for the weight F _{G of} a 400 kg heavy spindle head 20 Thus, a spring force F _F of substantially 16,000 N would have to be generated in order to balance the weight of 4000 N.

Der vierfache Faktorenflaschenzugmechanismus gemäß 2A hat jedoch gemäß der goldenen Regel der Mechanik zudem die Wirkung, dass der von der Feder 34 zurückgelegte Federweg Δx einem vierfach größerem Verfahrweg Δz des Spindelkopfes 20 entspricht. Dies ist mittels 2A beispielhaft veranschaulicht. Es ergibt sich somit der Vorteil, dass der Federmechanismus derart ausgelegt ist, dass der maximale Federweg einem Viertel des maximalen Verfahrbereichs des Spindelstocks 20 entspricht.The fourfold factor pulley mechanism according to 2A However, according to the golden rule of mechanics, it also has the effect of that of the spring 34 traveled spring travel .DELTA.x a four times greater travel .DELTA.z of the spindle head 20 equivalent. This is by means of 2A exemplified. This results in the advantage that the spring mechanism is designed such that the maximum spring travel a quarter of the maximum travel range of the headstock 20 equivalent.

Somit kann der Gewichtsausgleich einerseits kompakt gebaut werden und andererseits ermöglicht dies einen geringen Kraftanstieg über den gesamten Verfahrbereichs des Spindelstocks 20, da nur ein geringer Federweg benötigt wird. Bei Verwendung eines Federmechanismus mit degressiver Federkennlinie kann der Kraftanstieg über den gesamten Verfahrbereichs des Spindelstocks 20 vorteilhaft noch weiter reduziert werden, so dass die Gewichtskraft F_G über den gesamten Verfahrbereich des Spindelstocks 20 gleichmäßig ausgeglichen werden kann.Thus, the weight balance can be made compact on the one hand and on the other hand, this allows a small increase in force over the entire travel range of the headstock 20 because only a small spring travel is needed. When using a spring mechanism with degressive spring characteristic of the force increase over the entire travel range of the headstock 20 Advantageously be further reduced, so that the weight F _G over the entire range of movement of the headstock 20 can be balanced evenly.

3 zeigt beispielhaft eine schematische Teilansicht einer Werkzeugmaschine 100 mit einem Gewichtsausgleichmechanismus 30 gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Gewichtsausgleichmechanismus 30 gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel hat prinzipiell den gleichen Aufbau wie der Gewichtsausgleichmechanismus 30 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, jedoch wird die Federkraft F_F von zwei parallel angeordneten Schraubenfedern 34a und 34b erzeugt, die auf jeweiligen Dornen 35a und 35b geführt werden. Beide Schraubenfedern 34a und 34b sind an dem gleichen Element 33a befestigt, welches gegenüber der ersten und zweiten Rolle 31a und 31b verschiebbar eingerichtet ist Die Schraubenfedern 34a und 34b werden auf jeweilig gegenüberliegenden Seiten der vier in einer Reihe angeordneten Rollen 31a bis 31d geführt. Dies sorgt für weitere Stabilität und zudem kann die wirkende Federkraft F_F durch die Verwendung von zwei Federn weiter erhöht werden. Beispielhaft sind in 3 weiterhin Führungsmittel 21a, 21b und 21c dargestellt, entlang derer der Spindelkopf 20 vertikal auf- und ab verfahrbar ist. Weiterhin sind in 3 beispielhaft die Spindel 21 und ein in der Spindel 21 aufgenommenes Bohrwerkzeug 22 gezeigt. 3 shows an example of a schematic partial view of a machine tool 100 with a weight compensation mechanism 30 according to a second preferred embodiment of the present invention. The weight compensation mechanism 30 according to the second preferred embodiment has basically the same structure as the counterweight mechanism 30 According to the first preferred embodiment of the present invention, however, the spring force F _F of two parallel coil springs 34a and 34b produced on respective thorns 35a and 35b be guided. Both coil springs 34a and 34b are on the same element 33a attached, which opposite the first and second rollers 31a and 31b The coil springs are adjustable 34a and 34b are on respective opposite sides of the four arranged in a row roles 31a to 31d guided. This provides further stability and also the acting spring force F _F can be further increased by the use of two springs. Exemplary are in 3 continue to guide 21a . 21b and 21c along which the spindle head 20 vertically movable up and down. Furthermore, in 3 as an example the spindle 21 and one in the spindle 21 recorded drilling tool 22 shown.

4 zeigt beispielhaft eine schematische Perspektivansicht der Werkzeugmaschine 100 aus 3. In 4 ist der Gewichtsausgleichsmechanismus 30 auf einem Spindelschlitten 11 befestigt, der den die Spindel 21 tragenden Spindelkopf 20 und die Führungsmittel 21a bis 21c trägt. Der Spindelschlitten 11 ist mittels einer horizontalen Linearachse entlang der Führungsmittel 14b verfahrbar. Auch für die horizontale Verfahrbarkeit des Spindelschlittens 11 ist die kompakte Bauweise und das geringe Gewicht des Gewichtsausgleichsmechanismus 30 vorteilhaft, da eine geringere Baugröße und eine geringere Massenträgheit des Spindelschlittens 11 ermöglicht wird. Weiterhin zeigt 4 einen mittels einer Drehachse angetriebenen rotierbaren Drehtisch 13 der Werkzeugmaschine 100, der auf einem Maschinenbett 12 angeordnet ist und mittels einer weiteren Linearachse entlang von Führungsmitteln 14a in einer horizontalen Richtung quer zu der Verfahrrichtung des Spindelschlittens 11 verfahrbar ist. 4 shows an example of a schematic perspective view of the machine tool 100 out 3 , In 4 is the weight balance mechanism 30 on a spindle slide 11 attached to the the spindle 21 bearing spindle head 20 and the guiding means 21a to 21c wearing. The spindle slide 11 is by means of a horizontal linear axis along the guide means 14b traversable. Also for the horizontal movability of the spindle slide 11 is the compact design and low weight of the counterbalance mechanism 30 advantageous because a smaller size and a lower mass inertia of the spindle carriage 11 is possible. Further shows 4 a driven by a rotation axis rotatable turntable 13 the machine tool 100 on a machine bed 12 is arranged and by means of another linear axis along guide means 14a in a horizontal direction transverse to the direction of travel of the spindle carriage 11 is movable.

5 zeigt beispielhaft eine schematische Seitenansicht eines Teils des Federmechanismus des Gewichtsausgleichmechanismus 30 gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5 zeigt eine Seitenansicht der Schraubenfeder 34a, die auf dem Dorn 35a geführt wird. Das Element 33b ist in die Schraubenfeder 34a eingeführt, derart, dass ein Ende des Elements 33b im Inneren der Feder 34a den maximalen Federweg der Feder 34a im maximal gestauchten Zustand begrenzt, wenn das Element 33a mit einem ersten erweiterten Endabschnitt 351 des Dorns 35a in Kontakt kommt. Auf der anderen Seite begrenzt das andere Ende des Elements 33b den maximalen Federweg der Feder 34a, wenn es mit einem zweiten erweiterten Endabschnitt 352 des Dorns 35a in Kontakt kommt, im minimal gestauchten Zustand der Feder 34a, bei dem die Feder 34a nicht entspannt ist, um selbst in der höchsten Verfahrposition des Spindelstocks 20 eine ausreichende Federkraft F_F zu erzeugen. Beispielhaft ist in 5 eine mittlere Position des Elements 33b gezeigt, bei der der Spindelstock 20 sich ebenfalls in einer mittleren Position zwischen der maximalen und der minimalen Position des gesamten vertikalen Verfahrbereichs des Spindelstocks 20 befindet. 5 shows by way of example a schematic side view of a part of the spring mechanism of the counterweight mechanism 30 according to the second preferred embodiment of the present invention. 5 shows a side view of the coil spring 34a on the thorn 35a to be led. The element 33b is in the coil spring 34a introduced, such that one end of the element 33b inside the spring 34a the maximum spring travel of the spring 34a limited in the maximum compressed state, if the element 33a with a first extended end portion 351 of the thorn 35a comes into contact. On the other hand, the other end of the element limits 33b the maximum spring travel of the spring 34a if it comes with a second extended end section 352 of the thorn 35a comes into contact, in the minimally compressed state of the spring 34a in which the spring 34a is not relaxed to even in the highest position of the headstock 20 to produce a sufficient spring force F _F. Exemplary is in 5 a middle position of the element 33b shown at the headstock 20 also in a middle position between the maximum and the minimum position of the entire vertical travel range of the headstock 20 located.

Beispielhaft beträgt in 5 ein möglicher Federweg aus dieser mittleren Position des Elements 33b bis zu Begrenzung durch die erweiterten Dornabschnitte 351 und 352 in beide Richtungen 100 mm. Der gesamte zur Verfügung stehende maximale Federweg beträgt somit 200 mm, wodurch sich mittels der Untersetzung des vierfachen Faktorenflaschenzugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein maximaler Verfahrbereich des Spindelstocks 20 von 800 mm in vertikaler Richtung ergibt.Example is in 5 a possible spring travel from this middle position of the element 33b up to the limit by the extended mandrel sections 351 and 352 in both directions 100 mm. The total available maximum travel is thus 200 mm, which means by means of Reduction of the fourfold factor pulley according to the embodiment of the invention, a maximum travel range of the headstock 20 of 800 mm in the vertical direction.

6 zeigt beispielhaft eine schematische Seitenansicht eines vierfachen Faktorenflaschenzugmechanismus eines Gewichtsausgleichmechanismus 30 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der prinzipielle Aufbau ist hierbei gleich dem prinzipiellen Aufbau der Flaschenzugmechanismen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die erste Rolle 31a weist eine Winkelgeschwindigkeit ω₁, einen Radius R₁ und ein Trägheitsmoment J₁ auf, die zweite Rolle 31b weist eine Winkelgeschwindigkeit ω₂, einen Radius R₂ und ein Trägheitsmoment J₂ auf, die dritte Rolle 31c weist eine Winkelgeschwindigkeit ω₃, einen Radius R₃, eine Masse m₃ und ein Trägheitsmoment J₃ auf und die vierte Rolle 31d weist eine Winkelgeschwindigkeit ω₄, einen Radius R₄, eine Masse m₄ und ein Trägheitsmoment J₄ auf. Es wird im Folgenden angenommen, dass eine Federkraft F auf das Element 33b wirkt und das Element 33b mit einer Geschwindigkeit v von dem Element 33a wegbewegt wird. Folglich beträgt die Geschwindigkeit mit der der Riemen 32 eingezogen wird das Vierfache der Geschwindigkeit v, d. h. 4v. 6 shows by way of example a schematic side view of a fourfold Faktorflaschenzugmechanismus a counterbalance mechanism 30 according to a preferred embodiment of the present invention. The basic structure here is equal to the basic structure of the pulley mechanisms of the embodiments described above. The first role 31a has an angular velocity ω ₁ , a radius R ₁ and an inertia J ₁ , the second roller 31b has an angular velocity ω ₂ , a radius R ₂ and an inertial moment J ₂ , the third roller 31c has an angular velocity ω ₃ , a radius R ₃ , a mass m ₃ and an inertia J ₃ and the fourth roller 31d has an angular velocity ω ₄ , a radius R ₄ , a mass m ₄ and an inertial moment J ₄ . It is assumed below that a spring force F on the element 33b affects and the element 33b at a speed v from the element 33a is moved away. Consequently, the speed is with the belt 32 retracted is four times the speed v, ie 4v.

Somit bewegt sich der Riemen 32 mit der Geschwindigkeit 4v um die erste Rolle 31a. Dahingegen bewegt sich der Riemen 32 mit der Geschwindigkeit 3v um die vierte Rolle 31d, mit der Geschwindigkeit 2v um die zweite Rolle 31b und mit der Geschwindigkeit v um die dritte Rolle 31c. Es ergeben sich somit die folgenden kinematischen Zusammenhänge:

Thus, the belt moves 32 at the speed 4v around the first roll 31a , On the other hand, the belt moves 32 at the speed 3v around the fourth roll 31d , with the speed 2v around the second roll 31b and at the speed v around the third roll 31c , This results in the following kinematic relationships:

Weiterhin ergibt sich für die von dem Federmechanismus aufgebrachte Energie E_Feder bei Beschleunigung auf die Geschwindigkeit v unter der Annahme einer konstanten Kraft F folgende Beziehung: E_Feder = 1 / 2·F·a·t² = 1 / 2·F·v·t Furthermore, results for the force applied by the spring mechanism E _spring energy upon acceleration to the speed v on the assumption of a constant force F following relationship: E _spring = 1/2 · F · a · t ² = 1/2 · F · v · t

Bei Geschwindigkeit v ergibt sich weiterhin die folgende kinetische Energie E_kin für das Gesamtsystem:

At speed v, the following kinetic energy E _kin for the overall system continues to result:

Somit lässt sich durch Gleichsetzen der Federenergie E_Feder mit der kinetischen Energie E_kin die Zeit t berechnen, die der Dauer entspricht, bis das System federseitig die Geschwindigkeit v erreichtThus, by equating the _spring energy E _spring with the kinetic energy E _{kin, it is possible} to calculate the time t corresponding to the duration until the system reaches the speed v on the spring side

Aus dieser Dauer t lässt sich die federseitige Beschleunigung ohne Last berechnen:

From this duration t, the spring-side acceleration can be calculated without load:

Der Ausdruck im Nenner gibt hierbei eine federseitige Massenträgheit an. Am anderen, spindelstockseitigen Ende des Riemens 32 ist die Beschleunigung aufgrund des Flaschenzugmechanismus sogar noch höher, z. B. bei einem vierfachen Faktorenflaschenzug viermal höher. Somit kann gewährleistet werden, dass die Beschleunigung des Gewichtsausgleichsmechanismus spindelstockseitig höher ist, als die maximale Maschinenbeschleunigung des Achsantriebs bei Verfahren des Spindelstocks 20. Somit kann selbst bei maximaler Maschinenbeschleunigung in Aufwärtsrichtung gewährleistet werden, dass der Riemen 32 stets gespannt bleibt.The expression in the denominator indicates a spring-side mass inertia. At the other, headstock end of the belt 32 the acceleration due to the pulley mechanism is even higher, z. B. four times higher factor pulley four times. Thus, it can be ensured that the acceleration of the weight compensation mechanism is higher on the spindle head side than the maximum machine acceleration of the final drive when the headstock is moved 20 , Thus, even at maximum machine acceleration in the upward direction, it is possible to ensure that the belt 32 always looking forward.

Zum Beispiel ergeben sich bei einem vierfachen Faktorenflaschenzug bei Verwendung von vier Aluminiumrollen mit einem Durchmesser von 120 mm und einer Stärke von 40 mm die folgenden Werte:

For example, for a fourfold factor pulley, using four 120 mm diameter aluminum rollers with a 40 mm thickness results in the following values:

Die horizontale Achse mittels der der Spindelschlitten 11 verfahren wird, erfährt von dem Gewichtsausgleich eine noch deutlich reduziertere Massenträgheit, so dass dessen Masse bei der Beschleunigung der horizontalen Linearachse vernachlässigt werden kann.The horizontal axis by means of the spindle slide 11 is moved, learns from the weight balance even a significantly reduced inertia, so that its mass can be neglected in the acceleration of the horizontal linear axis.

7 illustriert beispielhaft die wirkende Gegenkraft F_A in Abhängigkeit der Position des Spindelkopfs 20 der Werkzeugmaschine 100 mit einem Gewichtsausgleichsmechanismus 30 gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Gewichtsausgleich ist derart eingerichtet, dass die Gewichtskraft F_G des beispielhaft 400 kg schweren Spindelkopfs 20 von 4000 N in einer mittleren Position P_M mittels des Gewichtsausgleichsmechanismus 30 exakt ausgeglichen wird. In einer minimalen Position P_min ergibt sich eine größere Gegenkraft, hier beispielhaft 4520 N, und bei einer maximalen Position P_max ergibt sich eine kleinere Gegenkraft von beispielhaft 3480 N. Somit muss der Achsantrieb selbst in der minimalen bzw. maximalen Position des Spindelstocks 20 lediglich ca. 500 N (entsprechend ca. 50 kg) ausgleichen, um den Spindelkopf 20 in einer ruhenden Position zu halten. Die federseitige Beschleunigung ist hierbei in allen drei Positionen ca. 34 g (1 g entspricht der mittleren Erdbeschleunigung von ca. 10 m/s²) entsprechend der Abschätzung gemäß 6. Somit kann gewährleistet werden, dass der Riemen 32 selbst bei maximaler Maschinenbeschleunigung in Aufwärtsrichtung stets gespannt bleibt. 7 illustrates by way of example the acting counterforce F _A as a function of the position of the spindle head 20 the machine tool 100 with a weight compensation mechanism 30 according to the second preferred embodiment of the present invention. The weight compensation is set up such that the weight F _{G of} the exemplary 400 kg heavy spindle head 20 of 4000 N in a middle position P _M by means of the counterbalancing mechanism 30 is exactly balanced. In a minimum position P _min results in a greater counterforce, here by way of example 4520 N, and at a maximum position P _max results in a smaller counterforce of example 3480 N. Thus, the final drive itself in the minimum or maximum position of the headstock 20 only approx. 500 N (corresponding to approx. 50 kg) to balance the spindle head 20 to hold in a dormant position. The spring-side acceleration in this case is approximately 34 g in all three positions (1 g corresponds to the average acceleration due to gravity of approximately 10 m / s ² ) in accordance with the estimation according to FIG 6 , Thus, it can be ensured that the belt 32 even at maximum machine acceleration in the upward direction always remains tense.

Zusammenfassend kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein ausschließlich mechanischer, hydraulikfreier, einfacher, kompakter, sicherer, wartungsarmer, kostensparender und leicht handzuhabender Gewichtsausgleichsmechanismus bereitgestellt werden, der selbst bei vergleichsweise hohen Maschinenbeschleunigungen der das verfahrbare Bauteil steuernden Achse sicher eingesetzt werden kann.In summary, according to the present invention, an exclusively mechanical, hydraulic-free, simple, compact, safe, low-maintenance, cost-saving and easy-to-handle counterbalancing mechanism can be provided which can be safely used even with comparatively high machine accelerations of the axis controlling the movable component.

Claims

Device for weight compensation of a vertically or obliquely movable component ( 20 ) of a machine tool ( 100 ) for machining a workpiece, comprising: a counterbalancing mechanism ( 30 ), which is suitable for weight balance one of the weight (F _G ) of the component ( 20 ), on the component ( 20 ) counteracting force (F _A ), wherein the weight compensating mechanism for generating the counterforce (F _A ) a spring force (F _F ) generating spring mechanism ( 33a . 33b . 34 ), wherein the counterbalancing mechanism ( 30 ) a pulley mechanism ( 32 . 31a . 31b . 31c . 31d ) which reduces the spring force (F _F ) generated by the spring mechanism for generating the counterforce (F _A ), such that the amount of the spring force (F _F ) generated by the spring mechanism is greater than the amount of the counterforce (F _A ) , characterized in that the pulley mechanism comprises an n-fold factor pulley of n ≥ 2, and the n-fold factor pulley n rollers ( 31a . 31b . 31c . 31d ), wherein at least one first roll ( 31a ) fixed to a non-movable component ( 10 . 33a ; 11 . 33a ) of the machine tool ( 100 ) and at least one nth roll ( 31d ) relative to the first roll ( 31a ), wherein the spring force (F _F ) of the spring mechanism acts between the first and the nth rollers.

Device according to Claim 1, characterized in that the counterbalancing mechanism ( 30 ) is arranged such that one of the weight compensation mechanism ( 30 ) on the component ( 20 ) acceleration parameter greater than or equal to a maximum machine acceleration parameter of the machine tool ( 100 ) in the vertical or oblique process of the component ( 20 ).

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the amount of the movable component ( 20 ) counteracting force (F _A ) corresponds to an n-th part of the amount of the spring force generated by the spring mechanism (F _F ).

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the one path (.DELTA.z) of the component ( 20 ) corresponding spring travel (.DELTA.x) of the spring mechanism an n-th part of the amount of travel (.DELTA.z) of the component ( 20 ) corresponds.

Device according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the pulley mechanism comprises a fourfold factor pulley with n = 4, the four rollers ( 31a . 31b . 31c . 31d ), of which two rollers are fixedly connected relative to each other.

Apparatus according to claim 5, characterized in that a first roll ( 31a ) with a second roll ( 31b ) is fixedly connected relative to each other and a third role ( 31c ) with a fourth roll ( 31d ) is fixedly connected relative to each other, wherein a flexible tensile strand ( 32 ), which with its one end on the movable component ( 20 ), by means of the first roller ( 31a ) to the fourth role ( 31c ) is deflected by means of the fourth roller ( 31c ) to the second roll ( 31b ) is deflected by means of the second roller ( 31b ) to the third role ( 31c ) and by means of the third roller ( 31c ) to a mounting position ( 65 ), wherein the flexible tensile strand ( 32 ) with its other end at the attachment position ( 65 ) relative to the first and second rollers ( 31a . 31b ) is fixed in place.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the first and second rollers ( 31a . 31b ) fixed to a non-movable component ( 10 . 33a ; 11 . 33a ) of the machine tool ( 100 ) are fastened.

Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the second and third rollers ( 31b . 31c ) have smaller diameters than the first and fourth rollers ( 31a . 31d ).

Device according to at least one of claims 6 to 8, characterized in that the second and third rollers ( 31b . 31c ) have the same diameter and / or the first and fourth rollers ( 31a . 31d ) have the same diameter.

Device according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the weight compensation mechanism further comprises a deflection mechanism ( 31a . 33a ), which deflects the spring force (F _F ) of the spring mechanism for generating the counterforce (F _A ).

Apparatus according to claim 10, characterized in that the deflection mechanism for deflecting the force at least one roller ( 31a ).

Apparatus according to claim 11, characterized in that the at least one roller ( 31a ) of the deflection mechanism is a role of the pulley mechanism.

Apparatus according to claim 12 in conjunction with at least one of claims 8 to 11, characterized in that the deflection mechanism at least the first roller ( 31a ).

Device according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the spring mechanism one or more coil springs ( 34a . 34b ).

Apparatus according to claim 14, characterized in that each of the one or more coil springs ( 34a . 34b ) on a respective spine ( 35a . 35b ) to be led.

Device according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that the spring mechanism has a degressive spring characteristic.

Device according to at least one of claims 1 to 16, characterized in that the amount of the counterforce (F _A ) generated by the counterbalance mechanism at an intermediate position of the movable component ( 20 ) is equal to the amount of weight (F _G ) of the component.

Machine tool for machining a workpiece, comprising a vertically or obliquely movable component, characterized by a device for weight balance of the vertically or obliquely movable component ( 20 ) of the machine tool ( 100 ) according to at least one of claims 1 to 17.

Machine tool according to claim 18, characterized in that the component is a headstock ( 20 ) of the machine tool ( 100 ), in particular a vertically movable headstock ( 20 ).